Лабы

Коэффициент стабилизации:

Методические указания к проведению работы

Перед включением стенда и проведением измерений, ручки регулировки напряжения источников питания необходимо вывести в крайнее левое положение!

Исследование однофазной однополупериодной схемы выпрямителя.

Соберите схему (Рис. 8).

Рисунок 8 – Схема исследования однопериодного выпрямителя

Всхеме используйте кремниевый диод. С генератора НЧ подайте сигнал амплитудой 4 вольта с частотой 2кГц. Зарисуйте сигнал генератора, измеряемый осциллографом непосредственно с его зажимов.

Вкачестве нагрузки выберите сопротивление в 1кОм. Зарисуйте сигнал на нагрузке, измеряемый осциллографом при различных значениях конденсатора (0 Ф, 0.15мкФ, 1мкФ, 10 мкФ). Не забывайте наблюдать за видом сигнала на выходе генератора.

Вкачестве нагрузки выберите сопротивление в 100Ом. Зарисуйте сигнал на нагрузке, измеряемый осциллографом при различных значениях конденсатора (0 Ф, 1 мкФ). Не забывайте наблюдать за видом сигнала на выходе генератора.

Проанализируйте и разъясните результаты, полученные в проведённых исследованиях.

Исследование схемы стабилизатора напряжения

Соберите схему указанную на рисунке 9.

Iн	IЕ2
	Iст
Rн V1	VD

V

Rогр

	V2	+	Е2
		–	10В

Рисунок 9 – Схема исследования параметрического стабилизатора

В данной схеме будем считать, что источник питания Е2 является нестабилизированным источником питания, который выдаёт 10 вольт с нестабильностью 2 вольта. Нестабильность будем обеспечивать вручную (устанавливая напряжение питания в диапазоне 8 – 12 вольт), а для начала выставить источник питания на 10 вольт.

Исходя из требуемых параметров для нагрузки указанного преподавателем варианта выберите из предложенных стабилитронов

(КС133А, 2С119А, 2С107А, 2С139А, 2С447А, Д814А) и их справочных параметров – необходимый, для решения поставленной задачи: стабилизировать напряжение на сопротивлении нагрузки.

№ Варианта	Rн, Ом	Uн, В	Iн, мА	Uвх, В	Uвх, В
1	275	3,3	12	10	2
2	158	1,9	12	10	2
3	325	3,9	12	10	2
5	1143	8	7	10	2
4	58	0,7	12	10	2

Рассчитайте номинал балластного сопротивления. Запитайте схему и подрегулируйте значение балластного сопротивления для достижения требуемого результата на нагрузке при напряжении 10 вольт на источнике питания.

!!! Включение амперметров в схеме не допускается из-за их больших внутренних сопротивлений, сравнимых с сопротивлениями пассивных элементов цепи. Ток рассчитывать по законам Ома и Кирхгофа, исходя из номиналов резисторов и показаний вольтметров.

Определить напряжения и токи в исследуемой схеме при напряжениях питания Е2 равных: 8 Вольт, 10 Вольт и 12 Вольт.

Снять обратную ВАХ стабилитрона (именно область электрического пробоя). И исходя из проведённых исследований – построить экспериментальное графическое представление работы схемы стабилизации напряжения (подобно рис. 7).

Определить коэффициент стабилизации.

Содержание отчёта

Отчёт о выполнении работы должен содержать схемы исследований с номиналами элементов. Осциллограммы исследований схемы

однополупериодного однофазного выпрямителя. Первичный расчёт стабилизатора напряжения, экспериментальные измерения и экспериментальное графическое представление работы схемы стабилизации напряжения. Анализ и объяснение полученных результатов.

Контрольные вопросы

1)Объясните расхождения теоретического расчёта с практическими данными, полученными при исследовании однофазной однополупериодной схемы.

2)Объясните зависимость параметров схемы выпрямителя от материала диода.

3)Какую из предложенных схем выпрямления переменного тока наиболее выгодно применять в бытовой аппаратуре?

4)Объясните работу схемы однофазного двухполупериодного выпрямителя.

5)Какие параметры необходимо учитывать при подборе выпрямительного диода?

6)Возможно ли использовать высокочастотный диод в схеме выпрямителя?

7)Объясните сущность метода фильтрации выходного напряжения с помощью конденсатора.

8)Возможно ли использовать рассмотренный стабилизатор напряжения в схеме питания усилителя мощности звуковой частоты с выходной мощностью 20 Вт?

Лабораторная работа №3

«Изучение принципов работы биполярного транзистора»

Цель работы: изучить принципы работы и схемы включения биполярных транзисторов. Исследовать статические характеристики и параметры биполярных транзисторов, познакомиться с методикой измерения характеристик и обработкой экспериментальных данных.

Перед выполнением лабораторной работы рекомендуется изучить теорию по теме [1, 3, 4]

Краткие теоретические сведения

Транзистором называется трёхэлектродный полупроводниковый прибор, имеющий выводы: эмиттер, база и коллектор. Основой транзистора служит полупроводниковый кристалл, в котором созданы три области проводимости. Крайние области имеют одинаковую проводимость. На Рисунке 1 изображены структуры транзисторов типа «n-p-n» и «p-n-p», а так же условно графические их обозначения.

Рисунок 1 – Структуры и УГО транзисторов на схемах

К основным параметрам транзистора относят:

максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором PК max – превращающаяся в тепло мощность тока коллектора,

расходуемая на нагревание транзистора.

максимально допустимый ток коллектора IКmax – ток,

ограничиваемый максимально допустимой мощностью, рассеиваемой коллектором.

максимально допустимое напряжение между коллектором и общим электродом транзистора― определяется значением пробоя перехода, а так же мощностью, током коллектора и температурой окружающей среды.

предельная частота усиления по току f или f – частота, при

которой коэффициент усиления по току уменьшается до 0,7 своего значения на низких частотах.

Транзистор может работать в четырёх режимах, в зависимости от поданных напряжений на его переходы.

Активный режим: на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторныйобратное. Так как напряжение в цепи коллектора превышает напряжение, подведённое к эмиттерному переходу, а токи в цепях эмиттера и коллектора практически равны, мощность полезного сигнала на выходе схемы (в коллекторной цепи) может оказаться намного больше, чем во входной (эмиттерной) цепи транзистора (основной в усилителях и генераторах).

Режим отсечки: к обоим переходам подводятся обратные напряжения. Поэтому через них проходит лишь незначительный ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда. В режиме отсечки транзистор заперт.

Режим насыщения: оба перехода находятся под прямым напряжением. Ток в выходной цепи транзистора максимален и практически не регулируется током входной цепи. В этом режиме транзистор полностью открыт.

Инверсный режим: к эмиттерному переходу подводится обратное напряжение, а к коллекторному― прямое. Эмиттер и коллектор меняются ролями. Этот режим не соответствует нормальным условиям эксплуатации транзистора, однако используется в некоторых схемах цифровой электроники.

В качестве примера работы транзистора рассмотрим работу p-n-p транзистора, включенного в активном режиме (Рис. 2).

Рисунок 2 – Схема работы n-p-n транзистора в активном режиме

Дырки, вылетая из базы, движутся в направлении действия поля напряжения, приложенного к переходу эмиттер-база. Попадая в базу, некоторая их часть рекомбинирует с электронами, создавая ток базы. Так как область базы имеет сравнительно малые размеры, то большинство дырок попадает под действие поля коллектора, которое является ускоряющим. Так создаётся ток коллектора, значительно превышающий по величине ток базы. В создании тока базы и коллектора участвуют и электроны, которые движутся навстречу дыркам. Но во втором случае их значительно меньше, чем дырок, так как электроны являются неосновными носителями зарядов для коллектора.

Из рисунка 2 и соображений целостности транзистора следует:

iэ iк iб;

uкб uкб uбэ;

iэ iк iб.

(1)

Рисунок 3 – Направление токов p-n-p транзистора работающего в активном режиме.

Рассмотрим теперь движение токов в p-n-p транзисторе работающем в активном режиме изображенном на рисунке 3. Ток эмиттера iэ

управляется разностью потенциалов между эмиттером и базой Uэб, но до коллектора доходит меньший ток iк.упр. - управляемый

коллекторный ток, так как часть инжектирующих из эмиттера в базу носителей рекомбинируют. Поэтому

iк.упр. iэ,

(2)

где - коэффициент передачи тока эмиттера (при нормальных режимах работы транзистора [0.95, 0.998]).

Через коллекторный переход всегда проходит очень небольшой (~ 1-2 mА) неуправляемый ток iкo - начальный ток коллектора, поэтому

полный коллекторный ток будет равен

iк iэ iко,

(3)

однако, так как iкo

iэ, следовательно, можно считать, что

.

(4)

iк iэ

Из (1) – (3):

i (i

i

) i

i

i

iко

1

1

к

к

б

ко

к

б

где

– коэффициент передачи тока базы (обычно составляет

1

несколько десятков ( 0.95) 19, ( 0.99) 99 .

iко

i – начальный сквозной ток.

1

кэо

Учитывая (4) и то, что

1, следует, что

iк iб

.

Параметры и эквивалентные схемы

Все параметры транзистора можно разделить на собственные (называемые зачастую первичными) и вторичные. Собственные

параметры ( , , rк, rб, rэ - по переменному току) характеризуют

свойства самого транзистора независимо от схемы его включения, а для расчетов используют эквивалентные схемы составленные из сопротивлений, источников ЭДС и тока (с пропорциональными входным и выходным токам характеристикам по , параметрам).

Все схемы вторичных параметров основаны на том, что транзистор рассматривается как четырёхполюсник, т.е. прибор, имеющий два входных и два выходных зажима.

Рисунок 4 – Схемы с ОБ – общей базой, ОЭ – общим эмиттером, ОК – общим коллектором, представления транзистора виде четырёхполюсника.

Вторичные параметры связывают входные и выходные переменные токи и напряжения и справедливы только для данного режима транзистора и для малых амплитуд. В настоящее время основными считаются смешанные (или гибридные) параметры обозначаемые буквой h. Если на постоянные составляющие токов и напряжений наложены малые сигналы переменного напряжения и тока, то их действующие значения можно рассмотреть как малые приращения постоянных составляющих. В этом случае имеем следующие соотношения:

U1 h11 I1 h12 U2 ,I2 h21 I1 h22 U2 ,

где:

h11

U1

, h22

I2

, h12

U1

, h21

I2

.

I

I

U

2

I

1

U

const

1

I const

I const

1

U

const

2

1

1

2

Как видно два h параметра определяется при постоянном токе на входе; а другие два, при разомкнутой для переменного тока входной цепи. Коэффициенты h11, h12 , h21, h22 называются h - параметрами

транзистора.

h11 представляет собой величину входного сопротивления

транзистора и измеряется в Омах.

h12 характеризует коэффициент обратной связи по напряжению. h21 определяет коэффициент усиления по току.

h22 представляет собой выходную проводимость транзистора,

измеряется в микросименсах.

В зависимости от того, к какой схеме относятся параметры, дополнительно к цифровым индексам проставляется буква hэ(ОЭ),

hб(ОБ), hк(ОК).

Схемы включения транзисторов.

Схема с общей базой.

В схеме, изображённой на Рисунке 3, входной ток Iэпроходит через внутреннее сопротивление источника сигнала Uвх.