В.В. Демьянов Промышленная электроника. Часть 1

1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование входных и выходных характеристик биполярного транзистора типа МП 42.

ПРИБОРЫ: Стенд типа ЭС-4, электронный осциллограф, вольтметр.

Основные свойства полупроводниковых триодов

Транзистор - полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами, пригодный для усиления сигналов, имеющий три или более выводов. Широко распространены биполярные транзисторы с чередованием полупроводниковых слоев p-n-p или n-p-n. У биполярных транзисторов центральный слой называют базой. Наружный слой, являющийся источником носителей зарядов (электронов или дырок), который главным образом и создает ток прибора, называют эмиттером, а наружный слой, принимающий заряды, поступающие от эмиттера, - коллектором. На переход эмиттер-база напряжение подается в прямом направлении, поэтому даже при небольших напряжениях через него проходят значительные токи. На переход коллектор-база напряжение подается в обратном направлении. Оно обычно в несколько раз выше напряжения перехода эмиттер-база.

Основной схемой биполярного транзистора считают схему, в которой общим электродом для входной и выходной цепи по переменному току является эмиттер (рис.1).

ния по току для схемы с общим эмиттером.

для схемы с общей базой. α и β связаны между собой соотношением

Максимально допустимые значения токов коллектора и эмиттера, устанавливаемые исходя из опасности возникновения теплового пробоя

перехода при больших токах, IК доп., IЭ доп.

Максимально допустимые величины напряжения на коллекторном и эмиттерном p-n - переходах, устанавливаемые исходя из опасности пробоя перехода, UК доп. и UЭ доп.

Описание лабораторного стенда

Принципиальная схема стенда изображена на рис.2. Питание транзистора осуществляется от выпрямителя. Постоянное напряжение питания коллектора измеряется вольтметром ИП3. Ток коллектора измеряется прибором ИП2, ток базы - ИП1. Измерение постоянного напряжения база-эмиттер в статическом режиме, а также переменных напряжений на входе и выходе транзистора в усилительном режиме производится универсальным цифровым вольтметром ЛВ. Измеряемое постоянное напряжение на базу транзистора поступает от делителя напряжения R12 , включенного к источнику питания коллектора. Переменное напряжение на базу транзистора в усилительном режиме снимается с отдельной обмотки силового трансформатора и регулируется потенциометром R12. Резистор R1 ограничивает ток базы транзистора.

Изучение работы транзистора в статическом режиме производится в соответствии со схемой рис. 3, где из общей схемы исключаются все резисторы и конденсаторы. Регулирование постоянного входного напряжения производится посредством потенциометра R12 . Величина напряжения контролируется цифровым вольтметром ЛВ, установленным в режиме постоянного тока и включенным между гнездами Г1 и корпусом (Г3, Г4, Г5). Ток базы регистрируется прибором ИП1, который для постоянного тока базы включен последовательно с диодами VD2,

4

VD3 и ограничен резистором R1. Коллекторное напряжение с помощью резистора R11 поддерживается постоянным.

Рис.3. Схема для исследования статических характеристик транзистора

Порядок выполнения работы

1. Снять семейство входных характеристик транзистора Iб = f(Uб) при UК = const, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ) при UК = 0; -5, -10В; ток базы менять от 0 до 200 мкА. Для этого тумблер В12 на лицевой панели стенда ЭС-4 установить в положение «-UВХ»,

тумблеры В1, В3, В4, В6, В9, В11 - в положение «Вкл.», а тумблеры В2 и В5 разомкнуть. Напряжение источника питания регулируется потенцио-

метром «Рег. напряж. ЕК» и контролируется вольтметром «Напряжение ЕК». Регулирование входного напряжения осуществляется потенциометром «Рег. напряжения UВХ» и контролируется вольтметром, включенным в гнезда Г1 и Г3 (Г4 , Г5).

2.Снять семейство выходных характеристик транзистора IK=f(UK) при Iб = const, включенного по схеме с ЭО, при фиксированных значениях тока базы Iб = 0, 40, 80, 120, 160, 200 мкА. Напряжение коллектора менять от 0 до -10 В.

3.Из полученных характеристик определить параметры транзи-

стора.

5

Отчет должен содержать:

1. Электрическую схему биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

2.Таблицы экспериментальных данных.

3.Входные и выходные характеристики биполярного транзистора.

4.Рассчитанные параметры транзистора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните принцип действия биполярного транзистора типа p-n-p, n-p-n.

2.Нарисуйте условные изображения транзисторов p-n-p и n-p-n

типов.

3.Покажите транзисторы типов p-n-p и n-p-n, включенные по схеме с ОБ, ОЭ, ОК. Укажите полярности напряжений и направления токов коллектора, эмиттера и базы.

4.Какие характеристики являются входными и выходными при различных схемах включения биполярного транзистора?

5.Каковы соотношения токов эмиттера, коллектора и базы биполярного транзистора?

6.Чем обусловлен ток коллекторного перехода в случае, когда ток через эмиттерный переход равен нулю?

7.Почему коэффициент усиления по току в схеме включения транзистора с ОЭ намного больше коэффициента усиления по току в схеме с ОБ?

8.Как определить по входным и выходным характеристикам биполярного транзистора h-параметры?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ КАСКАДОВ УСИЛЕНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Изучение работы однокаскадного усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером.

2. Изучение работы однокаскадного усилителя, собранного по схеме общим коллектором.

6

ПРИБОРЫ: Лабораторный стенд типа ЭС-4, осциллограф, универсальный цифровой вольтметр.

Усилительный каскад с общим эмиттером на биполярном транзисторе

Принципиальная схема усилительного каскада с общим эмиттером приведена на рис.4.

Рис.4. Усилительный каскад с общим эмиттером

Источник переменной ЭДС еВХ с внутренним сопротивлением rВХ подключается к входным зажимам усилителя. Усиленное входное напряжение снимается с нагрузочного резистора RН.

При этом выходная мощность усиленного сигнала значительно больше мощности сигнала на входе.

Смещение на базу транзистора задается делителем напряжения на резисторах R1 и R2. Резистор Rэ совместно с конденсатором Cэ создают цепь автоматического смещения транзистора. Резистор Rк является сопротивлением нагрузки в цепи коллектора. Конденсаторы C1 и Cс - разделительные.

Для изучения работы усилителя собирается схема, изображенная на рис.5. Переключатель В14 переводится в положение «общий эмиттер», а тумблер В12 переключается на переменное напряжение. Регулирование переменного входного напряжения производится потенциометром R12, а измерение входного напряжения - осциллографом или цифровым вольтметром ЛВ, включенным между гнездами Г1 и Г3 (Г4, Г5). Снимают амплитудные характеристики усилителя UВЫХ = f(UВХ)

7

при напряжении источника ЕК = 15 В, которое устанавливается потенциометром R11 и измеряется вольтметром ИП3. Напряжение смещения устанавливается включением в цепь эмиттера резистора R5 или R7, R10. Во всех случаях переменное выходное напряжение измеряется осциллографом или цифровым вольтметром, включенным между гнездами Г2

и Г3 (Г4 и Г5).

Амплитудные характеристики на холостом ходу усилителя могут быть сняты для трех различных значений коллекторного сопротивления: R3, R4, R3+R4. После графического построения характеристик определяется коэффициент усиления для каждого значения коллекторного сопротивления.

Влияние нагрузки усилителя оценивается после включения резисторов R6, R8 тумблером В16. Во всех случаях в эмиттерной цепи конденсатор С2 должен быть включен.

Усилительный каскад с общим коллектором

Схема усилительного каскада с общим коллектором отличается от схемы каскада с общим эмиттером отсутствием цепи автоматического смещения и отсутствием нагрузки в цепи коллектора. Выходной сигнал снимается с эмиттерной цепи транзистора. Такая схема не дает усиления по напряжению и сигнал на выходе по фазе совпадает с входным (схема эмиттерного повторителя). Схема дает усиление по току и по мощности.

Для изучения работы эмиттерного повторителя собирается схема, изображенная на рис. 6. Переключатель В14 переводится в положение «общий коллектор», а тумблер В12 остается включенным на переменное напряжение. Изменяемое с помощью потенциометра R12 входное напряжение, как и в предыдущем случае, измеряется цифровым вольтметром, включаемым между гнездами Г1, Г3 (Г4, Г5), а для измерения выходного напряжения цифровой вольтметр включается между гнездами Г1, Г3 (Г4, Г5). Амплитудные характеристики холостого хода могут быть сняты при разомкнутом тумблере В16 при величине эмиттерного сопротивления R5, R7, R10, R7+R10. После графического построения выходных характеристик для каждого случая определяется коэффициент усиления по напряжению. Влияние нагрузки усилителя оценивается после подключения нагрузочных резисторов R6, R8 тумблером В16. Во всех случаях конденсатор С2 должен быть отключен, т.е. тумблер В7 должен быть разомкнут.

9

Порядок выполнения работы

1. С помощью тумблеров привести стенд в состояние, соответст-

вующее рис. 5. (В2, В4, В5, В7, В9, В11 - замкнуты; В1, В3, В6, В16 - разомкнуты, тумблер В12 в положении переменного тока, В14 в положении

«общий эмиттер»).

2.Установить потенциометром R11 значение ЕК = 15 В. 3.Устанавливая различные значения UВХ с помощью потенцио-

метра R12 и измеряя их осциллографом или цифровым вольтметром, снять зависимости UВЫХ = f(UВХ). Измерение UВХ производится осциллографом или тем же цифровым вольтметром путем переключения его в гнездо Г2. Данные занести в таблицу.

ЕК = 15 В

RК = 2 кОм

4. Повторить пункт 3 для величины коллекторного сопротивления R4 (В3 - замкнут, В4 - разомкнут).

5.Повторить пункт 3 для величин коллекторного сопротивления R3+R4 (В3 и В4 разомкнуты).

6.Повторить п. 3, 4, 5 при сопротивлении смещения R7 = 1000 Ом

(В9 разомкнут, В6 , В11 замкнуты).

7.Замкнуть В3, В16, В10. Повторить п.3 при сопротивлении нагруз-

ки R6 = 4,3 кОм.

8.Повторить п.3 при сопротивлении нагрузки R8 = 1 кОм.

9.Собрать схему, соответствующую рис.6 (замкнуть В3, В4, В9,

В11; разомкнуть В6, В7, В16, а тумблер В14 перевести в положение «общий коллектор»).

10. Установить потенциометром R11 значение ЕК = 15 В.

11. Устанавливая потенциометром R12 различные значения UВХ,

снять зависимость UВЫХ = f(UВХ). Измерение UВЫХ, как и прежде, производится осциллографом или цифровым вольтметром. Данные свести

в таблицу.