200101_jeimpt_lr_2012

По полученной характеристике найти сопротивление rэ при изменении базового тока от 10 A. до 30 A. Результат записать в раздел «Содержание отчета».

г) Расчет сопротивления rЭ транзистора

Найти сопротивление rЭ по формуле rЭ = 25 мВ/IЭ, используя значение IЭ из табл. 6.2 при IБ = 20 А. Результат записать в раздел «Содержание отчета».

Рисунок 6.9 – Схема осциллографирования входной характеристики транзистора при включении с общей базой

6.5 Содержание отчета

Эксперимент 1. Определение статического коэффициента передачи тока транзистора

а) Определение DC коэффициента передачи при напряжении источника ЕБ = 5,7 В

Ток базы транзистора (измерение) Ток коллектора транзистора (измерение)

Напряжение коллектор-эмиттер (измерение) Статический коэффициент передачи

(расчет по результатам измерений)

IБ = ______________

IК = ______________

UKЭ = ______________

DC = ______________

б) Определение DC коэффициента передачи при напряжении источника ЕБ = 2,68 В

Ток базы транзистора (измерение)	IБ = ______________
Ток коллектора транзистора (измерение)	IК = ______________
81

Напряжение коллектор-эмиттер (измерение) Статический коэффициент передачи

(расчет по результатам измерений)

в) Определение DC коэффициента передачи

источника ЕК = 5 В

Ток базы транзистора (измерение)

Ток коллектора транзистора (измерение) Напряжение коллектор-эмиттер (измерение) Статический коэффициент передачи

(расчет по результатам измерений)

UKЭ = ______________

DC = ______________

при напряжении

IБ = ____________

IК = ____________

UKЭ = ____________

DC = ____________

Эксперимент 2. Измерение обратного тока коллектора транзистора

Обратный ток коллектора транзистора

(измерение)

Ток базы транзистора (измерение) Напряжение коллектор-эмиттер (измерение)

IКО = ______________

IБ = ______________

UKЭ = ______________

Эксперимент 3. Получение выходной характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером

а) Измерение токов IБ и IК транзистора

Таблица 6.1 – Результаты измерений

IБ при ЕБ = var				IК при EK = var, B
ЕБ, В	IБ, мкА	0.1	0.5	1	5	10	20
1.66
2.68
3.68
4.68
5.7

б) Построение семейства выходных характеристик транзистора

(рис. 6.10)

82

Рисунок 6.10 – Семейство выходных характеристик транзистора

Рисунок 6.11 – Осциллограммы выходных характеристик транзистора в схеме с ОЭ для разных токов базы

в схеме с ОЭ

в) Снятие осциллограмм выходных характеристик транзистора г) Определение коэффициента передачи тока транзистора Коэффициент передачи тока (расчет по результатам измерений)

АС = ______

Эксперимент 4. Получение входной характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером

а) Измерение токов IБ, IЭ и напряжения UБЭ транзистора

Таблица 6.2 – Результаты экспериментов

ЕБ, В	IБ, мкА	UБЭ, мВ	Iк, мА
1.66
2.68
3.68
4.68
5.7

83

б) Построение входной характеристики транзистора

Рисунок 6.12 – График входной характеристики транзистора Рисунок 6.13 – Осциллограмма входной характеристики транзистора

для схемы с ОЭ

в) Осциллографирование входной характеристики транзистора г) Определение входного сопротивления транзистора Сопротивление (расчет по результатам измерений) rВХ = ______

Эксперимент 5. Получение входной характеристики транзистора в схеме с общей базой

а) Построение входной характеристики транзистора (рис. 6.14)

Рисунок 6.14 – График входной характеристики транзистора для схемы с ОБ

Рисунок 6.15 – Осциллограмма входной характеристики транзистора для схемы с ОБ

б) Осциллографирование входной характеристики транзистора

84

(рис. 6.15)

в) Определение сопротивления rЭ транзистора

Сопротивление (расчет по результатам измерений) rЭ = _______

г) Расчет сопротивления rЭ транзистора

Сопротивление (расчет) rЭ = _________

6.6 Вопросы для самопроверки

1.Дайте определение биполярного транзистора, почему он так называется?

2.Какие зоны различают в биполярных транзисторах, чем они отличаются?

3.Что такое симметричный и несимметричный транзисторы?

4.Объясните принцип действия биполярного транзистора?

5.Назовите основные параметры транзистора, объясните их смысл.

6.В каких режимах может работать транзистор, чем они различа-

ются?

7.В каких устройствах могут использоваться транзисторы?

8.От чего зависит ток коллектора транзистора?

9.Зависит ли коэффициент DC от тока коллектора? Если да, то

вкакой степени? Обосновать ответ.

10.Что такое токи утечки транзистора в режиме отсечки?

11.Что можно сказать по выходным характеристикам о зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения коллектор-эмиттер?

12.Что можно сказать по входной характеристике о различии между переходом база-эмиттер транзистора и p-n переходом диода, смещенном в прямом направлении?

13.Одинаково ли значение rВХ в любой точке входной характери-

стики?

14.Одинаково ли значение rЭ при любом значении тока эмиттера?

15.Как отличается практическое значение сопротивления rЭ от вычисленного по формуле?

85

16.По каким признакам определяется схема включения транзи-

стора?

17.Объясните назначение элементов и приборов в исследованных

схемах.

Лабораторная работа № 7 Изучение методов задания рабочей точки каскада

иисследование схем на биполярном транзисторе

7.1Цель работы

1.Изучение принципа действия транзисторного каскада.

2.Построение нагрузочной линии транзисторного каскада.

3.Изучение методов задания рабочей точки в транзисторном каскаде.

4.Исследование параметров рабочей точки транзистора.

5.Исследование условий перевода транзистора в режим насыщения и отсечки.

6.Определение статического коэффициента передачи транзистора.

7.2 Приборы и элементы

Источники постоянного напряжения – группа Sources Амперметры – группа Indicators Вольтметры – Группа Indicators

Биполярный транзистор 2N3904 – группа Transistors Биполярный транзистор 2N3906 – группа Transistors

Резисторы – группа Basic

7.3 Краткие сведения из теории

86

Задание тока базы с помощью одного резистора в схеме транзи-

сторного каскада с общим эмиттером, показано на рис. 7.1.

Рисунок 7.1 – Схема транзисторного каскада с фиксацией тока базы одним резистором

Режим, в котором работает каскад, можно определить, построив его нагрузочную линию на выходной характеристике транзистора [5, 6, 16]. Данный способ позволяет описать поведение транзистора в режимах насыщения, усиления и отсечки.

Режим насыщения определяется следующим условием: ток коллектора не управляется током базы:

DC I Б I R I КН .

(7.1)

Ток коллектора насыщения IКН, определяется сопротивлением RK в цепи коллектора и напряжением источника питания ЕК:

IКН	ЕК	.	(7.2)
	RК

Данный режим характеризуется низким падением напряжения кол- лектор-эмиттер (порядка 0.1 В). Для перевода транзистора в этот режим необходимо в базу транзистора подать ток, больший, чем ток насыщения базы IБН:

I БН		I КН	.	(7.3)
		DC

Ток насыщения базы задается с помощью резистора RБН с сопротивлением, равным:

87

R	EК UБЭ 0		ЕК	,	(7.4)
БН	IБН		IБН

где UБЭО – пороговое напряжение перехода база-эмиттер. Для кремниевых транзисторов UБЭО 0.7 В.

В режиме усиления ток коллектора меньше тока IКН и описывается уравнением нагрузочной прямой:

I			ЕК UКЭ	.	(7.5)
	К
			RК

Рабочая точка в статическом режиме задается током базы и напряжением на коллекторе. Она определяется точкой пересечения нагрузочной прямой и выходной характеристики транзистора. Базовый ток транзистора определяется как ток через сопротивление в цепи базы RБ

(см. рис. 7.1):

IБ	ЕК UБЭ 0	.	(7.6)
	RБ

Ток коллектора вычисляется по формуле:

IК DC IБ .

(7.7)

Напряжение коллектор-эмиттер определяется из уравнения нагрузочной прямой:

UКЭ ЕК IК RК .

(7.8)

В режиме отсечки ток коллектора равен нулю и не создает на резисторе RK падения напряжения. Следовательно, напряжение UKЭ максимально и равно напряжению источника питания ЕК. Ток коллектора с учетом тепловых токов определяется из следующего выражения:

IК IКЭО DC IБ DC 1 IКБО DC IБ DC IКЭО IБ ,

(7.9)

где IКЭО, IКБО – обратные токи переходов коллектор-эмиттер и кол- лектор-база соответственно. Коэффициент нестабильности тока коллектора (S) из-за влияния тепловых токов в схеме определяется как:

88

	S	dIК	1	DC DC .	(7.10)
		dIКБО

Как следует из этого выражения, при рассматриваемом способе задания тока базы коэффициент нестабильности зависит от статического коэффициента передачи, который для транзисторов одного и того же типа может сильно различаться.

Задание тока базы с помощью делителя напряжения в каскаде с общим эмиттером с NPN-транзистором осуществляется в схеме, приведенной на рис. 7.2.

Ток коллектора в режиме насыщения определяется выражением:

	I К	ЕК	.	(7.11)
		RК RЭ

Рисунок 7.2 – Схема каскада на NPNтранзисторе с фиксацией тока базы делителем напряжения

	Независимо от сопротивления резисторов R1 и R2							делителя напря-
	жения ток насыщения базы устанавливается из выражения:
	I БН		I КН			,		(7.12)
			DC
	а напряжение UБ на базе:
	U Б ЕК			RЭ			U БЭО .	(7.13)
		R		R
		Э				К
			89

Это же напряжение задается делителем напряжения. Зная ЕК и UБ, можно определить отношение сопротивлений плеч делителя:

R1 R2 ЕК U Б U Б .

(7.14)

Суммарное сопротивление делителя обычно выбирается так, чтобы ток, протекающий через него, был примерно в 10 раз меньше тока коллектора. Составив систему уравнений и решив её, можно найти сопротивления R1 и R2 плеч делителя, которые обеспечивают ток базы, необходимый для перевода транзистора в режим насыщения.

Аналогичным	образом			каскад		рассчитывается
и в усилительном режиме, но с учетом следующих выражений.
Ток коллектора в усилительном режиме описывается уравнением
нагрузочной прямой:
	IК ЕК UКЭ UЭ RК ,					(7.15)
где UЭ IЭ RЭ , IЭ – ток эмиттера.
Ток базы определяется из выражения:
	I			I К	.	(7.16)
		Б
				DC

Ток коллектора связан с током эмиттера следующим выражением:

I К IЭ I Б .	(7.17)
Напряжение на базе транзистора равно:
U Б IЭ RЭ U БЭО .	(7.18)
Далее рассчитываются сопротивления R1 и R2	делителя напряже-

ния. Суммарное сопротивление делителя должно обеспечивать больший по сравнению с током базы ток делителя (обычно ток делителя берут в 10 раз меньше тока коллектора).

Рабочая точка определяется пересечением нагрузочной прямой и выходной характеристики транзистора. При известных значениях сопротивлений R1 и R2 ток базы транзистора равен:

90