1.3.2. Исследование стабилитрона

П о результатам экспериментов п. 1.2.2 (табл. 1.4) построить обратную ветвь ВАХ стабилитрона КС133А (КС139А) I = f (U) (рис. 1.21).

1.3.2.1. Для данной точки А на ВАХ определить следующие параметры:

1) статическое сопротивление (1.1);

2) дифференциальное сопротивление (1.2);

3) напряжение стабилизации U_ст ≈ U_A ;

4) построить в той же координатной плоскости ВАХ источника тока (см. рис. 1.5) по двум точкам: холостого хода и т.А. В качестве Е следует взять величину U_и из таблицы 1.4, соответствующую т. А;

5) начертить схему замещения стабилитрона для постоянного тока на участке стабилизации.

1.3.2.2. Построить передаточную характеристику U = f (U_и) цепи рис. 1.12. Показать, что данная цепь может использоваться в качестве стабилизатора постоянного напряжения. Для этого необходимо вычислить коэффициент стабилизации по формуле

.

Величины приращений находятся по передаточной характеристике рис. 1.22. Точка A выбирается по середине участка стабилизации.

Рис. 1.22. Передаточная характеристика параметрического стабилизатора напряжения

Выписать в отчет паспортные данные исследованного стабилитрона [3,4].

1.3.3. Исследование биполярного транзистора

П о результатам экспериментов п.1.2.3 построить семейство статических входных ВАХ по табл. 1.5 и выходных ВАХ по табл.1.6.

а) б)

Рис. 1.23. Входные (а) и выходные (б) ВАХ в схеме с общим эмиттером

1.3.3.1. Описать вид ВАХ на основе электронных процессов в транзисторе и охарактеризовать его как элемент электрической цепи. Выписать паспортные данные исследуемого транзистора в отчет [3,4].

1.3.3.2. По построенным ВАХ определить h-параметры транзистора для заданной рабочей точки (I_БА, U_КЭА).

П араметр h_11э представляет собой дифференциальное входное сопротивление транзистора в рабочей точке А.

Н

I_БА

а рис.1.23а проведена касательная к ВАХ в рабочей точке. Тогда

(1.5)

Параметр h_12э представляет собой дифференциальный коэффициент внутренней обратной связи по напряжению в транзисторе.

. (1.6)

В данном случае ΔU_БЭ вызвано изменением U_КЭ (см. рис. 1.24). Предположим, что U_КЭ возросло от 5 В до 10 В, т.е. ΔU_КЭ.= 5 В. Тогда рабочая точка займет положение A^I, так как I­_Б = const. Величина ΔU_БЭ указана на рис. 1.24.

Параметр h_21э представляет собой дифференциальный коэффициент усиления по току:

. (1.7)

Это основной параметр транзистора, характеризующий БТ как источник тока, управляемый током. Приращение ΔI_К обусловлено изменением I_Б. Пусть I_Б изменился от I_БА до I_Б4 (см. рис. 1.23б), тогда т. А займет положение А^I, так как U_КЭ – const. Величина ΔI_К указана на рис. 1.23б как отрезок АА^I.

Параметр h_22э представляет собой выходную дифференциальную проводимость транзистора в рабочей точке.

.

Приращение ΔI_К обусловлено изменением ΔU_КЭ при I_Б – const. Приращения указаны на рис. 1.23б в виде катетов заштрихованного прямоугольного треугольника. Его гипотенузой является линейная часть ВАХ при I_БА. Таким образом,

. (1.8)

С использованием h-параметров формулируются уравнения транзистора для малого сигнала. Поэтому сами параметры называются малосигнальными. Транзистор в данном случае рассматривается как проходной линейный четырехполюсник, уравнения которого, записанные относительно малых сигналов, имеют вид:

(1.9)

Соответствующая малосигнальная схема замещения четырехполюсника представлена на рис.1.25. Зарисовать данную схему в отчет и записать систему уравнений (1.9) с учетом полученных ранее значений h-параметров (1.5)-(1.8).

Важным малосигнальным параметром является дифференциальная крутизна s_э передаточной характеристики «напряжение-ток»:

I_К = f(U_БЭ) при U_КЭ= const.

Крутизна определяется соотношением

. (1.10)

и имеет размерность проводимости (См). Крутизна характеризует БТ как источник тока, управляемый напряжением (преобразователь напряжения в ток), описываемый уравнением

.

Рис. 1.25. Малосигнальная схема замещения транзистора с h-параметрами

1.3.3.3. По ВАХ рис. 1.23 построить передаточную характеристику тока I_К = f(I_Б) при U_КЭ= const и передаточную характеристику «напряжение-ток» I_К = f(U_БЭ) при U_КЭ= const . Какая из них более близка к линейной функции? По данным зависимостям найти статические значения коэффициента передачи тока базы _ст и крутизны S_ст для заданной рабочей точки А по формулам:

.

1.3.3.4. По результатам расчетов найти параметры схем замещения для постоянного тока. Эти схемы могут использоваться как при активном режиме работы, так и в режиме отсечки. Схемы рис. 1.26а,б различаются представлением входной цепи база-эмиттер.

На рис. 1.26 VD – идеальный диод, замещающий переход база-эмиттер; , где r_б – объемное сопротивление базы; r_Э – дифференциальное сопротивление эмиттера; I_КЭ0 – обратный ток коллектор-эмиттер;

I_КЭ0 = (1+β_ст) I_КБО,

где I_КБ0 – обратный ток коллектора (взять из справочника); r ^I_К=h^-1_22Э;

U_БЭО – пороговое напряжение входной цепи транзистора (см. рис. 1.23а.)

Величину r_Э можно определить, учитывая, что R_Б = h_{11Э :}

. (1.11)

Дифференциальное сопротивление эмиттера можно найти также аналитически, по аналогии с диодом:

. (1.12)

Величины, найденные по формулам (1.11) и (1.12), несколько отличаются из-за влияния погрешности измерений и принятых допущений.

а)

б)

Рис.1.26. Кусочно-линейные схемы замещения транзистора по постоянному току