3. Лабораторные задания

Задание 1. Ознакомиться с подклассами представленных для изучения биполярных и полевых транзисторов, изучить их конструкцию, параметры и возможности использования. По обозначениям на транзисторах с помощью преподавателя определить их подкласс, тип и основные параметры.

В отчете по лабораторной работе схематично нарисовать вид представленных транзисторов и указать их марку и основные параметры для каждого транзистора.

Задание 2. На лабораторном стенде собрать электрическую цепь (рис. 11), предназначенную для съема ВАХ биполярных транзисторов и провести съем входной ВАХ и семейства выходных ВАХ заданных вариантом (табл. 2) двух транзисторов. Для съема ВАХ выбрать Е₁ = 1,4 В (один элемент батареи) и считать u_кэ = Е₂.

Входную ВАХ снять для напряжения Е₂ = 5,6 В (четыре элемента батареи), а выходные ВАХ (семейство выходных ВАХ) для значений Е₂ = 1,4 В (один элемент батареи); Е₂ = 2,8 В (2 элемента батареи); Е₂ = 4,2 В (3 элемента батареи) и Е₂ = 5,6 В (4 элемента батареи).

При съеме ВАХ значение тока базы i_б определять по шкале миллиамперметра РА₁, ток полного отклонения стрелки которого при сопротивлении шунта R₃ = 100 Ом равен 1 мА, при сопротивлении шунта R₃ = 200 Ом – 0,5 мА; значение тока коллектора i_к определять по шкале миллиамперметра РА₂, ток полного отклонения стрелки которого равен 20 мА; напряжение u_бэ измерять с помощью цифрового вольтметра, подключаемого между базой и эмиттером транзистора; напряжение u_кэ считать равным напряжению Е₂, значение которого определить с помощью цифрового вольтметра. .

Для съема ВАХ воспользоваться следующей методикой.

Сначала в собранной электрической цепи (рис. 11) подключить резистор R₃ = 100 Ом и Е₂ = 5,6 В. Изменяя напряжения u_бэ путем изменения положения регулятора (ползуна) переменного резистора R₂ по шкале прибора РА₁ в диапазоне 0  1 мА установить значение тока базы i_б таким, чтобы ток коллектора составил i_к = 20 мА. Полученное значение тока i_б базы считать максимальным при съеме ВАХ. Если максимальное значение тока базы будет меньше 0,5 мА, то провести изменение сопротивления резистора R₂, подключив резистор R₂ = 200 Ом, что будет соответствовать току полного отклонения стрелки, равному 0,5 мА. После этого провести измерение напряжения u_бэ и тока i_б.

Полученное значение тока базы, которое обозначим i_б5, ток коллектора i_к = 20 мА и напряжения u_бэ при u_кэ = Е₂ = 5,6 В занести в табл. 3.

Таблица 3

Параметр	uбэ, В	iк, мА, при:
		uкэ=1,4 В	uкэ=2,8 В	uкэ=4,2 В	uкэ=5,6 В
iб1, мА
iб2, мА
iб3, мА
iб4, мА
iб5, мА

Эти значения будут соответствовать точке “1” выходной ВАХ транзистора (рис. 7) для тока i_б5.

Затем изменить напряжение Е₂ до значения Е₂ = u_кэ = 4,2 В (отключить один элемент батареи) и провести измерение тока коллектора, которое занести в табл. 3. Это значение будет соответствовать точке “2” выходной ВАХ (рис. 7) для тока i_б5.

Последовательно изменяя напряжение Е₂ до значений 2,8 В и 1,4 В, определить соответствующие значения тока коллектора, которые занести в табл. 3. Полученные токи коллектора будут соответствовать точкам “3” и “4” выходной ВАХ (рис. 7) для тока i_б5. В результате этого будут определены четыре точки “1”“4” выходной ВАХ для тока i_б5.

Затем необходимо определить параметры для четырех точек “1”“4” выходной ВАХ при токе базы i_б4, что провести аналогично вышеизложенному.

Для этого включить Е₂ = 5,6 В, и изменением тока базы установит значение тока коллектора, равным 15 мА и измерить соответствующие значения тока базы i_б4 и напряжения u_бэ. Полученные значения занести в табл. 3. Эти значения будут соответствовать точке “1” выходной ВАХ для тока i_б4.

Последовательно уменьшая напряжение Е₂ до значений 4,2; 2,8 и 1,4 В определить соответствующие значения токов коллектора для точек “2”“4” выходной ВАХ при токе i_б4. Полученные значения токов коллектора занести в табл. 3.

После определения значений параметров точек “1”“4” двух ВАХ, соответствующих i_б5 и i_б4 аналогично провести измерение параметров точек “1”“4” еще для трех ВАХ, соответствующих токам i_б3, i_б2 и i_б1. При этом в точках “1” для Е₂ = 5,6 В задавать токи коллектора, равными 10 мА, 5 мА и 1 мА при i_б3, i_б2 и i_б1, соответственно.

Полученные значения токов коллектора i_к, токов базы i_б3, i_б2, i_б1 и напряжений u_бэ занести в табл. 3.

По полученным значениям построить в соответствии с рис. 7 входную ВАХ (для Е₂ = 5,6 В) и семейство (пять) выходных ВАХ для каждого типа транзистора. Входную и выходные ВАХ для транзистора структуры p-n-p построить аналогично транзистору структуры n-p-n в соответствии с рис. 7, не учитывая противоположную полярность напряжений и токов (считать напряжения и токи - положительными).

Сравнить полученные ВАХ для двух транзисторов при значениях тока коллектора, равного 5 и 20 мА по характеру изменения тока и наклона графиков выходных характеристик. Результаты сравнения представить в виде вывода по работе.

Задание 3. Определение напряжений и токов в рабочей точке транзистора.

В качестве исследуемого транзистора выбрать первый транзистор (табл. 2), определенный вариантом задания. Рабочая точка “РТ” транзистора в соответствии с вариантом задания задана напряжением Е_к и сопротивлением резистора R_к и током базы i_б.рт, значение которого рассчитано при выполнении п. 2 подготовительного задания.

Для определения напряжений и токов в рабочей точке “РТ”, используя схему (рис. 11), в цепь коллектора включить резистор с сопротивлением R_к и подключить источник ЭДС с напряжением Е_к. С помощью резистора R₂ установить выбранное значение тока i_б.рт, контролируя его значение по миллиамперметру РА₁. После этого по микроамперметру РА₂ определить ток коллектора i_к.рт в рабочей точке, а с помощью цифрового вольтметра определить значения u_бэ.рт и u_кэ.рт. Полученные значения i_б.рт, u_бэ.рт, i_к.рт, u_кэ.рт занести в табл. 4.

Задание 4. Используя графический метод расчета схем с биполярными транзисторами (рис. 7) провести расчет по постоянному току схемы (рис. 6) на биполярном транзисторе. Для расчета использовать транзистор, выбранный в лабораторном задании 3 и его ВАХ, построенную при выполнении лабораторного задания 2.

Таблица 4

Параметр	Расчетные значения		Измеренные значения
	по эквивалентной схеме	графический метод
iк.рт, мА
uкэ.рт, В
iб.рт, мА
uбэ.рт, В

При расчете определить положение рабочей точки “РТ” токи i_б.рт, i_к.рт напряжения u_бэ.рт, u_кэ.рт, u_Rк. Значения Е_к, R_к и i_б.рт взять в соответствии с лабораторным заданием 3.

В рабочей точке определить значение _ст использованного транзистора в соответствии с выражением: _ст = i_к/i_б.

Для этого по выходной ВАХ определить приращение тока коллектора i_к (рис. 7) и соответствующее ему приращение тока базы i_б (приращение тока базы определить как разницу токов базы, соответствующих двум соседним выходным ВАХ, ограничивающим диапазон изменения i_к). Полученные значения i_б.рт, u_бэ.рт, i_к.рт, u_кэ.рт занести в табл. 4. Сравнить полученные значения результатов (табл. 4) и по результатам сравнения сделать выводы о их соответствии (не соответствии) и возможных причинах несоответствия.

Задание 5. На лабораторном стенде собрать электрическую цепь (рис. 12), предназначенную для исследования работы электронного ключа. Параметры элементов выбрать в соответствии с рассчитанными значениями (п. 4 подготовительного задания). Тип транзистора выбрать в соответствии с табл. 2.

Установить заданные параметры (указаны на схеме) выходного синусоидального сигнала и с помощью осциллографа снять временные диаграммы напряжений: выходного напряжения u_г генератора и переменных напряжений u_бэ, u_кэ.

Полученные диаграммы с учетом масштаба нарисовать в отчете. По диаграммам определить напряжения u_бэ.н и u_кэ.н для режима насыщения транзистора. Полученные значения сравнить с соответствующими значениями u_бэ.н и u_кэ.н, принятыми при расчете электронного ключа (п. 4 подготовительного задания). Результаты сравнения отразить в отчете по лабораторной работе.

Все результаты вычислений и их обоснование привести в отчете по лабораторной работе. По результатам проведенных исследований сделать выводы:

 о сходстве и различиях ВАХ исследованных в лабораторном задании 2 биполярных транзисторов;

 о соответствии расчетных значений на основе эквивалентной схемы транзистора и графического метода (лабораторное задание 4) и экспериментальных значений (лабораторное задание 3) измеренных параметров (причинах несоответствия);

 о соответствии значений u_бэ.н, u_кэ.н (лабораторное задание 5).

Контрольные вопросы

1. Какие элементы электронных приборов называются транзисторами? Какие они бывают? Расскажите про их устройство, поясните конструкцию и технологию изготовления биполярных и полевых транзисторов.

2. Расскажите про классификацию и систему обозначений транзисторов. Как изображаются разные типы и виды транзисторов на электрических принципиальных схемах?

3. Назовите и поясните основные режимы работы биполярных и полевых транзисторов и схемы их включения. Поясните основные параметры схем для разных схем включения.

4. Поясните принципы работы биполярных и полевых транзисторов. Почему полевые транзисторы называются: полевыми, униполярными и канальными?

5. Назовите и поясните основные параметры биполярных и полевых транзисторов. Как разделяются транзисторы по максимальной рассеиваемой мощности и граничной частоте.

6. Охарактеризуйте параметры биполярного транзистора _ст, _ст и сопоставьте их по значениям. Сравните их с параметрам S и М полевого транзистора.

7. Назовите известные Вам типы биполярных и полевых транзисторов. По их обозначениям поясните основные параметры и возможности использования транзисторов.

8. Расскажите про ВАХ биполярных и полевых транзисторов, методику съема ВАХ биполярных транзисторов, использованную в лабораторной работе. Поясните четыре режима работы транзисторов по их выходным ВАХ.

9. Нарисуйте эквивалентные схемы, приведите необходимые выражения и поясните известные вам математические модели биполярных транзисторов.

10. Нарисуйте эквивалентную схему биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером и поясните назначение всех ее элементов.

11. Нарисуйте эквивалентную схему полевого транзистора и поясните назначение всех ее элементов.

12. Расскажите про графический метод расчета электрических цепей с биполярными транзисторами для постоянного тока. Приведите пример расчета, выполненного в лабораторной работе.

13. Расскажите про графический метод расчета схем на полевых транзисторах для постоянного тока.

14. Расскажите про расчет электрических цепей с биполярными и полевыми транзисторами с использованием эквивалентных схем. Приведите пример расчета, выполненного в лабораторной работе.

15. Какие режимы работы транзистора используются при работе электронного ключа и почему?

16. Поясните работу электронного ключа, исследованного в лабораторной работе, расчет его элементов.

17. Поясните полученные в работе результаты, построенные ВАХ и сделанные выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Тема: “Знакомство с элементной базой электронных приборов. Интегральные схемы”

Цель работы: знакомство с аналоговыми и цифровыми интегральными схемами, их конструкцией, назначением, классификацией и применением, расчет и исследование усилителя на аналоговой микросхеме для переменного тока, исследование базовых логических элементов ТТЛ и КМДП логик и генератора импульсов на логической микросхеме.