Общие правила выполнения экспериментальной работы.

Общие правила выполнения экспериментальной работы.

Перед выполнением работы в лаборатории необходимо внимательно ознакомиться с измерительными приборами, установленными на стенде, и с объектами исследования, смонтированными на съёмной испытательной панели, предназначенной для данной работы. Перед началом работы все регуляторы и делители напряжения, регулировочные резисторы и устройства должны быть поставлены в положения, обеспечивающие минимальные токи и напряжения.

Прежде чем производить запись результатов измерений, необходимо определить диапазон измеряемых величин, количество измерений и наметить значения, которые будут устанавливаться для независимой переменной. Количество этих значений зависит от характера снимаемых зависимостей. Для плавных (монотонных) зависимостей достаточно 5¸ 6 значений независимой переменной, равномерно распределенных по всему диапазону её изменения. При снятии зависимостей, имеющих резкие экстремумы (как, например, у резонансных кривых), количество экспериментальных значений измеряемых величин в окрестностях особых точек должно быть больше, что позволит получить наиболее достоверную зависимость.

Поскольку в лаборатории используются универсальные стенды, на которых расположены многопредельные приборы, обеспечивающие выполнение всех лабораторных работ, перед началом выполнения каждого пункта рабочего задания необходимо выбрать нужный для данного эксперимента прибор и соответствующие пределы измерения. Результаты измерений необходимо заносить в заготовленные заранее таблицы в виде делений, отсчитанных по прибору. В таблицах должны быть предусмотрены колонки для результатов измерений, пересчитанных в единицы измеряемых величин (вольты, милливольты, миллиамперы и т.д.). Эти колонки заполняются после проведения определённой серии измерений.

При проведении большинства экспериментов одним из основных режимов работы электронного устройства является номинальный режим, поэтому измерение номинальных значений электрических величин для большинства лабораторных работ крайне необходимо. Полупроводниковые приборы и микросхемы характеризуются рядом максимально допустимых параметров, превышение которых при проведении экспериментов недопустимо.

После снятия зависимостей, относящихся к данной серии измерений, следует построить соответствующие кривые (характеристики) и показать их преподавателю. После выполнения лабораторной работы необходимо разобрать электрические цепи и отключить измерительную технику.

 

 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ

ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

 

На лабораторном стенде имеются разъёмы, клеммы, электронные измерительные приборы и другие элементы цепи, которые при выполнении лабораторной работы могут находиться под напряжением. Поэтому согласно «Правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителем» такие стенды считаются действующими электроустановками и для их эксплуатации необходимо знать и строго соблюдать следующие правила техники безопасности:

1. Лабораторную работу можно выполнять только на исправном стенде.

2. Перед началом работы на стенде необходимо убедиться, что все выключатели стенда находятся в положении «Выключено».

3. При сборке электрических цепей особое внимание следует обратить на исправность изоляции соединительных проводов, наличие изолированных держателей на штырях. Об обнаруженных неисправностях необходимо сообщить лаборанту.

4. Категорически запрещается включать стенд без разрешения преподавателя.

5. При проведении опытов на испытательной панели стенда, находящейся под напряжением, все переключения, регулировки с помощью переключателей и переменных резисторов, включение и выключение тумблеров и другие подобные операции должны производиться одним человеком и только одной рукой. Вторая рука должна быть свободной и не должна касаться аппаратуры стенда. Недопустимо прикасаться к лишённым изоляции элементам цепей, находящимся под напряжением.

6. На испытательной панели стенда, находящейся под напряжением, запрещается производить какие-либо переключения с помощью соединительных проводов. Перед любым изменением исследуемой цепи испытательная панель должна быть обесточена. Для этого соответствующие выключатели должны быть поставлены в положение «Выключено».

7. При проведении опытов с использованием электронных приборов (генератора, осциллографа, электронного вольтметра и т.д.) необходимо остерегаться одновременного касания руками, карандашами и другими предметами испытательной панели, находящейся под напряжением, и корпуса прибора, соединённого с клеммой « ^». При использовании нескольких электронных устройств одновременно корпусы приборов следует соединить между собой проводами с помощью этих клемм.

8. При обнаружении любых повреждений или неисправностей электрического оборудования стенда либо испытательной панели, а также при появлении дыма, искрения, специфического запаха перегретой изоляции нужно немедленно сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

9. В случае поражения человека электрическим током следует немедленно обесточить стенд, выключив его питание. Если отключение напряжения не может быть произведено быстро, нужно принять меры к отделению пострадавшего от частей оборудования, находящихся под напряжением. Для этого необходимо воспользоваться резиновыми перчатками, резиновым ковриком, а при их отсутствии можно применять такие подручные средства, как сухая одежда, сухие доски, палки и другие хорошие и сухие изоляторы.

10. При потере сознания и дыхания необходимо освободить пострадавшего от стесняющей одежды и делать искусственное дыхание до прибытия врача.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ»

 

Цель работы: снятие и анализ вольт-амперных характеристик (ВАХ) германиевого и кремниевого диодов; определение их основных параметров по характеристикам.

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Полупроводниковый диод содержит один p-n-переход и имеет два вы­вода от p и n-областей. Наиболее распространены и обширны две группы диодов - выпрямительные и импульсные, называемые в некоторых справоч­никах универсальными.

Выпрямительные диоды, в которых используется основное свойство p-n-перехода - его односторонняя электропроводность, применяют главным образом для выпрямления переменного тока в диапазоне частот от 50 Гц до 100 кГц.

Импульсные диоды примеряют в импульсных режимах работы.

Осо­бенности работы диода в электрической схеме определяются свойствами его вольт-амперной характеристики, вид которой показан на рис. 1.1.

Прямую ветвь ВАХ снимают, включив испытуемый диод в схему, показанную на рис. 1.2, а. Прямой ток через диод I_ПР задается генератором тока ГТ, характерной особенностью которого является слабая зависимость тока от сопротивления нагрузки. Плавно увеличивая от нуля ток генератора ГТ, измеряют прямое напряжение U_ПР диода для ряда значений прямого тока I_ПР.

Обратную ветвь ВАХ снимают, включив диод в схему, показанную на рис. 1.2, б. Здесь в качестве источника используется генератор напряжения ГН2. Плавно увеличивая от нуля выходное напряжение ГН2, измеряют обратный ток I_ОБР диода для ряда значений обратного напряжения U_ОБР.

Анализ типовых ВАХ германиевого и кремниевого диодов (рис. 1.1) позволяет сделать следующие выводы:

- прямое падение напряжения U_ПР на германиевом диоде меньше, чем на кремниевом при одном и том же прямом токе;

- напряжение включения U_ВКЛ1 германиевого диода составляет (0, 1¸ 0, 15) В, а кремниевого U_ВКЛ2 = (0, 3¸ 0, 4) В;

- обратный ток I_О кремниевого диода значительно меньше обратного тока германиевого при одинаковых обратных напряжениях.

 

 

 

 

Эти выводы позволяют разграничить назначение германиевых и кремниевых диодов. Германиевые диоды применяют для обработки сигналов малой амплитуды (до 0, 3 В). Кремниевые диоды при подаче на них сигналов с амплитудой меньше 0, 3 В одинаково плохо проводят ток как в прямом, так и в обратном направлениях. Кремниевые диоды распространены шире, чем германиевые, и применяются в тех случаях, когда большой обратный ток недопустим. Кроме того, они сохраняют работоспособность до температуры окружающей среды +150°С, тогда как германиевые могут работать только до +70°С.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

- прямой номинальный ток I_Н - это ток, который длительно может протекать через отпертый диод и не перегревать его;

- прямое постоянное напряжение U_ПР - это падение напряжения на открытом диоде при протекании через него прямого тока I_Н;

- напряжение включения U_ВКЛ - это малое прямое напряжение, при котором начинает отпираться диод, т.е. появляется прямой ток;

- максимально допустимое обратное напряжение U_{ОБР.MAX.ДОП} - это напряжение, которое еще не вызывает пробоя запертого диода, превышать это напряжение не допустимо;

- постоянный обратный ток I_О - это тепловой ток запертого диода при U_{ОБР.MAX.ДОП};

- дифференциальные сопротивления отпертого R_ОТП и запертого R_ЗАП диода, которые легко определяются по ВАХ на соответствующих рабочих участках:

 

 

- максимально допустимая мощность рассеиваемая на диоде P_MAX.ДОП - это мощность, которая не вызывает чрезмерного разогрева диода, а следовательно и теплового пробоя.

Превышение U_{ОБР.MAX.ДОП} переводит диод в режим электрического пробоя. Различают электрический и тепловой пробои p-n-перехода. Электрический пробой может быть лавинным и туннельным и не сопровождаться разрушением p-n-перехода. Тепловой пробой, как правило, приводит к разрушению p-n-перехода и выводу диода из строя.

 

 

Порядок выполнения работы

 

3.1. Исследование прямой ветви вольт-амперной характеристики диода.

Прямая ветвь ВАХ диода, т.е. зависимость прямого тока I_ПР от напряжения U_ПР снимается с помощью схемы, расположенной в левой верхней части лабораторного стенда (рис. 1.2, а).

3.1.1. Собрать схему для снятия ВАХ диодов, включив измерительные приборы и генератор тока в соответствующие гнезда стенда, соблюдая полярность: миллиамперметр Ф195, переключатель пределов измерений которого должен быть предварительно установлен в положение «10 мА», включается в гнезда Х₃ и Х₄; цифровой вольтметр, предел измерения которого должен быть установлен в положение «1 В» постоянного напряжения, включается в гнезда Х₅ и Х₆; с помощью соединительных проводов, расположенных в верхней части лабораторной панели, подключить генератора тока ГТ к соответствующим клеммам источника питания лабораторной установки.

Внимание: строго соблюдать полярность подключения ГТ; регуляторы ГТ «грубо» и «точно» установить в крайнее левое положение.

3.1.2. Включить источник питания.

3.1.3. Регулируя ручками «грубо» и «точно», расположенными на корпусе источника питания лабораторной установки, величину выходного тока ГТ в диапазоне от 0 до 10 мА снять 10¸ 12 точек прямой ветви ВАХ германиевого и кремниевого диодов.

Диод выбирается с помощью переключателя S, расположенного на стенде. В положении переключателя, помеченном буквой «К», подключается кремниевый диод, в положении «Г» - германиевый диод.

3.1.4. Результаты измерений занести в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1

IПР, мА		0, 02	0, 05	0, 1	0, 2	0, 3	0, 5	1, 0	¼
UПР, В	Германиевый диод
	Кремниевый диод

 

3.2. Исследование обратной ветви вольт-амперной характеристики диода.

Обратная ВАХ диода, т.е. зависимость обратного тока I_ОБР от обратного напряжения U_ОБР снимается с помощью схемы, расположенной в правой части лабораторного стенда (см. рис. 1.2, б).

3.2.1. Собрать схему для снятия обратной ВАХ диода, включив измерительные приборы и генератор напряжения ГН2 в соответствующие гнезда стенда, соблюдая полярность:

- предел измерения микроамперметра Ф195 установить в положение «10 мкА» при исследовании кремниевого диода. Затем подключить его к гнездам Х₉ и Х₁₀;

- предел измерения цифрового вольтметра переключить в положение «10 В» и подключить его к гнездам Х₁₀ и Х₁₁;

- регуляторы источника напряжения ГН2 «грубо» и «точно» установить в минимальное положение (крайнее левое) и с помощью соединительных проводов подключить источник ГН2 к испытательному стенду.

Регулируя ручками «грубо» и «точно» величину выходного напряжения ГН2 в диапазоне от 0 до 15 В снять 10¸ 12 точек обратной ветви ВАХ германиевого и кремниевого диодов. Шаг измерения DU_ОБР можно выбирать произвольно. Результаты измерений занести в табл. 1.2.

Таблица 1.2

UОБР, B						¼
IОБР, мкА	Германиевый диод
	Кремниевый диод

 

3.3. Построить графики зависимостей I_ПР = f(U_ПР) и I_ОБР = f(U_ОБР) в одних координатных осях (аналогично рис. 1.1): положительная полуось абсцисс - U_ПР, положительная полуось ординат I_ПР; отрицательная полуось абсцисс - U_ОБР, отрицательная полуось ординат - I_ОБР. Шкалы на полуосях (положительной и отрицательной) выбираются не одинаковыми.

3.4. По полученным экспериментальным данным определить основные эксплуатационные параметры исследованных диодов: I_Н; U_ПР; R_ОТП, R_ЗАП; U_ВКЛ, I_О для германиевых и кремниевых диодов.

3.5. Сопоставить полученные данные и сделать выводы.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

4.1. Схема исследования.

4.2. Таблицы, графики зависимостей I = f(U).

4.3. Расчетные параметры и выводы по результатам исследований.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

5.1. Какова структура и принцип работы диода?

5.2. Чем обусловлены вентильные свойства диода?

5.3. При каких условиях диод отперт (заперт)?

5.4. Чем отличаются параметры диода в схемах на рис. 1.2 и почему?

5.5. Как влияет температура на величину тока I_ОБР и почему?

5.6. Поясните, как определялись основные параметры диода?

5.7. Поясните работу диода в простейших схемах заданных преподавателем.

 

 

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № 2

«Исследование стабилитрона»

 

Цель работы: снятие и анализ вольт-амперных характеристик кремниевого стабилитрона, определение его параметров по характеристикам.

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Стабилитроны - это полупроводниковые диоды, на которых падение напряжения сохраняется с определенной точностью при изменении протекающего через них тока в заданном диапазоне. Эти приборы предназначены для стабилизации напряжения. Вольт-амперная характеристика стабилитрона показана на рис. 2.1. Участки ВАХ, соответствующие режимам стабилизации, называют рабочими (ab и cd на рис 2.1).

 

Рабочий участок стабилитрона ab расположен на обратной ветви ВАХ, где прибор работает в режиме электрического лавинного или туннельного пробоя. Рабочий участок стабилитрона cd расположен на прямой ветви ВАХ, где прибор отперт. Как видно из ВАХ, стабилитрон может проводить ток в двух направлениях. При прямом смещении (U_ПР > 0) он работает как обычный диод, при U_ОБР < U_С стабилитрон заперт, а при U_ОБР ³ U_С он переходит в режим стабилизации и проводит ток I_С соизмеримый с I_ПР.

Основными параметрами стабилитронов являются:

- номинальное напряжение стабилизации U_С.НОМ - среднее напряжение стабилизации стабилитрона при определенном токе стабилизации I_С;

- границы рабочего участка стабилитрона I_Сmax, I_Сmin;

- разброс напряженной стабилизации DU_С - интервал напряжений, в пределах которого находится напряжение стабилизации прибора данного типа DU_С = U_Сmax - U_Cmin;

- температурный коэффициент напряжения стабилизации a_С, показывающий, на сколько процентов изменяется напряжение стабилизации DU_С при изменении температуры окружающей среды на 1°С;

- коэффициент стабилизации:

 

 

- дифференциальное сопротивление r_С, определяющее стабилизирующие свойства прибора и показывающее, как напряжение стабилизации зависит от тока:

r_С = (U_Сmax - U_Сmin)/(I_Сmax - I_Сmin).

Значение температурного коэффициента напряжения стабилизации a_С и его знак зависят от напряжения U_С.НОМ. Стабилитроны, напряжение стабилизации которых больше 5, 5 В, имеют a_С > 0, т.е. при увеличении температуры напряжение U_С увеличивается. При напряжении U_С.НОМ < 5, 5 В стабилитроны имеют a_С < 0 и их напряжение стабилизации с увеличением температуры уменьшается.

В стабилизаторах напряжения, работающих в широком диапазоне температур, используют прецизионные стабилитроны с внутренней термокомпенсацией, в которых последовательно с их p-n-переходом включен в прямом направлении обычный кремниевый p-n-переход с отрицательным температурным коэффициентом прямого напряжения.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

3.1. Исследовать прямую ветвь вольт-амперной характеристики стабилитрона.

3.1.1. Собрать схему для снятия прямой ветви ВАХ стабилитрона (рис. 2.2, а), включив измерительные приборы и генератор тока ГТ в соответствующие гнёзда стенда, соблюдая полярность:

а) микроамперметр Ф195, переключатель пределов измерений которого должен быть предварительно установлен в положение «10 мА», подключить к гнёздам Х₃ и Х₄.

б) цифровой вольтметр подключить в гнёзда Х₅ и Х₆, установив предел измерения «1 В» постоянного напряжения.

в) ГТ подключается с помощью соединительных проводов стенда к клеммам ГТ «+» и «-».

3.1.2. Включить источник питания в сеть.

3.1.3. Регулируя ручками «грубо» и «точно», расположенными на передней панели источника питания лабораторной установки, величину прямого тока ГТ в диапазоне от 0 до 10 мА снять 10¸ 12 точек прямой ветви ВАХ стабилитрона.

3.1.4. Результаты измерений занести в табл. 2.1.

 

Таблица 2.1

IПР, мА		0, 1	0, 5	1, 0	2, 0	3, 0	¼
UПР, В

 

3.2. Исследовать обратную ветвь вольт-амперной характеристики стабилитрона. Обратная ветвь ВАХ стабилитрона I_ОБР = f(U_ОБР) снимается в два этапа по участкам в следующей последовательности.

3.2.1. Собрать схему (рис. 2.2, б) для снятия запертого состояния стабилитрона (участок 0a на ВАХ рис. 2.1), включив измерительные приборы и ГТ в соответствующие гнёзда стенда, соблюдая их полярности:

а) микроамперметр Ф195, переключатель пределов измерений которого должен быть предварительно установлен в положение «100 мкА», подключается к гнёздам Х₉ и Х₁₀;

б) включить вольтметр в гнёзда Х₁₁ и Х₁₂, установив предел измерения постоянного напряжения «10 В»;

в) соединительные провода источника напряжения ГН2 следует отсоединить от источника питания и замкнуть накоротко, тем самым вольтметр включается параллельно стабилитрону;

г) регулируя ручками «грубо» и «точно», расположенными на корпусе источника тока ГТ, изменять величину тока ГТ в диапазоне от 0 до 100 мкА. Снять 10¸ 12 точек обратной ветви ВАХ стабилитрона;

д) результаты измерений занести в табл. 2.2.

Таблица 2.2

IОБР, мкА		1, 0	2, 0	3, 0	4, 0	5, 0			¼
UОБР, В										UCmin

 

3.2.2. Снять рабочий участок ВАХ стабилитрона (участок аb), для чего:

а) измерить величину напряжения U_Cmin при токе I_ОБР = 100 мкА, затем переключатель микроамперметра установить в положение «10 мА»;

б) не меняя положения регуляторов тока ГТ, разомкнуть соединительные провода генератора напряжения ГН2 и подключить их к источнику питания стенда (клеммы «+» и «-» ГН2);

в) плавно увеличивая напряжение ГН2, установить на вольтметре напряжение равное 0 с точностью до 0, 001 и тем самым скомпенсировать напряжение U_Cmin. Затем установить предел измерения вольтметра «1В»;

г) не меняя положения регуляторов ГН2, увеличивать ток ГТ в диапазоне от 100 мкА до 10 мА и снимать при этом приращение напряжения стабилизации DU_С с точностью до единиц милливольт;

д) снять 10¸ 12 точек и результаты измерений занести в табл. 2.3.

 

Таблица 2.3

IC, мА	0, 1	0, 5	1, 0	2, 0	¼
DUС, мВ						UCmax

 

3.3. Построить графики зависимостей I_ПР = f(U_ПР), I_ОБР = f(U_ОБР), I_C = f(U_С.min + DU_С) в одних координатных осях (см. рис. 2.1). Шкалы на полуосях тока (положительной и отрицательной полярности) выбираются одинаковыми, а на полуосях напряжения различными.

3.4. По полученным данным определить основные параметры стабилитрона: U_С; I_Cmin; I_Cmax; U_ПР;

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

 

4.1. Схема исследования.

4.2. Таблицы, графики и расчётные параметры.

4.3. Вывод по результатам каждого исследования.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

5.1. Для чего используются стабилитроны?

5.2. В чём отличие стабилитрона от выпрямительного диода?

5.3. Почему и при каких условиях стабилитрон проводит ток в прямом, и обратном направлениях?

5.4. Какие виды пробоев Вы знаете?

5.5. Каковы основные параметры стабилитрона и как их экспериментально определить?

5.6. Примеры использования стабилитронов в электронных схемах.

Лабораторная работа № 3

«Исследование биполярного транзистора

ПО СХЕМЕ с общим эмиттером»

 

Цель работы: снятие и анализ входных и выходных вольт-амперных характеристик транзистора, включенного с общим эмиттером (ОЭ); определение по ним h-параметров.

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Биполярные транзисторы являются наиболее универсальными и распространёнными полупроводниковыми приборами, предназначенными для усиления и генерирования электрических колебаний. Они имеют трёхслойную структуру p-n-p или n-p-n (рис. 3.1). Каждый слой имеет вывод, название которого совпадает с названием слоя или области транзистора. Среднюю область транзистора называют «базой», а крайние - «эмиттером» и «коллектором».

 

 

Транзисторы получили название «биполярные» потому, что перенос тока в них осуществляется носителями заряда двух типов: электронами n и дырками p. Обычно концентрации носителей в областях различны и выполняются условия n_э > > p_б и n_э > n_к (для транзистора n-p-n-типа).

Биполярный транзистор имеет два p-n-перехода - эмиттерный «ЭП» и коллекторный «КП», и два запирающих слоя с контактными разностями потенциалов j_к и j_э, обусловливающих напряжённости Е_К и Е_Э электрических полей в них.

В зависимости от выполняемых в схеме функций транзистор может работать в четырёх режимах: активном, насыщении, отсечки и инверсном.

В активном режиме транзистор работает в усилителях, когда требуется усиление электрических сигналов с минимальным искажением их формы, при этом на эмиттерный переход подают внешнее напряжение U_БЭ в прямом направлении, а на коллекторный переход в обратном. Механизм образования токов в транзисторе заключается в следующем: основные носители эмиттера n_Э под действием напряжения U_БЭ преодолевают эмиттерный переход, а им навстречу движутся основные носители базы p_Б, которых значительно меньше, поскольку концентрация примеси в базе мала. При этом в эмиттерной цепи появляется ток I_э = I_nэ + I_pб. Электроны n_Э, инжектированные в базовую область, вследствие градиента концентрации, продвигаются к коллекторному переходу через базу. По пути следования некоторые из них рекомбинируют с дырками p_Б базы (в реальных транзисторах от 0, 1 до 0, 001 количества носителей заряда, покинувших эмиттер). Остальные электроны n_Э, инжектированные в базу, достигают коллекторного перехода, на который подано обратное напряжение U_КБ, поэтому они с ускорением перебрасываются в коллектор полем перехода Е_К и во внешней цепи коллектора появляется ток I_K » I_nэ.

Таким образом, основные носители эмиттера - электроны, образующие ток I_Э, частично теряются в ЭП и в области базы (рекомбинируют с дырками). Эти потери составляют ток базы I_Б. Остальная их часть достигает коллектора, где рекомбинирует с дырками поступающими из внешней цепи в виде тока I_к. Уход электронов из эмиттера восполняется генерацией пар электрон - дырка в эмиттерной области и отводом дырок во внешнюю цепь в виде тока I_э. Расход базы на рекомбинацию компенсируется их притоком в виде тока I_б. Следовательно, в транзисторе протекают три тока:

I_Э = I_nЭ + I_pБ - ток основных носителей эмиттера и базы;

I_Б = I_pБ + I_nЭрек - I_КО, где I_pБ - ток основных носителей базы, I_nЭрек - ток рекомбинации электронов эмиттера в толще базы и I_КО - тепловой ток обратносмещённого коллекторного перехода;

I_К = I'_nЭ + I_КО, где I'_nЭ - ток перенесённый из эмиттера в коллектор.

Токи транзистора, работающего в активном режиме, связаны уравнением I_Э = I_К + I_Б, которое можно переписать в приращениях: DI_Э = DI_К + DI_Б. Таким образом, при появлении переменной составляющей входного тока (в рассматриваемом случае это ток базы), появляется переменная составляющая выходного (коллекторного) тока, который во много раз больше тока базы. Если в цепи коллектора включить резистор, то падение напряжения U_ВЫХ на нём окажется значительно больше переменного напряжения U_ВХ входного сигнала, т.е. транзистор усиливает входной сигнал.

В активном режиме транзистор управляется в любой момент процесса усиления, т.е. каждому изменению входного сигнала соответствует изменение выходного.

В режиме насыщения на оба перехода транзистора подаётся прямое напряжение. При этом в базу инжектируются потоки основных носителей эмиттера и коллектора, и сопротивление промежутка коллектор-эмиттер транзистора резко уменьшается. В этом режиме транзистор не управляется. Режим насыщения используется в тех случаях, когда необходимо уменьшить (почти до нуля) сопротивление цепи, в которую включен транзистор. Этот режим используется в цифровых схемах, как одно из устойчивых состояний электронного ключа.

В режиме отсечки оба перехода транзистора закрыты, так как на них подают обратное напряжение. В этом режиме транзистор обладает большим сопротивлением. Обратные токи эмиттерного I_ЭБО и коллекторного I_КБО переходов малы (особенно для кремниевых транзисторов). Этот режим также используется в цифровых схемах, как второе устойчивое состояние электронного ключа.

В инверсном режиме эмиттерный переход заперт, а коллекторный отперт. Это режим обратный активному, а функции эмиттерной и коллекторной области меняются. Однако, параметры инверсного и активного режимов существенно отличаются из-за асимметрии областей.

При включении биполярного транзистора в электрическую схему образуется две цепи: управляющая и управляемая. В управляющей цепи действует входной сигнал, который обычно подают на базу. В управляемой цепи (эмиттерной или коллекторной) формируется выходной сигнал, поступающий затем на вход следующего каскада или в нагрузку. Третий электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей.

Широко распространены три схемы включения транзисторов:

- с общей базой;

- с общим эмиттером;

- с общим коллектором.

Для расчёта транзисторных схем используются два семейства вольт-амперных характеристик: входные и выходные.

Входные ВАХ транзистора показывают зависимости тока входного электрода от напряжения между ним и общим электродом при постоянном напряжении на выходном электроде. Для схемы с ОЭ это зависимость тока базы от напряжения между базой и эмиттером при постоянном напряжении на коллекторе (рис. 3.2, а):

I_Б = f(U_ЭБ) при U_КЭ = const.

Выходные характеристики транзистора показывают зависимость выходного тока от напряжения I_ВЫХ = f(U_ВЫХ). Для схемы с ОЭ эти характеристики имеют вид (рис. 3.2, б):

I_К = f(U_КЭ) при I_Б = const.

В режиме усиления малых сигналов транзистор, включенный с ОЭ, эквивалентно представляют в виде линейного четырёхполюсника (рис. 3.3), входные и выходные параметры которого, связаны следующими уравнениями:

DU_БЭ = h_11Э× DI_Б + h_12Э× DU_КЭ;

DI_К = h_21Э× DI_Б + h_22Э× DU_КЭ,

где коэффициенты h₁₁, ¼, h₂₂ и являются параметрами транзистора.

Физический смысл h-параметров и формулы для их расчёта:

h_11Э = DU_БЭ /DI_Б, [Ом] при U_КЭ = const - входное сопротивление транзистора;

h_12Э = DU_БЭ /DU_КЭ при I_Б = const - коэффициент обратной связи;

h_21Э = DI_К /DI_Б при U_КЭ = const - коэффициент усиления транзистора по току.

h_22Э = DI_К /DU_КЭ, [1/Ом] при I_Б = const - выходная проводимость транзистора.

 

H-параметры легко могут быть определены по входным и выходным характеристикам для выбранной рабочей точки. Методика их определения поясняется на рис. 3.4 и заключается в следующем:

а) для определения h_11Э в окрестности рабочей точки (РТ) «А» (рис. 3.4, а) берут приращение напряжения DU_БЭ и соответствующее ему приращение тока DI_Б, затем определяют h_11Э = DU_БЭ/DI_Б;

 

 

 

Рис. 3.4

б) для определения h_12Э выбирают две входные характеристики, снятые при двух значениях напряжения между коллектором и эмиттером (рис. 3.4, в) и проводят через РТ «А» линию I_Б = const, соответствующую холостому ходу на входе транзистора. Затем точки пересечения этой линии с характеристиками проецируют на ось U_БЭ, определяют DU_КЭ = U_КЭ2 - U_КЭ1. Находят соответствующее приращение DU_БЭ и рассчитывают коэффициент обратной связи по напряжению h_12Э = DU_БЭ /DU_КЭ;

в) для определения h_21Э семейство выходных характеристик вблизи РТ «А» пересекают линией U_КЭ = const (рис. 3.4, б), что соответствует короткому замыканию на выходе транзистора. Затем определяют графически DI_К и DI_Б как разность I_Б2 - I_Б1 и рассчитывают h_21Э = DI_К/DI_Б;

г) для определения h_22Э из семейства выходных ВАХ выбирают выходную характеристику, снятую при I_{Б РТ}. Находят приращение тока коллектора DI_К, вызванное приращением напряжения DU_КЭ на нём при постоянном токе базы (рис. 3.4, г) и рассчитывают h_22Э = DI_К/DU_КЭ. РТ транзистора в схеме с ОЭ характеризуются следующими параметрами: I_{Б РТ}, I_{К РТ}, U_{БЭ РТ}, U_{КЭ РТ}.

 

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

3.1. Включить цифровой вольтметр и микроамперметр Ф195, и прогреть в течении 2¸ 3 минут.

3.2. Собрать схему для снятия семейства входных ВАХ транзистора
(рис. 3.2, а).

3.2.1. Включить измерительные приборы в соответствующие гнёзда стенда, соблюдая полярность:

а) микроамперметр РА1 (Ф195) подключить к гнёздам Х₁ и Х₂;

б) миллиамперметр РА2 (M2015) подключить к гнёздам Х₇ и Х₈;

в) цифровой вольтметр подключить к гнёздам Х₅ и Х₆, при измерении U_БЭ или к гнёздам Х₉ иХ₁₀ при измерении напряжения U_КЭ;

г) генератор тока ГТ и генератор напряжения ГН2 подключаются с помощью соединительных проводов стенда к соответствующим клеммам источника питания лабораторной установки с соблюдением полярности, указанной на клеммах и соединительных проводах. Регуляторы источников питания ГТ и ГН2 установить в крайнее левое положение.

3.3. Включить источник питания.

3.4. Снять входные характеристики транзистора I_Б = f(U_БЭ) при U_КЭ = 0 в следующей последовательности.

3.4.1. Снять входную ВАХ при U_КЭ1 = 0, для чего:

а) отключить соединительные провода от источника ГН2 и провод «+» ГН2 подключить к клемме Х₉, закоротив тем самым коллектор транзистора, при этом величина U_КЭ = 0;

б) изменяя регуляторами ГТ величину тока I_Б от 0 до 100 мкА согласно табл. 3.1, контролировать напряжение U_БЭ (предел измерения вольтметра установить «1 В»);

в) результаты измерений занести в табл. 3.1.

Таблица 3.1

12Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. A. обеспечение выполнения расписания движения, корректировка движения в случае необходимости, оказание техпомощи ПС на линии, принятие мер в случае ДТП и др.
2. IX. Общие правила подачи и рассмотрения апелляций
3. Алгоритм выполнения курсового проекта
4. Анализ формирования и выполнения производственной программы
5. Б. Поза и техника выполнения
6. В процессе выполнения работы
7. В чем смысл выражения «три источника экспериментальной психологии»?
8. Виды и качество выполнения работ с целью оценки сформированности профессиональных компетенций
9. Виды налогов и основания для их классификации. Правила регулирования элементов федеральных, региональных и местных налогов.
10. Виды перевязочного материала. Правила бинтования. Типы повязок.
11. Выдающийся текст, в котором закреплены правила поведения всех членов семьи, известный в феодальный период?
12. Выполнения выпускной квалификационной (дипломной) работы