Лабораторная работа № 4 исследование биполярного транзистора в статическом режиме

Цель работы: снятие входных и выходных статических характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.

Снятие и построение входных и выходных статических характеристик транзистора

1. Соберите цепь согласно схеме рис.1. Потенциометр 10 кОм используется для регулирования тока базы, резистор на 47 кОм – для ограничения максимального тока базы. Измерение тока базы и производится мультиметром в диапазоне до 300 мкА и чуть выше, а напряжение на базе относительно эмиттера цифровым вольтметром (ЦВ) либо также мультиметром. Регулирование напряжения осуществляется регулятором источника постоянного напряжения на 15В, ток коллектора и напряжение измеряются мультиметрами. В зависимости от предельных параметров исследуемого биполярного транзистора параметры потенциометра и резистора в цепи тока базы транзистора могут быть другими.

Рис. 1 Схема исследования статических характеристик

2. Установите напряжение =0 и, изменяя ток базы в соответствии со значениями указанными в табл.1, снимите входную характеристику транзистора = f (I_б).

Таблица 1

,мкА

0

5

10

20

30

40

50

100

150

200

250

300

=0В

, В

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

=5В

х

х

х

х

х

х

х

х

х

Малый шаг изменения тока базы при снятии входной характеристики в её начальной части вызван наилучшим построением нелинейного участка. Это обстоятельство приобретает огромную важность для расчёта динамического режима работы транзистора и для анализа качества усиления переменного сигнала с наименьшими нелинейными искажениями. Поскольку входные статические характеристики для одного типа транзистора мало отличаются при увеличении напряжения коллектора, поэтому не имеет смысла снимать их для различных напряжений. Обычно в современной справочной литературе на биполярные транзисторы приводят для целей проектирования и практического использования входную статическую характеристику при напряжении = 5В, которую принимают за входную динамическую характеристику. Количество измерений для построения линейного участка характеристики при коллекторном напряжении равном 5 В можно сократить до минимума. С этой целью после 50 мкА тока базы, следует установить ток равный 150 мкА и измерить напряжение базы, затем - 300 мкА и снова измерить напряжение базы, чтобы по трём измеренным точкам (третья соответствует измерению напряжения базы при 50 мкА) легко было бы построить линейный участок характеристики. После проведения необходимых измерений постройте графики входных характеристик.

3. Установите первое минимальное значение тока базы 5 мкА, изменяя напряжение согласно значениям, указанным в табл.2, снимите выходную зависимость транзистора

I _к = f ( ). С увеличением тока базы измерение тока коллектора затрудняется из-за нагрева коллекторного перехода током коллектора с увеличением напряжения коллектора, что приводит к изменению выходных характеристик транзистора в ходе их снятия. Для большей точности снятия выходных характеристик при токах базы выше 50 мкА, рекомендуется после 2-х вольт устанавливать одно значение напряжения коллектора в соответствии табл. 2, соответствующее концу линейного участка выходной характеристики, т. к. коллекторный ток незначительно изменятся при изменении напряжения коллектора. При этом следует быстро производить измерения коллекторного тока. Если не удастся достаточно точно произвести измерения, особенно при больших токах базы, необходимо выключить на 30 с блок генераторов напряжений, затем включить его и быстро записать показания тока коллектора. После проведённых измерений постройте графики семейства выходных характеристик. При построении выходных характеристик при токах базы выше 50 мкА достаточно соединить точку тока соответствующую 2В со второй точкой тока (соответствующей максимальному коллекторному напряжению, которое указано в табл.2) для получения линейного участка выходной характеристики.

Таблица 2

Uк, В		0	0,5	1	2	4	6	8	10	12	15
= 5 мкА	, мА	х	х	х	х	х	х	х	х	х	х
= 50 мкА		х	х	х	х					х
= 100 мкА		х	х	х	х				х
= 150 мкА		х	х	х	х			х
= 200 мкА		х	х	х	х		х
= 250 мкА		х	х	х	х	х
= 300 мкА		х	х	х	х

По экспериментальным данным табл.1 и 2 построить статические характеристики в двух экземплярах (второй экземпляр будет использован для анализа динамического режима транзистора).

Примерный вид семейства входных и выходных статических характеристик представлен на рис.2.

4. По статическим входным характеристикам определить параметры , , а по выходным , и занесите в табл. 3.

На рис.2а для примера приведено определение входного сопротивления биполярного транзистора, т.е. параметра , а на рис.2б – определение статического коэффициента усиления биполярного транзистора по току – . Правильность определяемых h-параметров подтверждается сохранением полученного результата при увеличением соответствующих приращений в два раза, при этом приращение выбираются незначительным по своей величине в районе рабочей точки.

Рис. 2 Семейства статических характеристик транзистора:

а – входные; б – выходные;

Таблица 3

Параметр	Расчетное значение по входным и выходным характеристикам	Значение параметра по справочнику

5. Постройте в семействе выходных статических характеристик гиперболу допустимой мощности при нормальной температуре +25 ^оС по справочнику. Для этого выпишите предельно эксплуатационные данные транзистора КТ503Г, т. е. максимально допустимое напряжение коллектора ( ), максимально допустимый коллекторный ток ( ) и допустимую мощность рассеяния коллектором при нормальной температуре ( ). Определитесь с рабочей областью транзистора для работы в усилительном режиме. Для чего, задавшись напряжением источника питания коллектора 15В, т. е. первой точкой, проведите через неё и через загиб статической выходной характеристики, полученной при максимальном токе базы, линию, которая, пересекая ось тока, даст вторую точку. Полученная линия называется линией нагрузки или выходной динамической характеристикой биполярного транзистора. Линия нагрузки не должна пересекать гиперболу допустимой мощности. Построенная динамическая характеристика с указанными требованиями, будет обладать наибольшим линейным участком и, при выборе на середине этого участка рабочей точки, обеспечит для транзистора максимальное усиление колебательной мощности.

По середине линейного участка линии нагрузки выберите рабочую точку. Перенесите точки а, б и рабочую точку на входную характеристику, снятую при ≠ 0 В. В качестве входной динамической характеристики, с учётом замечаний в пункте 2 предыдущего раздела, следует считать входную статическую характеристику, снятую при, постоянном напряжении коллектора 5 В.

6. Для задания режима биполярного транзистора по постоянному току, рассчитать по схеме рис.4 сопротивления , и по исходным данным входных и выходных статических характеристик биполярного транзистора ( , , , ):

где

Рис. 4. Расчет режима работы БТ по постоянному току

7. Написать выводы.