4. Исследование биполярного транзистора в схеме с общей базой

4.1. Цель работы

Цель работы - достичь глубокого и прочного понимания свойств и характеристик биполярных транзисторов в схеме с общей базой (ОБ), приобрести навыки экспериментального определения семейств их статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) и научиться использовать их для практического определения соответствия параметров биполярных транзисторов техническим условиям или справочным данным.

4.2. Задачи работы

4.2.1. Изучить теоретический материал по биполярным транзисторам, схемам их включения и семействам статических ВАХ.

4.2.2. Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.

4.2.3. По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.

4.3. Программа работ

4.3.1. Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы

4.3.2. Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениях в биполярных транзисторах, свойствам и параметрам полупроводниковых биполярных транзисторов, включенных в схеме с общей базой по конспекту лекций по дисциплине "Полупроводниковые приборы " и литературе [1 - 4].

4.3.3. Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.

4.3.4. Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и подготовить его к работе

4.3.5. Снять семейство входных статических ВАХ биполярного транзистора в схеме с ОБ.

4.3.6. Снять семейство выходных ВАХ этого же транзистора.

4.3.7. Построить графики полученных ВАХ.

4.3.8. Выбрать рабочую точку на прямолинейном участке одной из ВАХ семейства выходных характеристик и определить для этой точки значения h-параметров.

4.3.9. Рассчитать по семействам выходных ВАХ зависимости статического Rc и динамического Rд сопротивлений, а также выделяемой в транзисторе мощности Рvт от тока коллектора.

4.3.10. Определить по справочнику параметры предельных режимов работы транзистора и отметить их на семействах ВАХ.

4.3.11. Сравнить параметры исследованного транзистора с техническими условиями или со справочными данными.

4.3.12. Используя экспериментальные данные, полученные при определении семейств входных и выходных ВАХ, построить семейства статических ВАХ прямой передачи тока и обратной связи по напряжению.

4.3.14. Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованного транзистора техническим условиям.

4.3.15. Защитить отчет.

4.4. Методические рекомендации

4.4.1. При изучении теоретического материала обратить внимание на принцип работы биполярного транзистора, свойства биполярных транзисторов в различных схемах включения и их параметры. Повторить условные обозначения элементов в электрических цепях и их буквенные обозначения по действующим ГОСТам.

4.4.2. Работа выполняется на универсальном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы необходимо использовать сменный планшет №6. Рекомендуемые приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения ГН2( 0,5-15 В), находящиеся на нижней панели стенда, 2)миллиамперметр (АВМ1), вольтметр (АВ0), миллиамперметр АВМ2, измеритель выхода ИВ, находящиеся на правой панели стенда, 3)биполярный транзистор МП40, 4)соединительные провода. Конечное значение шкал приборов соответствует численному значению положения рукоятки переключателя диапазонов каждого прибора.

4.4.3. Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин необходимо устанавливать переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения, не допуская тем не менее при этом зашкаливания стрелок приборов.

4.4.4. При снятии ВАХ необходимо обратить внимание на полярности источников и приборов, указанные на схеме планшета и собрать схему в строгом соответствии с этими полярностями. Для снятия семейства входных ВАХ в качестве РА1 целесообразно использовать АВМ2, а в качестве PV1 - использовать АВ0.Далее надо соединить проводником вход РА2 с гнездами Х7 и Х8. Тумблеры приборов поставить в положение "АВ0" и "АВМ2", после чего включить тумблер "АВ0" на нижней панели стенда. Перевести переключатель прибора "АВ0" в положение"0,5 В", а переключатель прибора "АВМ2" в положение "0,5 мА". Переключатель измерителя выхода ИВ необходимо установить в положение "ГН2 25В". При этом он будет показывать напряжение на выходе источника ГН2 на пределе 25В. Перед началом эксперимента подключить стенд к сети 220 В, 50 Гц. Установить рукоятки источников ГТ и ГН2 "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее положение против часовой стрелки.

После проверки собранной схемы лаборантом включить стенд, поставив тумблер питания в положение "СЕТЬ". При этом должна загореться сигнальная лампочка. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, снять показания приборов "АВ0" и "АВМ2" в 10 -12 точках в диапазоне тока базы от 0 до 0,5 мА. Поскольку семейство входных характеристик должно сниматься при постоянном выходном напряжении, то при изменении тока базы необходимо следить за тем, чтобы выходное напряжение не изменялось. При обнаружении его изменения необходимо ручкой регулятора ГН2 восстановить первоначально установленную его величину. Рекомендуется семейство входных ВАХ снимать при следующих постоянных напряжениях коллектор-база ¾0; 0,5; 5; 10; 15 В. Затем отключить стенд от сети, а полученные значения токов и напряжений занести в таблицу.

Напряжение коллектор-база равное нулю лучше всего обеспечивать путем отключения источника ГН2 от разъемов Х11 и Х12 и их последующего закорачивания.

4.4.5. Перед проведением эксперимента по определению семейства выходных ВАХ необходимо разобрать схему, собранную для проведения предыдущего эксперимента и установить все рукоятки регуляторов в исходное положение.

4.4.6. Для определения выходных статических ВАхбиполярного транзистора ток коллектора рекомендуется измерять прибором "АВМ1", установив переключатель его диапазонов в положение "50 мА", при необходимости уменьшая это значение в ходе экспериментов. После проверки собранной схемы лаборантом необходимо включить стенд, задать с помощью генератора тока ГТ ток базы и поддерживать его постоянным в ходе эксперимента по определению каждой выходной ВАХ всего семейства. Рекомендуемый ряд задаваемых в этом эксперименте токов базы - 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мА.

В диапазоне напряжений коллектор-база от 0 до 15 В при каждом из этих значений тока базы необходимо снять 10-15 точек ВАХ в диапазоне изменения напряжения коллектор-эмиттер от 1 до 15 В и, поскольку ток коллектора наиболее круто возрастает в диапазоне от 0 до 1 В, то в этом диапазоне рекомендуется снять еще 10 точек с шагом 0,1 В. Не следует забывать о поддержании тока базы постоянным.

Напряжение коллектор-база равное нулю лучше всего обеспечивать путем отключения источника ГН2 от разъемов Х11 и Х12 и их последующего закорачивания.

4.4.7. Определить начальный ток эмиттера при 10 В напряжения коллектор-база и разомкнутой цепи базы. Эксперимент проводить как можно быстрее во избежание излишнего саморазогрева транзистора.

4.4.8. После окончания экспериментов отключить стенд. Построив от руки в рабочей тетради графики полученных семейств ВАХ, показать преподавателю.

4.4.9. По экспериментальным данным, полученным в ходе выполнения данной лабораторной работы, построить графики семейств статических ВАХ.

4.4.10. Рассчитать и построить графики семейства зависимостей статического коэффициента передачи тока базы α от тока коллектора.

4.4.11. Построить графики семейства зависимостей мощности рассеяния на транзисторе от напряжения коллектор-эмиттер. При расчетах учитывать потери не только от тока коллектора, но и от тока базы.

4.4.12. На графиках семейства выходных ВАХ отметить границы предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора.

4.4.13. Рассчитать h-параметры рабочей точки, выбранной на одной из выходных ВАХ при напряжении 10 В, определив также ее координаты на соответствующей входной ВАХ. Расчет рекомендуется вести графо-аналитическим способом. При этом следует иметь ввиду, что значение приращения тока коллектора, используемая при расчете параметров h21 и h22 имеет различную величину, также как и приращение входного напряжения при определении h11 и h12.

4.4.14. Построить нагрузочную прямую на семействе выходных ВАХ для нагрузки сопротивлением R=250 Ом при напряжении питанияU=15 В. Построить зависимость выделяемой в транзисторе мощности от входного тока при переводе транзистора из режима отсечки в режим насыщения.

4.4.15. При оформлении отчета руководствоваться требованиями действующих ГОСТ 7.32-89 "Отчет о научно-исследовательской работе", СТП 2.202-87 "Записка пояснительная к курсовому и дипломному проектам" и системы ЕСКД.

4.5. Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие разделы:

·цель и программа работ,

·описание методики, принципиальных электрических схем для определения семейств ВАХ транзистора в схеме с ОБ с приведением всех используемых приборов, разъемов и их буквенных обозначений, а также таблиц со значениями экспериментальных данных,

·графики семейств статических ВАХ транзистора в схеме с ОБ с обозначенными на них границами предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора,

·справочные данные исследуемого транзистора и его эскизы с указанием названия электродов,

·расчет h-параметров,

·расчет коэффициента α передачи тока эмиттера и графики его изменения,

·расчет мощности, выделяемой в транзисторе и графики ее изменения,

·выводы по работе,

·список литературы, использованной при проведении работы.

4.6. Вопросы для самоконтроля

4.6.1. Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы.

·В чем заключается цель лабораторной работы?

·Какие приборы используются при выполнении работы?

·Как определяется семейства входных ВАХ транзистора ?

·Как определяется семейства выходных ВАХ транзистора ?

·Какие пределы измерения выставляются на приборах при определении входных и выходных ВАХ транзистора?

·Как определить начальный ток коллектора ?

4.6.2. Вопросы для защиты лабораторной работы

·В чем заключается принцип действия биполярного транзистора и особенности физических процессов в нем при различных режимах?

·Какие параметры транзистора в схеме с ОБ Вы знаете?

·Что такое предельные режимы работы транзистора?

·Какие области на графиках семейств ВАХ каким режимам соответствуют?

·Как по двум различным семействам ВАХ построить остальные семейства?

·Каковы области применения транзисторов в схеме с ОБ ?

·Как биполярные транзисторы маркируются и обозначаются в схемах электрических цепей ?

·Каковы схемы замещения биполярных транзисторов ?

ЛИТЕРАТУРА

1. Электронные приборы: Учебник для вузов/В.Н.Дулин, Н.А.Аваев, В.П.Демин и др. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С.12-82, с.97-113.

2. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - С.19-50.

3. Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1986. - С.8-48.