Физика примеры решения задач Электротехника Задачи и лабораторные работы Математика примеры решения задач Вычислить интеграл Информатика Компьютерные сети Компьютерная математика
Исследование полевых транзисторов Исследование биполярных транзисторов Полупроводниковые выпрямители Электронный усилитель на транзисторах Лабораторная работа Исследование стабилитронов Исследование варикапов

Методические указания лабораторные работы по электронике

Схемы исследования

 Схема исследования статических характеристик биполярного транзистора типа n-p-n, включенного по схеме «ОБ», представлена на рис. 2.14, а по схеме «ОЭ» - на рис. 2.15. Каждая из этих схем собирается поочередно в левом нижнем квадранте монтажного шасси с использованием комплекта соединительных проводов.

Напряжения питания подаются с гнезд источников стабилизированных напряжений: Е-1 и Е-2, имеющих собственную цифровую индикацию и плавные регулировки R9 и R10 выходных напряжений соответственно. Измерения постоянных напряжений и токов в схемах осуществляются с помощью цифровых тестеров серии MY6x. При этом тестер, используемый для измерения тока, всегда включается последовательно с исследуемым объектом; а тестер, используемый для измерения напряжения, всегда включается параллельно с исследуемым объектом.

Порядок выполнения работы

3.1. На тестере ММ-1 установить переключатель РРП в положение (0С). Включить тестер ММ-1 нажатием красной кнопки (on/off). Определить температуру окружающей среды Токр. ср., считав показания тестера, и полученный результат занести во все ниже следующие таблицы. Выключить тестер ММ-1 нажатием красной кнопки (on/off).

3.2. Собрать схему, представленную на рис. 2.14. Установить переключатель РРП каждого тестера в сектор «А» или «V» на соответствующий предел измерений, который указан на схеме (рис. 2.14). Убедиться, что регулировки R9 и R10 источников питания Е1 и Е2 находятся в крайнем левом положении, а переключатель П4, расположенный на монтажном шасси, - в положении «ОБ». Предъявить собранную схему преподавателю для проверки.

3.3. Исследовать семейство статических входных характеристик биполярного транзистора (БПТ), включенного по схеме с общей базой, т.е. семейство вида IЭ=f(UЭБ) при UКБ=const. Измерения проводить для трех фиксированных значений UКБ= 0; 4; 8 В.

Включить тестеры ММ-1 – ММ-4 нажатием кнопок “on/off” и источники питания Е1 и Е2 нажатием кнопки “POWER”. С помощью R10 и тестера ММ-4 установить UКБ=0 В. Далее, с помощью R9 и тестера ММ-2 устанавливать значения тока IЭ от 0 до 30 mA c шагом 5 mA. При каждом значение тока IЭ с помощью R10 и тестера ММ-4 корректировать значение напряжения UКБ=0 В. После этого с табло тестера ММ-1 снять значение напряжения UЭБ, а с табло тестера ММ-3 – значение тока коллектора IК. Отметить значения UЭБ и IК при токе эмиттера IЭ= 0,2 mA. Полученные результаты занести в таблицу 2.1.

Установить R9 в крайнее левое положение. Повторить измерения для UКБ=4 В и UКБ=8 В. Полученные результаты занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Токр.ср.

(0С)

Тип

транзистора

UКБ

(В)

(mA)

0

0,2

5

10

15

30

КТ602А

0

UЭБ , B

IК , mA

4

UЭБ , B

IК , mA

8

UЭБ , B

IК , mA

3.4. Исследовать семейство статических выходных характеристик БПТ, включенного по схеме с общей базой, т.е. семейство вида IК=f(UКБ) при IЭ=const. Измерения проводить для пяти фиксированных  значений IЭ = 5; 10; 15; 20; 25 mA.

С помощью R9 и тестера ММ-2 установить IЭ=5 mA. Далее, с помощью R10 и тестера ММ-4 изменять напряжение UКБ от 0 до 8В c шагом 1 В. При каждом значение напряжения UКБ с помощью тестера ММ-3 определять величину тока коллектора IК. Полученные результаты занести в таблицу 2.2.

Установить R10 в крайнее левое положение. Повторить измерения для остальных фиксированных значений тока эмиттера IЭ=10; 15; 20; 25 mA. Полученные результаты занести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2.

Токр.ср.

(0С)

Тип

транзистора

(mA)

UКБ

(В)

0

1

2

3

4

8

КТ602А

5

IК, mA

10

IК, mA

15

IК, mA

20

IК, mA

25

IК, mA

Выключить источники питания Е1 и Е2 нажатием кнопки “POWER”.

3.5. Собрать схему, представленную на рис. 2.15. Для этого достаточно: установить переключатель П4, расположенный на монтажном шасси, в положение «ОЭ», а переключатель РРП тестера ММ-2 – в положение 20 mA. Предъявить собранную схему преподавателю для проверки.

3.6. Исследовать семейство статических входных характеристик БПТ, включенного по схеме с общим эмиттером, т.е. семейство вида IБ=f(UБЭ) при UКЭ=const. Измерения проводить для трех фиксированных значений UКЭ= 0; 4; 8 В.

Включить источники питания Е1 и Е2 нажатием кнопки “POWER”. С помощью R10 и тестера ММ-4 установить UКЭ=0 В. Далее, с помощью R9 и тестера ММ-2 устанавливать значения тока базы IБ от 0 до 0,8 mA c шагом 0,1 mA. При каждом значении тока IБ с табло тестера ММ-1 снять значение напряжения UБЭ, а с табло тестера ММ-3 – значение тока коллектора IК. Отметить значения UБЭ и IК при токе базы IБ=0,01 mA. Полученные результаты занести в таблицу 2.3.

В процессе измерений следить за величиной тока коллектора IК. Если IК превышает 30 mA, то измерения прекратить.

Установить R9 в крайнее левое положение. Повторить измерения для UКЭ=4 В и UКЭ=8 В. Полученные результаты занести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3.

Токр.ср.

(0С)

Тип

транзистора

UКЭ

(В)

(mA)

0

0,01

0,1

0,2

0,3

0,8

КТ602А

0

UБЭ , B

IК , mA

4

UБЭ , B

IК , mA

8

UБЭ , B

IК , mA

Конденсаторы

Конденсатор – это элемент электрической цепи, предназначенный для накопления энергии электрического поля и обладающий определенной емкостью. Состоит из двух или более подвижных или неподвижных обкладок, между которыми находится диэлектрик. Емкость конденсатора измеряется в фарадах и определяется выражением: С=Q/U, где С – емкость.

Основными электрическими параметрами конденсатора являются: номинальная емкость С и допустимое отклонение от нее DС , номинальное напряжение U, пробивное напряжение Uпр, сопротивление изоляции R и потери энергии в конденсаторе DE . Номинальная емкость конденсатора и допустимое отклонение от нее указываются на самом конденсаторе. Номинальное напряжение конденсатора характеризует то напряжение, при котором он способен надежно работать, сохраняя свои параметры. Пробивное напряжение – это то минимальное напряжение, при котором наступает электрический пробой изоляции конденсатора. Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и в обкладках и характеризуются углом диэлектрических потерь.

Катушки индуктивности

Катушка индуктивности – это элемент электрической цепи, предназначенный для накопления энергии магнитного поля и обладающий определенной индуктивностью. Индуктивность катушки L принимается равной 1 Гн, если при изменении тока в ней на один ампер за одну секунду в катушке возникает эдс, равная одному вольту. Основными параметрами катушки индуктивности являются: номинальная индуктивность L, и допустимое ее отклонение от номинальной величины DL, номинальная добротность Q, равная отношению мнимой части Х ее полного сопротивления к действительной части R (Q=X/R), температурная нестабильность индуктивности, определяемая температурным коэффициентом ТКL, собственная емкость С.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называют прибор, который содержит электрический р-n-переход и два вывода для подключения к внешней цепи. Работа диодов основана на определенных физических свойствах р-n-перехода, обладающего нелинейной вольтамперной характеристикой (ВАХ). Полупроводниковый диод чаще всего выполняет функцию элемента. Служащего для преобразования сигналов (для выпрямления, детектирования и т. д.).

На практике наиболее широко используются кремниевые (Si), германиевые (Ge) и арсенид–галиевые (GaAs) полупроводниковые диоды с выпрямляющим р-n-переходом, а также диоды с контактом металл-полупроводник (так называемые диоды Шоттки).

р-n-переход представляет собой комбинацию двух полупроводниковых слоев (областей) с различным типом проводимости – дырочной (р-областью) и электронной (n-областью) (рис. 2.2 а). Условное обозначение выпрямительного диода с р-n-переходом на электрических схемах показано на рис. 2.2 б. Если на такую структуру подать внешнее напряжение плюсом к р-области, а минусом к n-области, то оно вызовет уменьшение потенциального барьера на границе раздела этих двух областей. Такое напряжение называется прямым. Если полярность внешнего напряжения изменить на противоположную, то потенциальный барьер на границе увеличится, и такое напряжение называется обратным.

Любой транзистор, работающий в схеме усилителя, можно представить в виде четырехполюсника, имеющего два входных и два выходных зажима. Однако физическая структура транзистора содержит только три вывода (Э, Б и К), поэтому один из этих выводов должен быть подключен одновременно и к входу, и к выходу четырехполюсника. В качестве электрода, общего для входа и выхода, в принципе можно выбрать любой вывод транзистора, а значит, возможны три схемы включения транзистора (рис. 4): с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). Принципиальная разница между этими схемами заключается в различном выборе входных и выходных переменных, вследствие чего один и тот же конкретный транзистор в различных схемах включения обладает различными свойствами. Например, входной ток в схеме с ОБ – это ток IЭ, а в схеме с ОЭ – IБ. Выходное напряжение в схеме с ОБ – это напряжение UКБ, а в схеме с ОЭ – UКЭ. Входное напряжение в схеме с ОБ – это UЭБ, а в схеме с ОЭ – UБЭ. Эти напряжения приложены к одним и тем же выводам транзистора, но полярность входного напряжения в схемах с ОБ и ОЭ оказывается противоположной: UБЭ=-UЭБ.

Изменение усилительных свойств транзистора при изменении схемы его включения хорошо видно на примере коэффициента передачи тока Кi=(iвых/iвх). Для схемы с ОБ Кi=(iК/iЭ)=α. Так как α<1, то iК<iЭ и усиление по току в схеме с ОБ отсутствует. В схеме с ОЭ Кi=(iК/iБ)=β. Связь между α и β можно получить, если выразить iБ через iЭ и iК:

 (3)

Разделив числитель и знаменатель формулы (3) на iЭ и учитывая, что (iК/iЭ)=α, получим . При изменении α в пределах от 0,95 до 0,995 величина β изменяется от 19 до 199, а значит, схема с ОЭ обладает усилением по току. И действительно, наиболее распространенные типы транзисторов имеют β в диапазоне от 20 до 200. Если рассматривать и более редкие типы транзисторов, то β=10…5000. Применение транзисторов с малым β серьезно затрудняется невысоким усилением, а с очень большим β – слишком большой нестабильностью их параметров при изменении температуры, напряжения питания и т.д.

Аналогичным образом можно проанализировать влияние схемы включения и на другие важные для практики свойства транзистора: коэффициент усиления по напряжению, Rвх, Rвых. Результат такого сравнения приведен в таблице 2. Отметим, что в любой схеме включения транзистор имеет КР>1, т.е. обладает усилительными свойствами.

Таблица 2

Параметр

Схема включения

ОБ

ОЭ

ОК

Кi

<1

>1

>1

Кu

>1

>1

<1

КР

>1

>1

>1

Rвх

малое

среднее

высокое

Rвых

большое

большое

малое

Типовое значение Rвх в схеме с ОЭ для маломощных транзисторов составляет 100…300 Ом. Для мощных транзисторов, работающих с большими токами, величина Rвх соответственно меньше. В схеме с ОБ Rвх в (β+1) раз меньше, так как iЭ=(β+1)iБ. Величина Rвх в схеме с ОК обычно составляет десятки кОм, однако из-за наличия сильной отрицательной обратной связи параметры схемы с ОК сильно зависят от Rн и могут меняться в широких пределах.

На практике используются все три схемы включения, но наибольшее применение нашла схема с ОЭ, так как она обладает наилучшими усилительными свойствами. Схема с ОБ уступает схеме с ОЭ по усилению, но она более стабильна и обладает лучшими частотными свойствами (более широкой полосой усиливаемых частот). Особенностью схемы с ОК является высокое Rвх и малое Rвых. Поэтому основное применение этой схемы – согласование различных электронных узлов по величине входного и выходного сопротивления. При этом Кu для схемы с ОК близок к 1, поэтому такая схема в радиотехнической практике носит название эмиттерного повторителя.

 При проектировании электронных устройств на транзисторах используют статические характеристики транзистора, отражающие зависимости между токами и напряжениями для конкретного типа транзистора. Работа транзистора как четырехполюсника характеризуется четырьмя различными переменными (ток и напряжение на входе I1 и U1, ток и напряжение на выходе I2 и U2), из которых независимыми являются только две. В общем случае при построении характеристик транзистора за независимые переменные можно принять любую пару из упомянутых четырех переменных и каждый вариант выбора (всего их шесть) приведет к своей схеме статических характеристик. На практике, однако, в подавляющем большинстве случаев за независимые переменные принимаются I1 и U2, гораздо реже – U1 и U2, а остальные варианты не используются вовсе.


Методические указания к выполнению лабораторных работ по электронике