Лабораторный стенд в комплексе с внешними измерительными приборами позволяет исследовать входные, проходные и выходные вольтамперные характеристики биполярных транзисторов и проходные и выходные характеристики униполярных (полевых) n -канальных транзисторов с p-n-переходом.
Графически по входным, проходным и выходным характеристикам транзисторов легко определить h-параметры, которые используются в расчетах различных транзисторных схем.
Методика графического определения h-параметров для схемы транзистора с общим эмиттером приведена в разделе “Транзистор как активный четырехполюсник”.
В качестве исследуемых транзисторов в лабораторном стенде используются биполярный кремниевый транзистор n-p-n -типа КП 503 и полевой транзистор с p-n-переходом и n-каналом КП 307.
Токи во внешних цепях транзисторов измеряются щитовыми микро- и миллиамперметрами, встроенными в верхнюю панель лабораторного стенда. Напряжения в главных точках экспериментальных схем измеряются двумя внешними цифровыми вольтметрами постоянного тока Щ1516.
На рис.16 представлен внешний вид лабораторного стенда с органами управления и их назначением.
14
1
13
10
11 2
12
3
9
8 7 6 5 4
Рис.16
1- Тумблер включения питания лабораторного стенда “СЕТЬ”.
2- Тумблер переключения типа исследуемого транзистора: “Биполярный транзистор”, “Полевой транзистор”. (К1)
3- Выводы “Общий” – общего провода электрической цепи.
4- Вывод для измерения обратного тока коллектора.
5- Вывод подключения вольтметра V2 для измерения напряжения сток – исток (U си) полевого транзистора.
6- Вывод подключения вольтметра V1 для измерения напряжения затвор – исток (U зи) полевого транзистора.
7- Вывод подключения вольтметра V2 для измерения напряжения коллектор – эмиттер (U кэ) биполярного транзистора.
8- Вывод подключения вольтметра V1 для измерения напряжения база – эмиттер (U бэ) биполярного транзистора.
9- Тумблер переключения прямого и обратного тока биполярного транзистора.
10- Резистор для регулировки отрицательного напряжения на затворе полевого транзистора. (R3)
11- Резистор для регулировки тока базы биполярного транзистора. (R1)
12- Резистор для регулировки тока коллектора или тока стока биполярного или полевого транзисторов соответственно. (R2)
13- Микроамперметр для измерения тока базы биполярного транзистора.
14- Миллиамперметр для измерения тока коллектора или тока стока биполярного или полевого транзисторов соответственно.
В качестве источников входных и питающих, экспериментальные схемы напряжений используется компенсационный стабилизатор напряжения +10В с двухканальным регулируемым выходом.
Регулировка выходных напряжений стабилизатора, питающих экспериментальные схемы, осуществляется регулировочными резисторами R1, R2 и R3 (СП5 – 35Б) с высокой электрической разрешающей способностью.
Исследование вольтамперных характеристик биполярного транзистора n-p-n- типа и расчет его основных параметров
Для изучения работы транзистора в лабораторном стенде собрана электрическая цепь, схема которой представлена на рис.17.
Тумблер К1 в положении “биполярный транзистор”, а тумблер К2 в положении “ток прямой”.
 |
Iк
Iб
+
Uп
0 ÷ 8B
_
+
Uвх
0÷3
В _ Uкэ
Uбэ
Рис.17
U вх – источник постоянного тока с регулируемым выходным напряжением (0 ÷ 3В);
U п – источник постоянного тока с регулируемым выходным напряжением (0 ÷ 8B);
I б – ток базы транзистора, измеряемый микроамперметром “μА”;
U бэ – напряжение база – эмиттер, измеряемое выносным вольтметром постоянного тока “V1”;
I к – ток коллектора, измеряемый миллиамперметром “mA”;
U кэ – напряжение коллектор – эмиттер, измеряемое выносным вольтметром “V2”.
Задание 1. Снятие семейства входных вольтамперных
характеристик биполярного транзистора
и графический расчет h11 и h12 – параметров.
Входная характеристика – это зависимость тока базы от напряжения база – эмиттер при постоянном напряжении коллектор – эмиттер
I б = f(U бэ ) при U кэ = const .
Вход вольтметра Щ1516“V1” подключить к клеммам “Общ” и Uбэ,
а вход вольтметра Щ1516 “V2” подключить к клеммам “Общ” и Uкэ, строго соблюдая полярность.
Включить лабораторный стенд в сеть тумблером “сеть”, а затем включить вольтметры V1 и V2. Напряжение Uбэ устанавливать резистором “Ток базы” по вольтметру V1. Напряжение Uкэ устанавливать резистором “Ток коллектора” по вольтметру V2. Показания тока базы Iб снимать по шкале микроамперметра, а тока коллектора по шкале милливольтметра. Проанализировав экспериментальный ход входных характеристик выбрать оптимальное количество точек для их воспроизведения.
Увеличивая ток базы при постоянных значениях коллекторного напряжения, снимать показания Iб, Uбэ и Uкэ и занести их в таблицу1
Таблица 1
№ Uкэ = 0 В Uкэ = 2 В Uкэ = 4 В Uкэ = 8 В
п/п Uбэ, В Iб, μА Uбэ, В Iб, μА Uбэ, В Iб, μА Uбэ, В Iб, μА
1.
2.
3.
…
rбэ
А
По данным таблицы построить семейство входных характеристик. Пользуясь методикой расчета h – параметров определить дифференциальные входные сопротивления
и коэффициент обратной связи по напряжению
.
Задание 2. Снятие семейства проходных (передаточных)
характеристик биполярного транзистора
и определение крутизны и h – параметров.
Проходная или передаточная характеристика – это зависимость тока коллектора от изменения напряжения на базе при постоянном напряжении коллектор – эмиттер:
при 
.
Задаваясь постоянными значениями U кэ, резистором “ток коллектора” по вольтметру V2, изменяя Uбэ резистором “ток базы” по вольтметру V1, снять соответствующие показания Iк по mA.
Результаты измерений занести в таблицу 2.
Таблица 2
№ Uкэ = 2 В Uкэ = 4 В Uкэ = 8 В
п/п Uбэ, В Iк, mА Uбэ, В Iк, mА Uбэ, В Iк, mА
1.
2.
3.
…
Sэкс
Sрасч
β
По данным таблицы построить семейство проходных характеристик транзистора. Графически по данным эксперимента определить крутизну: 
при 
.
Крутизну можно рассчитать и теоретически, используя формулу:
, где 
.
Экспериментальные и теоретические значения крутизны сравнить и занести в таблицу 2.
Используя значения r вх и крутизны S, рассчитать h21=β – коэффициент передачи тока базы.
Результаты вычислений свести в таблицу 2.
Задание 3. Снятие семейства выходных характеристик
биполярного транзистора и экспериментальное
определение h – параметров.
Выходная характеристика – это зависимость тока коллектора I к от изменения напряжения коллектор – эмиттер U кэ при постоянных значениях тока базы I б: 
.
При постоянных значениях тока базы I б, измеряемых по “μА”, изменять напряжение коллектор – эмиттер по вольтметру V2 и наблюдать изменение при этом тока коллектора I к по миллиамперметру “mA”.
Выбрав оптимальное количество экспериментальных точек на кривой снять показание приборов и занести их в таблицу 3.
Таблица 3
№ Iб = 20μА Iб = 40 μА Iб = 60 μА Iб = 80 μА
п/п Uкэ, В Iк, mA Uкэ, В Iк, mA Uкэ, В Iк, mA Uкэ, В Iк, mA
1.
2.
…
rкэ
h22
β
Зависимость коллекторного тока от напряжения коллектор – эмиттер характеризуется дифференциальным выходным сопротивлением:
или выходной проводимостью – параметр h 22: 
.
По выходным характеристикам можно рассчитать коэффициент
усиления по току (коэффициент передачи тока базы) h 21:
при 
.
Рассчитать эти параметры транзистора и свести их в таблицу 3.
Исследование вольтамперных характеристик n -канального полевого транзистора с p-n -переходом и определение его основных параметров.
Для изучения работы полевого транзистора в лабораторном стенде собрана цепь, схема которой представлена на рис.18.
Ic
C
З +
Ucи Uп
_ И _
Uвх Uзи
+
Рис.18
U вх – источник постоянного тока с регулируемым выходным напряжением - (0 ÷ 4 В);
U п – источник постоянного тока с регулируемым выходным напряжением +(0 ÷ 8 В);
U зи – напряжение затвор – исток, измеряемое вольтметром V1;
Ucи – напряжение сток – исток, измеряемое вольтметром V2;
Iс – ток стока, измеряемый миллиамперметром “mA”.
Для функционирования этой схемы необходимо переключить: вход вольтметра Щ1516 из разъема Uбэ в разъем Uзи, вход вольтметра Щ1516 из разъема Uкэ в Ucи. Тумблер К1 в положение “полевой транзистор”.
Задание 4. Снятие сток – затворной характеристики полевого
транзистора.
Передаточная (сток – затворная) характеристика полевого транзистора представляет собой зависимость тока стока от величины напряжения на затворе при U си = const:
.
Для получения семейства этих характеристик необходимо резистором “ток стока” установить постоянное напряжение по вольтметру V2 и, изменяя напряжение на затворе по показаниям вольтметра V1, наблюдать изменение силы тока стока “Ic”.
Произвести измерение параметров кривых Ic = f (U зи ) в приемлемом количестве точек. Результаты эксперимента свести в таблицу 4.
Таблица 4
№ Uси = 2 В Uси = 4 В Uси = 8 В
п/п Uзи, В Iс, mA Uзи, В Iс, mA Uзи, В Iс, mA
1.
2.
…
Uотс
Sэксп
Smax
По передаточной характеристике транзистора определить крутизну: 
.
Зная напряжение отсечки U отс при I с = 0 и учитывая уравнение
, определить максимальное значение крутизны:
, где I си – ток стока при U зи = 0.
Результаты расчетов свести в таблицу 4.
Задание 5. Снятие семейства выходных характеристик полевого
транзистора.
Выходная характеристика – это зависимость тока стока I с от напряжения сток – исток U си при постоянном напряжении затвор – исток U зи : 
при 
.
Установив постоянные значения U зи по вольтметру V1, изменяя напряжение U си по вольтметру V2, наблюдать изменение силы тока стока I с по миллиамперметру “mA”.
Результаты эксперимента свести в таблицу 5.
Таблица 5
№ Uзи = 0 В Uзи = -0,5 В Uзи = -1 В Uзи = -1,5 В
п/п Uси, В Iс, mA Uси, В Iс, mA Uси, В Iс, mA Uси, В Iс, mA
1.
2.
…
rвых
Ku
Построив семейство выходных характеристик, определить:
1. Дифференциальное выходное сопротивление:
при 
.
2. Коэффициент усиления по напряжению:
при 
.
Результаты расчетов свести в таблицу 5.
Задание 6. Компьютерное моделирование лабораторного
эксперимента.
Используя программное обеспечение, предлагаемое преподавателем (Electronics Workbench 3.0E или CircutMaker v.5.0), построить на экране компьютера экспериментальную схему для исследования биполярного транзистора. Задать для транзистора по данным справочной литературы параметры аналогичные экспериментальному: КТ503А.
2. Используя возможности компьютерного измерителя ВАХ, наблюдать семейства исследуемых вольт-амперных характеристик и сравнить их с экспериментальными.
3. Провести аналогичный компьютерный анализ для полевого транзистора КП307.
4. Графический материал распечатать на принтере и приложить к отчету.
После выполнения всех заданий сделайте выводы по работе и ответьте на следующие вопросы:
1. Чем различаются симметричный и несимметричный p-n-переходы?
2. Составьте схему стабилизатора напряжения со стабилитроном.
3. Составьте схему выпрямителя переменного тока.
4. Объясните усилительные свойства полевых и биполярных транзисторов.
5. Какие усилительные электронные приборы управляются напряжением? Управляются током?
6. Назовите параметры, описывающие транзистор как четырехполюсник. Каков их физический смысл?
7. Проведите сравнительный анализ биполярных и полевых транзисторов, а также полевых транзисторов с p-n-переходом и МДП транзисторов.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высш.шк., 1982. 496с.; ил.
2. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Высш.шк., 1988. 464с.; ил.
3. Основы радиоэлектроники: Учебное пособие / Ю.Н. Волощенко, Ю.Ю. Мартюшев и др. М.: Изд-во МАИ, 1993. 416с.; ил.
4. Радиотехника: Учебное пособие для вузов / Е.М. Гершензон, Г.Д. Полянина, Н.В. Соина. М.: Просвещение, 1986. 319с.; ил.
5. Элементы информационных систем: Учеб. для вузов / В.П. Миловзоров. М.: Высш.шк., 1989. 440с.; ил.
Дата: 2019-03-05, просмотров: 200.
