Электроника 1.2 / ЛР_3

Рисунок 12. Режим глубокой отсечки при управляющих напряжения VPS =–5В

Рисунок 13. Режим глубокой отсечки при управляющих напряжения VPS = –4В

Рисунок 14. Режим глубокой отсечки при управляющих напряжения VPS = –1В

Рисунок 15. Режим глубокой отсечки при управляющих напряжения VPS= –2В

Рисунок 15. Режим глубокой отсечки при управляющих напряжения VPS= 0В

-Режим насыщения

Переключаем полярность напряжения управления VPS в схеме рисунка 4,установив на входе вместо -VPS источник +VPS = 0 В

Постепенно увеличивая управляющее напряжение с помощью VPS и измеряя коллекторное напряжение, удостоверьтесь, что транзистор работает в усилительном режиме, когда увеличение напряжения UБЭ ведет к уменьшению выходного напряжения UКЭ.

	Знач напряжения		0	1	2	3	4	5
	+VPS, В
	БЭ, В		0,2995	0,58	0,61	0,62	0,64	0,64
	Б , БН мкА		-14	21	69	120	170	220
		, В	14,9	13,4	4,45	2,88	0,165	0,124
	Э
	К КН, мА		12,5	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5

- Исследование ключа ОЭ

Используя упрощённую схему замещения рассчитаем значения токов насыщения IКН и IБН,

считая что транзистор имеет коэффициент усиления по току β = 90. Рассчитать также значения амплитуд напряжения генератора для обеспечения степеней насыщения транзистора S равными 2; 4; 7 при резисторе R1 = 20 кОм

Выбираем из меню FGen, устанавливаем прямоугольную форму сигнала (Waveform),

устанавливаем частоту 1 кГц, нулевое значение смещения (DC Offset). А также подключаем осциллограф к выходу ключа.

Рисунок 16. Временная диаграмма при степени насыщения равной S = 2

Рисунок 17. Время рассасывания при степени насыщения равной S = 2

Рисунок 18. Временная диаграмма при степени насыщения равной S = 4

Рисунок 19. Время рассасывания при степени насыщения равной S = 4

Рисунок 20. Временная диаграмма при степени насыщения равной S = 7

Рисунок 21. Время рассасывания при степени насыщения равной S = 7

Выводы: В ходе лабораторной работы изучены основные свойства транзистора в ключевых режимах (режимы насыщения и отсечки). Усвоены практические навыки определения основных параметров транзистора в заданной рабочей точке.

Были исследованы ключевые режимы работы биполярного транзистора. Усилительный режим транзистора обычно используется в усилительных каскадах. Для этого режима характерно усиление входного напряжения по мощности за счет управляющего напряжения. В ключевых режимах (режимы отсечки и насыщения) усилительные свойства транзистора отсутствуют. Эти режимы применяются как аналог механического ключа для замыкания и размыкания электрической цепи. В режиме ключа усилительные свойства транзистора отсутствуют, и этот режим применяется для замыкания и размыкания цепи. К ключевым режимам относятся режим отсечки и режим насыщения биполярного транзистора. Первый реализуется, когда оба перехода транзистора закрыты

(т. е. находятся в обратном включении), а второй, когда переходы открыты.

Транзистор работает в режиме отсечки, если на его базу подать отрицательное напряжение, при этом напряжение Uкэ не изменяется. Исследование ключа с ОЭ показало, что при подаче отрицательного тока на базу транзистора, ключ открывается и через транзистор идет ток, если подать положительный ток, то ключ закрывается и через транзистор не течет ток.

Вывод по пункту (усилительный режим транзистора). Максимальное значение выходного напряжения (без RL Uвыхmax = 6,1 В; с RL Uвыхmax = 5,5 В;) было продемонстрировано при задании рабочей точки с координатой Uкэ3 = 7 В. Данный режим будет целесообразнее выбрать для усиления однополярных сигналов в виде прямоугольных импульсов. Также рассчитанные теоретически и полученные экспериментальным путём значение Uвыхmax при разных значениях Uкэ (2,5,7 В) практически схожи по значению.

Вывод по пункту (режим отсечки). В режиме отсечки транзистор потерял свои усилительные свойства, а на его выходе формируется логическая единица когда на входе действует логический нуль.

Вывод по пункту 4.4.3. (исследование ключа ОЭ)

Исходя из представленных диаграмм видно, что при увеличении режима насыщения немного, но увеличивается время рассасывания, скорее всего это связано с небольшой неточностью проводимых измерений.

Контрольные вопросы:

1. Изобразите семейство входных и выходных характеристик биполярного транзистора n- p-n типа

ВАХ биполярного транзистора (p-n-p): левые – выходные характеристики; правые – входные характеристики

2. Поясните принцип действия биполярного транзистора:

Рассмотрим физические процессы в транзисторе на примере n-p-n-транзистора,

работающего в активном режиме без нагрузки

(статический режим).

Напряжения на переходах задаются внешними источниками постоянного напряжения Eб и Eк. Их полярность и величина напряжения обеспечивают смещение ЭП в прямом направлении, а КП – в

обратном, т.е. активный режим работы: Eб

(десятые доли В) < Eк (единицы сотни В).

Потенциал базы меньше потенциала коллектора, => КП смещён в обратном направлении, при этом сопротивление ЭП мало, а сопротивление КП велико.

Так как ЭП смещен в прямом направлении, то потенциальный барьер (как в обычном p-n-

переходе) в этом переходе понижен, поэтому электроны легко, его преодолевая,

инжектируются из эмиттера в базу. Небольшая часть электронов (≈5%) в базе рекомбинируют с дырками и в результате возникает сравнительно небольшой базовый ток

Iб (дырок в базе мало, т.к. толщина база мала), а большая оставшаяся часть электронов

(≈95%) достигает коллекторного перехода. Поскольку КП смещён в обратном направлении, то на этом переходе образуются объёмные заряды (подобно обычному p-n-

переходу при обратном напряжении). Между зарядами возникает электрическое поле,

которое способствует продвижению (экстракции) через КП электронов из эмиттера. Эти электроны и создают коллекторный ток.

Ток коллектора I к получается меньше тока эмиттера Iэ на величину тока базы Iб. В

соответствии ст1 законом Кирхгофа между токами всегда справедливо соотношение:

Iэ = Iк + Iб, т.к. Iб << Iэ , то Iэ ≈ Iк.