Электронные компоненты

Введение 
 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ЭЛЕКТРОННЫЕ   
КОМПОНЕНТЫ 
 
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов вузов по направлению 210200 «Проектирование и технология электронных средств», 31.05.2010 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2011 

Введение 
 

2 

УДК 621.37(07) 
ББК 32.85я73 
Б30 
 
 
 
 
 
Рецензенты: Т. Т. Ереско, д-р техн. наук, проф., зав. каф. «Основы 
конструирования машин» Сибирского государственного аэрокосмического университета им. акад. М. Ф. Решетнева; 
Р. Р. Хамидов, нач. сектора Микроэлектроники и печатных плат 
ФГУП НПП «Радиосвязь» 
 
 
 
 
Бахтина, В. А.  
Б30             Электронные компоненты : лаб. практикум / В. А. Бахтина, 
А. А. Левицкий, П. С. Маринушкин, С. И. Трегубов. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. – 108 с. 
ISBN 978-5-7638-2216-8 
 
 
Изложены краткие теоретические сведения об электронных компонентах. 
Приведена методика выполнения лабораторных работ по исследованию их характеристик. 
Предназначено по кодификатору ГОС ВПО-2 для специальности 
210201.65 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» и направления подготовки бакалавров 210200.62 «Проектирование и технология электронных средств», по кодификатору ФГОС ВПО-3 для направления подготовки 
бакалавров 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств».  
Рекомендуется для всех специальностей и направлений укрупненных 
групп 210000 «Электронная техника, радиотехника и связь» и 200000 «Приборостроение и оптотехника». 
 
УДК 621.37(07) 
ББК 32.85я73 
 
 
ISBN 978-5-7638-2216-8                                                       © Сибирский федеральный  
                                                                                                     университет, 2011 
 

Введение 
 

3 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
В настоящем лабораторном практикуме представлены лабораторные работы, целью проведения которых является ознакомление 
студентов с электронными компонентами и методами измерения их 
основных характеристик.  
Основные задачи – закрепление знаний, полученных при изучении соответствующего теоретического курса, а также получение навыков исследования параметров электронных компонентов и работы 
с контрольно-измерительными приборами.  
Учебное пособие включает работы по исследованию параметров 
полупроводниковых резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, низковольтных реле и полупроводниковых диодов. Все лабораторные работы имеют примерно одинаковый уровень сложности. 
Практикум содержит краткие теоретические сведения по каждой 
из работ. Теоретический материал рассчитан на студентов, впервые 
изучающих данный предмет.  
Указания к выполнению работ включают описание используемых электронных компонентов приборов, принципов их действия, 
методики проведения измерений.  
Лабораторный практикум выполняется под руководством преподавателя. Каждая из работ может проводиться небольшой группой 
студентов.  
Лабораторная работа считается выполненной после её защиты. 
Для допуска к защите студенты должны представить преподавателю 
отчёт, оформленный в соответствии с приведенными требованиями. 
Защита включает проверку теоретических знаний с помощью контрольных вопросов. К выполнению следующей работы студент допускается только после защиты предыдущей. 
 

Лабораторная работа 1 
 

4 

 
Лабораторная работа 1 

 
ИССЛЕДОВАНИЕ  ХАРАКТЕРИСТИК  
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ  РЕЗИСТОРОВ 
 
Цель работы: ознакомиться с различными типами полупровод
никовых и других нелинейных резисторов, принципами их действия. 
 
 
Краткие  теоретические  сведения 
 
Полупроводниковые резисторы являются особой разновидностью резисторов. Эти элементы часто относят к нелинейным резисторам, изготавливаемым с применением различных соединений, обладающих полупроводниковыми свойствами, или сплавов металлов.           
В отличие от традиционных полупроводниковых диодов полупроводниковые резисторы не содержат выпрямляющих переходов. В них используются свойства материалов резистивных элементов (например, 
зависимость их проводимости от плотности протекающего электрического тока, освещенности, температуры).  
 
Варисторы 

Общие сведения. Варисторы – это полупроводниковые резисторы, электрическое сопротивление которых существенно зависит от 
приложенного напряжения. Поэтому варисторы имеют нелинейную 
вольт-амперную характеристику (рис. 1.1). Электрическое сопротивление варистора уменьшается при увеличении напряженности электрического поля в материале проводящего элемента. 
 Варистор является объемным резистором, тело его имеет зернистую структуру. Варисторы формируются методами керамической 
технологии с использованием высокотемпературного обжига заготовок из порошкообразного карбида кремния. Для связки частиц порошка применяется глина. Варисторы также изготавливаются на основе окислов цинка и других металлов.  
Нелинейность вольт-амперной характеристики варистора связана с явлениями на поверхности кристаллических зерен карбида крем

Исследование характеристик полупроводниковых резисторов 
 

5 

ния. Электропроводность при этом обусловлена рядом процессов: 
быстрым возрастанием плотности тока через потенциальные барьеры 
и переносом носителей заряда сквозь тонкие окисные пленки на границе кристаллов в сильных электрических полях. Вследствие малой 
толщины барьеров и окисных пленок сильные поля в них возникают 
уже при небольших напряжениях на варисторе. При дальнейшем увеличении напряжения заметное влияние оказывает микронагрев в точках соприкосновения частиц, что также увеличивает проводимость 
материала.  
 

а 
б 
в 
 
Рис. 1.1. Вольт-амперная характеристика (а) и внешний вид варисторов:  
стержневого СН1-1 (б) и дискового СН2-1 (в) типов 
 
Обладая резко нелинейной и симметричной вольт-амперной характеристикой, варисторы позволяют успешно решать задачи, связанные с защитой элементов и устройств от перенапряжений и помех, 
стабилизацией напряжений. Технологичность и низкая стоимость 
обеспечивают массовое применение варисторов и позволяют им успешно конкурировать с другими приборами и устройствами, способными выполнять аналогичные функции. 
Основные характеристики и параметры варисторов. Классификационные напряжение Uкл и ток Iкл – характерные значения напряжения и тока в районе изгиба вольт-амперной характеристики. 
Они выбираются исходя из допустимой мощности рассеяния варистора и предельно допустимого значения амплитуды напряжения.  

Лабораторная работа 1 
 

6 

Классификационное напряжение устанавливается при кратковременном пропускании тока определенной величины (табл. 1.1).  
 
Таблица 1.1 
 

Вид конструкции 
Характерные значения классификационного тока Iкл , мА 
Классификационное  
напряжение Uкл, В 

Дисковая 
2 
3 
56–270 
33–100 

Стержневая 
10 или 20 
До 1500 

 
Классификационное напряжение Uкл может колебаться от  ±5 до 
±30 % относительно номинального значения.  
 
Коэффициент нелинейности βн характеризует нелинейность 
вольт-амперной характеристики варистора как отношение его статического сопротивления Rc к динамическому Rд при заданном напряжении:  

βн = Rc / Rд = (U / I) (dI / dU). 

Этот коэффициент обычно лежит в пределах 3–6.  
Максимально допустимая мощность рассеяния. Для наиболее 
широко применяемых варисторов она обычно не превышает 1 или 2 Вт.  
Температурные коэффициенты статического сопротивления, 
напряжения и тока, обозначаемые соответственно TKRc, TKU и TKI, 
характеризуют температурную зависимость Rc, напряжения и тока. На 
практике обычно используется температурный коэффициент тока TKI  

TKI = (1 / I ) (dI / dT) , 

показывающий относительное изменение тока варистора I при изменении температуры окружающей среды T и при неизменном приложенном напряжении U. TKI для серийно выпускаемых варисторов 
обычно лежит в пределах от (–0,15) до примерно +0,7 1/ оС.  
Частотные свойства варисторов могут определяться либо 
инерционностью самих процессов, обуславливающих нелинейность 
вольт-амперной характеристики, либо собственной емкостью варистора. Влияние собственной емкости варистора на практике является 
преобладающим.  
Система обозначений. Пример обозначения варистора, согласно отечественной системе, следующий: СН1-2-2 270 В 10 % Т, где 

Исследование характеристик полупроводниковых резисторов 
 

7 

буквы СН обозначают варистор (сопротивление нелинейное); первая 
цифра – материал (1 – карбид кремния, 2 – окись цинка); вторая цифра – шифр конструкции (1 – стержневая, 2 – дисковая); третья цифра – 
условное обозначение габаритов; число – классификационное напряжение в вольтах (270 В); допуск на классификационное напряжение в 
процентах (10 %); необязательный элемент буква Т, что означает 
тропическое исполнение. 
Применение варисторов. Нелинейная вольт-амперная характеристика варисторов (рис. 1.2, в) позволяет использовать их для защиты от перенапряжения, ограничения импульсов напряжения, защиты 
от помех, стабилизации напряжения, искрогашения на контактах и 
коллекторах электрических машин. 
Напряжение на варисторе мало изменяется при значительном 
изменении тока. Это позволяет осуществлять стабилизацию напряжения, качество которой зависит от коэффициента нелинейности βн, 
характеризующего стабилизирующие свойства варисторов. Простейшая схема параметрического стабилизатора напряжения показана на рис. 1.2, б, где Rвх – балластный резистор, RН – сопротивление нагрузки, Uвх , Uвых – входное и выходное напряжения соответственно.  
 
 
 
 

 
 
 
 

а 
б 
в 

Рис. 1.2. Условное графическое обозначение варистора на электрической схеме (а),  
схема параметрического стабилизатора напряжения (б) и его характеристика (в) 
 
Выбор схемы включения варистора для искрогашения обусловлен режимом работы контактов. В схеме, приведенной на рис. 1.3, а, 
варистор потребляет мощность при разомкнутых контактах, поэтому 
эту схему целесообразно применять в тех случаях, когда контакты 
большую часть времени замкнуты. В схеме на рис. 1.3, б, напротив, 
варистор потребляет мощность при замкнутых контактах; поэтому 

Uвых 

Uвх
0 

U 
Uвх 
Uвых

Rвх

RН 

U 

Лабораторная работа 1 
 

8 

использование этой схемы более выгодно при работе контактов в повторно-кратковременном режиме. 
 

а 
б 

Рис. 1.3. Включение варистора для искрогашения параллельно:  
а – размыкающим контактам;  б – нагрузке 
 
При использовании варисторов искрогашение эффективнее, чем 
при использовании RC-цепочек и линейных резисторов.  
 
Фоторезисторы 

Общие сведения. Фоторезисторы – приборы, действие которых основано на фоторезистивном эффекте – эффекте изменения проводимости материала при воздействии электромагнитного излучения. 
Различают положительный фоторезистивный эффект, сопровождающийся увеличением проводимости, и отрицательный, когда проводимость уменьшается. Полупроводниковые материалы, используемые 
для изготовления фоторезисторов, имеют положительный фоторезистивный эффект. 
При воздействии электромагнитного излучения часть электронов в полупроводнике приобретает энергию, достаточную для их перевода из валентной зоны в зону проводимости, что приводит к увеличению проводимости материала. 
Фоторезисторы имеют высокую чувствительность к излучению 
в широком диапазоне длин волн (от инфракрасной области спектра до 
рентгеновских и гамма-лучей), стабильны в работе, просты по конструкции. Этот позволяет использовать их в различной аппаратуре для 
научных исследований, контроля, автоматизации и регулирования 
производственных процессов. 
Основные характеристики фоторезисторов. Номинальное рабочее напряжение Uр – напряжение, при котором обеспечиваются 

Исследование характеристик полупроводниковых резисторов 
 

9 

номинальные значения параметров фоторезистора при длительной 
работе. Для большинства фоторезисторов Uр составляет от 2 до 100 В.  
Максимально допустимая мощность рассеяния также указывается в качестве предельного параметра: она обычно составляет от 10 
до 350 мВт. 
Параметры при затемнении фоторезистора следующие.   
Темновое сопротивление Rт – сопротивление фоторезистора при 
отсутствии облучения. При этом, если к резистору приложено номинальное рабочее напряжение, то через него протекает темновой 
ток Iт. Для большинства фоторезисторов Rт составляет 2–100 МОм, а            
Iт = 0,01–100 мкА. 
Параметры при освещении фоторезистора следующие.  
При освещении резистора заданным световым потоком фиксируются световое сопротивление Rс и световой ток Iс. Ток Iс обычно 
не превышает единиц миллиампер.  
Фототок Iф – разность между световым и темновым токами:          
Iф = Iс – Iт. Этот ток в большинстве случаев не превышает 4 мА. 
Параметры чувствительности следующие.  
Кратность изменения сопротивления – отношение темнового сопротивления фоторезистора к сопротивлению при определенной освещенности: KR = Rт / Rс. Обычно Kф лежит в пределах от 1,2 до 2000.  
Удельная интегральная чувствительность К0 – отношение протекающего через фоторезистор фототока Iф к произведению величины 
светового потока Ф и приложенного напряжения Uр: К0 = Iф / (Ф  Uр). 
Удельная чувствительность обычно составляет 1–5 мА/(лм·В). 
Параметры быстродействия следующие. 
Инерционность процесса нарастания или уменьшения фототока 
характеризуется постоянными времени спада τсп и нарастания τн тока 
по экспоненциальному закону. Численные значения τсп и τн различных 
фоторезисторов составляют от десятков микросекунд до десятков 
миллисекунд. Поэтому фоторезисторы являются более инерционными 
элементами по сравнению с фотодиодами и фототранзисторами. 
Спектральная и вольт-амперная характеристики приведены на 
рис. 1.4 и 1.5 соответственно. 
Спектральная характеристика – зависимость фототока от действия единицы светового потока с определенной длиной волны.  
Спектральные свойства также характеризуют длиной волны λmax, 
соответствующей максимуму этой характеристики фоторезистора. 

Лабораторная работа 1 
 

10 

Параметр λmax зависит от свойств материала светочувствительного 
элемента. Сернисто-свинцовые элементы обладают наибольшей чувствительностью 
в 
инфракрасной 
области 
спектра, 
селенистокадмиевые – в красной и ближней инфракрасной областях, сернистокадмиевые – в видимой части спектра. 
 

 

Рис. 1.4. Усредненные спектральные характеристики фоторезисторов на основе: 1 – CdS;  2 – CdSe;   
3 – PbS;  4 – PbSe 

Рис. 1.5. Вольт-амперная 

характеристика фото
резистора 
 
Вольт-амперная характеристика – зависимость светового тока 
(фототока) от напряжения. Она обычно линейна в широком интервале 
напряжений и отклоняется от линейного закона лишь при малых и 
очень больших напряжениях.  
Люкс-амперная (световая) характеристика – зависимость светового тока (фототока) от уровня освещения. Обычно полупроводниковые резисторы имеют нелинейные (сублинейные) люкс-амперные 
характеристики. 
Система обозначений и конструкции фоторезисторов. В настоящее время в электронной аппаратуре можно встретить фоторезисторы, обозначения которых составлены по различным системам.  
Для фоторезисторов, разработанных и выпускавшихся в СССР 
до 1968 г., использовались трехбуквенные обозначения, например: 
ФСК-6, где ФС – фотосопротивление; К –материал (в данном случае – 
CdS); цифра 6 – номер разработки. Расшифровка буквенных обозначений материалов приведена в табл. 1.2. 
С 1968 г. для вновь разрабатываемых фоторезисторов обозначения строятся по новой системе, например: СФ1-2, где СФ – сопротив