Казино http://goods-good.ru с наилучшими условиями для гэмблинга. Как быстро заработать деньги в интернете с нуля.
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

Исследовать семейство статических выходных характеристик БПТ, включенного по схеме с общим эмиттером, т.е. семейство вида IК=f(UКЭ) при IБ=const. Измерения проводить для пяти фиксированных значений IБ = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 mA.

С помощью R9 и тестера ММ-2 установить IБ=0,1 mA. Далее, с помощью R10 и тестера ММ-4 изменять напряжение UКЭ от 0 до 8В c шагом 1 В. При каждом значении напряжения UКЭ с помощью R9 и тестера ММ-2 корректировать значение тока IБ=0,1 mA. После этого, с помощью тестера ММ-3 определять величину тока коллектора IК. Полученные результаты занести в таблицу 2.4.

Установить R10 в крайнее левое положение. Повторить измерения для остальных фиксированных значений тока базы IБ=0,2; 0,3; 0,4; 0,5 mA. Полученные результаты занести в таблицу 2.4.

Таблица 2.4.

Токр.ср.

(0С)

Тип

транзистора

(mA)

UКЭ

(В)

0

1

2

3

4

8

КТ602А

0,1

IК, mA

0,2

IК, mA

0,3

IК, mA

0,4

IК, mA

0,5

IК, mA

Закончив измерения выключить источники питания и тестеры. Предъявить полученные результаты преподавателю для проверки.

Общие свойства измерительных цепей и приборов В агропромышленном производстве необходима информация о нескольких сотнях параметров. При этом значительное число параметров измеряют и контролируют при помощи электрических средств. Это обусловлено рядом особенностей электрических средств – малой инерционностью приборов, возможностью измерения на расстоянии и простотой автоматизации измерений и обработки результатов.

Обработка результатов измерений

4.1. По результатам измерений построить четыре семейства характеристик БПТ:

Входные характеристики БПТ для схемы включения с общей базой: IЭ=f(UЭБ) при UКБ=0; 4; 8 В.

Выходные характеристики БПТ для схемы включения с общей базой: IК=f(UКБ) при IЭ=5; 10; 15; 20; 25 mA.

Входные характеристики БПТ для схемы включения с общим эмиттером: IБ=f(UБЭ) при UКЭ=0; 4; 8 В.

Выходные характеристики БПТ для схемы включения с общим эмиттером: IК=f(UКЭ) при IБ=0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 mA.

Каждое семейство характеристик строится на отдельном рисунке.

4.2. По выходным характеристикам для обеих схем включения БПТ определить графическим способом дифференциальный параметр – входное сопротивление. Для схемы с общей базой  при UКБ= 4 В. Для схемы с общим эмиттером  при UКЭ= 4 В. Параметры определять для рабочей точки на линейном участке характеристик.

4.3. По выходным характеристикам транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, определить выходную проводимость   при IБ = 15 mA и коэффициент передачи тока базы  при UКЭ = 4 В. Параметры определять для рабочей точки на участке характеристик, соответствующим активному режиму работы транзистора.

4.4. На семействе выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой, построить кривую допустимой мощности рассеивания Рmax, которая представляет собой гиперболу IК = Рmax/UКБ. Расчет производить для Рmax= 0,1 Вт.

5. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

наименование и цель работы;

паспортные данные исследуемого транзистора;

схемы измерений;

таблицы измеренных данных;

четыре графика измеренных характеристик;

значения h-параметров транзистора, рассчитанных с помощью графиков;

краткие выводы о проделанной работе.

6. Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия биполярного транзистора. Каковы физические причины прохождения тока эмиттера к коллектору?

2. Нарисуйте три схемы включения транзистора.

3. При каком соотношении напряжений на базе и коллекторе транзистор работает в активном режиме?

4. Что такое коэффициент передачи эмиттерного тока? От чего он зависит?

5. При каком соотношении напряжений на базе и коллекторе транзистор работает в режиме: насыщения, отсечки, инверсном?

6. Объясните особенности входных и выходных характеристик для схем: ОБ и ОЭ. Укажите на них области, соответствующие основным режимам работы транзистора.

7. Назовите системы малосигнальных параметров транзистора, их преимущества и недостатки.

8. Каков физический смысл каждого h-параметра транзистора? Как они определяются по характеристикам?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отчет по лабораторной работе выполняется на белой бумаге формата 297х210 мм2. Допускается применять бумагу «в клетку» и использование обеих сторон листа. Образец оформления титульного листа представлен на сайте: http://standarts.guap.ru , сектора нормативной документации ГУАП.

Графики строятся на отдельных листах формата отчета. При использовании нелинованной бумаги следует нанести на графики координатную сетку. Иллюстрации малых размеров размещаются на листе до нескольких штук.

Когда на графике приведено несколько функциональных зависимостей, то кривые следует обозначать либо различным начертанием, либо цифрами, либо буквами, с соответствующим разъяснением, размещенным под графиком.

Размерность на графиках ставится в конце оси координат вне поля графика в виде дроби, в числителе которой – обозначение физической величины, а в знаменателе – единица измерения. Например, . При этом обозначения по оси абсцисс должны располагаться под осью, а по оси ординат – слева от оси. Обозначения в виде наименований следует располагать параллельно соответствующим осям. Для оцифровки осей применяется натуральный ряд чисел 0,1,2,3,…, помноженный , или , где .

Все графики и рисунки должны иметь нумерацию и поясняющие подписи с указанием типа исследуемого полупроводникового прибора.

Принципиальные схемы вычерчиваются в соответствии с требованиями ЕСКД .

ВАХ р-n-перехода, а следовательно, и самого диода, представляет собой зависимость протекающего через переход тока от величины приложенного к нему напряжения. ВАХ идеального выпрямительного диода изображена на рис. 2.2 в. Она имеет две ветви – прямую (1) и обратную (2), соответствующие прямому и обратному напряжениям.

Для ВАХ диода характерна следующая особенность: чем больше тепловой ток диода I0, тем меньше прямое напряжение и наоборот. Для переходов на основе германия ток I0 на несколько порядков выше, чем приборов, выполненных на основе кремния. Прямое напряжение первых приблизительно на 0,35 В меньше чем у вторых и в зависимости от величины прямых токов составляет 0,15 ÷0,25 B. Для кремниевых диодов оно находится соответственно в пределах от 0,5 до 0,7 B (рис. 2.3).


Полупроводниковые диоды бывают точечные и плоскостные. В точечных диодах p-n-переход возникает при контакте заостренной металлической проволоки с полупроводниковым материалом в результате пропускания через такой контакт электрических импульсов большой мощности, т. е. так называемой формовки. В плоскостных диодах p-n-переходы создаются методом сплавления полупроводников с различными типами проводимости.

Основными параметрами выпрямительных полупроводниковых диодов являются: постоянное прямое напряжение Uпр при заданном прямом токе Iпр; максимально допустимое обратное напряжение Uобр макс; постоянный обратный ток Iобр, протекающий через диод при обратном напряжении Uобр макс; средний выпрямленный ток Iвып; максимально допустимая мощность Pмакс, рассеиваемая диодом.

Если в качестве независимых переменных выбрать I1 и U2, то работа транзистора описывается двумя функциями

 (4)

Каждую из этих функций можно представить в виде двух различных семейств статических характеристик, так что в целом эта система характеристик состоит из четырех семейств:

  U1=f(I1) при U2=const – входные характеристики;

 U1=f(U2) при I1=const – характеристики обратной связи;

 I2=f(I1) при U2=const – управляющие характеристики;

 I2=f(U2) при I1=const – выходные характеристики.

Управляющие характеристики называют также характеристиками прямой передачи.

Поскольку конкретные входные и выходные параметры транзистора зависят от схем включения (ОБ, ОЭ, ОК), то и характеристики транзистора для различных схем включения оказываются неодинаковыми. На практике наиболее часто используются входные и выходные характеристики схем с ОБ и ОЭ. Для управляющих характеристик имеются простые и удобные аналитические формулы, характеристики обратной связи используются редко, а характеристики для схемы с ОК в инженерной практике не применяются совсем, так как проектирование схем с ОК возможно производить с помощью характеристик схемы с ОЭ.

При рассмотрении конкретных характеристик транзистора за положительные значения токов и напряжений имеет смысл принять такие значения, которые соответствуют активному усилительному режиму. В этом случае внешний вид характеристик для p-n-p и n-p-n транзисторов оказывается одинаковым, полярность источников питания для n-p-n транзисторов будет соответствовать полярности, показанной на характеристиках, а для p-n-p транзистора полярность всех источников питания изменяется на противоположную. В силу этого физические процессы, связанные с характеристиками транзистора, удобнее рассматривать на примере транзисторов типа n-p-n.

Семейство входных характеристик транзистора в схеме с ОБ показано на рис. 5. При UКБ=0 входная характеристика фактически является вольт-амперной характеристикой прямо смещенного эмиттерного перехода и для нее справедливы все закономерности, которые справедливы для p-n перехода при прямом напряжении (диффузионный характер тока основных носителей, зависимость тока от величины потенциального барьера в переходе, увеличение тока с увеличением температуры и т.д.). Математическое описание этой характеристики также подобно формуле для p-n перехода, , где UБЭ – определяет максимальный ток экстракции для обратно смещенного p-n перехода, а φΤ – тепловой потенциал. Его величина равна (kΤ/q), где k – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура.

При UКБ>0 ток IЭ возрастает, и характеристика поднимается вверх. Первопричиной этого является зависимость ширины базы в транзисторе от напряжения UКБ. Этот эффект носит название модуляции ширины базы или эффекта Эрли. В активном усилительном режиме к коллекторному переходу приложено обратное напряжение. При увеличении этого напряжения коллекторный переход расширяется, а база соответственно сужается. При этом увеличивается скорость изменения концентрации избыточных электронов в области базы (∆U/∆х.) (изменение концентрации ∆U на границах базы осталось прежним, а вот расстояние между этими границами ∆х. уменьшилось). Движение электронов внутри базы происходит за счет диффузии и подчиняется стандартному уравнению для диффузионного тока , так что увеличение  означает увеличение этого тока. Так как за пределами базы ток в транзисторе не разветвляется, то ток в базе на границе эмиттерного перехода и ток эмиттера во внешней цепи будут равны. Это и объясняет увеличение тока IЭ.

В реальном транзисторе следует учитывать пороговые свойства p-n перехода. При прямом смещении заметный ток в p-n переходе появляется лишь при Uпр>Uпор. При Uпр<Uпор ток через переход пренебрежимо мал, поэтому реальная входная характеристика транзистора начинается не из начала координат, а из точки, где UЭБ=Uпор (рис….). Это явление мало заметно для германиевых транзисторов, у которых Uпор≈0,1 В, но оказывается существенным для кремниевых транзисторов, для которых Uпор увеличивается до 0,45 – 0,5 В. С увеличением UЭБ ток IЭ резко возрастает, поэтому на практике рабочий диапазон изменения напряжения на эмиттерном переходе весьма невелик. Для кремниевых транзисторов он составляет примерно 0,2 В (рис….).

Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой показаны на рис…... При UКБ>0 и IЭ=0 характеристика транзистора является характеристикой обратно смещенного коллекторного перехода и ток IК=IКБ0 (для кремниевых транзисторов при t<80 оС IКБ0≈0). При UКБ>0 и IЭ>0 ток IК≈IЭ в соответствии с формулой IК=αIЭ+ IКБ0. Этот ток практически не зависит от UКБ, так как ускоряющее электрическое поле коллекторного перехода перебросит через переход все электроны, которые в него попадут, и ток через переход будет зависеть не от напряжения UКБ, а от числа электронов, попадающих в коллекторный переход извне, из области базы. А число электронов, подходящих к коллекторному переходу из области базы, будет определяться числом электронов, вышедших в базу из эмиттера, т.е. током IЭ и потерями электронов на рекомбинацию при движении их через область базы. При увеличении UКБ коллекторный переход расширяется, база сужается, и вероятность рекомбинации электронов уменьшается. Это приводит к росту IК, однако это увеличение практически незаметно. Так как величина α всегда должна быть меньше 1, а типовые транзисторы имеют α=0,95…0,995, то даже в самом крайнем случае, когда толщина базы уменьшится до нуля (а такой режим недопустим по требованиям надежности), величина α не может увеличиться больше, чем на несколько процентов. На практике это увеличение составляет доли процента. При увеличении тока IЭ на какую-то величину ∆IЭ ток IК увеличивается на величину ∆IК= α∆IЭ в соответствии с формулой (1). При этом, так как в рабочем диапазоне тока α=const, то при одинаковом приращении ∆IЭ расстояние между соседними характеристиками также остается одинаковым (рис…..).

При уменьшении UКБ до нуля электроны перебрасываются из базы в коллектор за счет контактной разности потенциалов φк и величина тока IК остается практически постоянной.

При увеличении UКБ медленный рост тока IК продолжается до тех пор, пока напряжение UКБ не достигнет напряжения пробоя. При возникновении пробоя в коллекторном переходе ток IК резко увеличивается, но этот режим на практике не используется из-за опасности выхода транзистора из строя.

При изменении полярности напряжения UКБ работа транзистора качественно изменяется: при UКБ<0 коллекторный переход открывается, и транзистор переходит в режим насыщения. В режиме насыщения появляется инжекция основных носителей (электронов) из коллектора в базу (рис….), которая создает ток IК2, направленный навстречу току IК1, протекающему через коллекторный переход в активном усилительном режиме. В результате при том же IЭ ток IК в режиме насыщения оказывается меньше, чем в активном усилительном режиме. Так как ток основных носителей (IК2) имеет большую величину и сильно зависит от прямого напряжения (|-UКБ|), то с ростом отрицательного напряжения UКБ ток IК резко уменьшается, а затем меняет знак (рис….).

В режиме насыщения оба перехода транзистора являются открытыми, сопротивление их мало и свойства транзистора в целом приближаются к короткому замыканию.


Методические указания к выполнению лабораторных работ по электронике