- Автоматизований лабораторний комплекс для проведення лабораторної роботи з фізики АЛКП-1 Комплекс...
- Програмне забезпечення
Автоматизований лабораторний комплекс для проведення лабораторної роботи з фізики АЛКП-1
Наша сеть партнеров Banwar
Комплекс АЛКП-1 створений на замовлення МФТІ. Виготовлена автоматизована експериментальна установка для вивчення явища квантової механіки - тунеллірованія електронів в виродженим pn переході. В роботі досліджується вольт-амперна характеристика (ВАХ) германієвого тунельного діода з якої експериментально визначається положення екстремальних точок ВАХ для різних температур в діапазоні від температури кипіння рідкого азоту (T = 77.3K при тиску 1 атм.) До кімнатної. Для вимірювання ВАХ використовується автоматизований лабораторний комплекс моделі АЛКП-1, що включає двоканальний вольтметр постійної напруги, програмований джерело постійного струму / напруги, вакуумний регулятор температури, лабораторний кріостат для радіотехнічних вимірювань і персональний комп'ютер.
Вимірювання ВАХ тестованого зразка здійснюється за допомогою двоканального вольтметра, реалізованого на базі 16-бітових аналогово-цифрових перетворювачів АЦП1 і АЦП2. Один з каналів (АЦП1) задіяний для вимірювання струму через зразок, який визначається по падінню напруги на зразковому опорі в ланцюзі тестованого зразка. Для зміни параметрів використовується програмований джерело струму / напруги з діапазонами регулювання струму і напруги 0-0,1А і 0-2,5В і дозволом 40 мкв і 2 мкА, відповідно. Перемикання режимів роботи (джерело струму - джерело напруги) здійснюється вручну за допомогою перемикача, розташованого на передній панелі блоку. Швидкість і напрямок розгортки струму (напруги) задається в діалоговому вікні доданого програмного забезпечення. Зміна параметрів ЦАП і зчитування інформації з АЦП здійснюється через контролер порту RS232.
Вимірювання температури зразка здійснюється за допомогою зразкового платинового термометра опору (R (273,15 K) = 100 Ом), опір якого вимірюється в режимі постійного струму (100 мкА). Висока точність вимірювання температури (на рівні 0,02-0,03 K) досягається шляхом використання схеми на основі 16-бітного аналогово-цифрового перетворювача АЦП3 Температура зразка візуально контролюється на відповідному дисплеї вимірювального комплексу АЛКП-1. Перебудова і стабілізація температури здійснюється за допомогою трипараметричного пропорційно-інтегрально-диференціального (ПІД) регулятора, а також в ручному режимі зміни струму через нагрівач (до 1А) з використанням програмованого джерела струму на основі 16-бітного цифро-аналогового перетворювача ЦАП2.
Досліджуваний зразок монтується на столик-осередок низькотемпературної вставки лабораторного кріостату. У безпосередній близькості від зразка змонтовані платиновий термометр опору і нагрівач з константанових провід, бифилярно намотаний на столик. Для зменшення температурного градієнта і електромагнітних завад на столик-осередок накручується екран, виготовлений, як і сам столик, з теплопроводящей сплаву міді. Для перебудови температури в системі реалізована схема «перевернутого склянки», при якій пари азоту витісняють рідкий азот з порожнини зовнішнього екрана вставки при закритому патрубку вставки.
1. Вимикач живлення
2. Тумблер перемикання режиму роботи джерела струму / напруги
3. Індикатор режиму роботи джерела напруги
4. Тумблер перемикання режиму розгортки струму / напруги (ручний / автоматичний)
5. Індикатор ручного режиму розгортки струму / напруги
6. Цифрове табло напруги (значення в Вольтах)
7. Цифрове табло температури (значення в Кельвіна)
8. Індикатор режиму роботи джерела струму
9. Індикатор автоматичного режиму розгортки струму / напруги
10. Потенціометр ручного режиму розгортки струму / напруги
11. Цифрове табло струму (значення в Амперах)
12. Цифрове табло струму нагрівача (значення в Амперах)
13. Роз'єм з'єднання з вставкою
Лабораторний кріостат для радіотехнічних вимірювань з низькотемпературної вставкою для монтажу і вимірювання вольт-амперних характеристик напівпровідникових елементів.
1 - верхній фланець вставки з роз'ємом; 2 - сальникове ущільнення; 3 - патрубок вставки; 4 - патрубок азотного обсягу кріостату; 5 - гайка кріплення вставки; 6 - вакуумна порожнина кріостату; 7- зовнішній екран вставки; 8 - рідкий азот (різниця рівнів відповідає перекритому патрубку вставки); 9 - фланець кріплення вставки; 10 - теплоізолюючі центратори; 11- нагрівач; 12 - зразок (тунельний діод); 13 - столик-осередок; 14 - термометр; 15 - екран столика.
Програмне забезпечення
Для управління комплексом АЛКП-1 використовується програмне забезпечення, розроблене на базі пакету LabWindows CVI 8.1 (National Instruments), яке дозволяє реєструвати вольт-амперні характеристики досліджуваних зразків в ізохронних режимах розгортки струму / напруги, змінювати параметри ПІД регулятора, управляти струмом нагрівача вставки в ручному режимі, здійснювати збір та запис даних на жорсткий диск, а також представляти експериментальні дані на графіку в режимі реального часу. 
Діалогове вікно програми «Напівпровідник».
Діалогове вікно управління режимами роботи трипараметричного ПІД регулятора.