4.4 Содержание отчета

4.4.1 Наименование и цель работы .

4.4.2 Электрические схемы снятия динамических характеристик усилительных каскадов с общим эмиттером и общим коллектором (рис. 4.6, 4.7).

3. Таблицы результатов измерений (табл. 4.3, 4.4).

4. Графики зависимостей, указанные в пунктах 4.3.9 и 4.3.14.

3. Расчетные формулы и результаты расчета коэффициентов усиления, входных и выходных сопротивлений.

4. Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы

4.5.1 Структура, схемы включения, принцип работы, входные и выходные характеристики биполярных транзисторов.

4.5.2 h-параметры биполярных транзисторов.

3. Как строится нагрузочная прямая?

4. Охарактеризовать режимы работы транзистора (усилительный, насыщенния и отсечки).

5 Лабораторная работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ КЛЮЧЕВОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА

И ТРАНЗИСТОРНОГО ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы: изучение принципа работы, методов расчета и эксперименталь- ного исследования ключей на биполярных транзисторах и транзисторных импульсах регуляторов.

1. Теоретические сведения

Ключи на биполярных транзисторах составляют основу большинства импульсных и цифровых схем, с их помощью реализуются широко используемые схемы транзистор-транзисторной логики ТТЛ. Наибольшее распространение получил ключ с общим эмиттером (рис. 5.1), в котором нагрузка R_К включена в цепь коллектора транзистора.

Рисунок 5.1 - Схема транзисторного ключа

В ключевом режиме транзистор находится в двух основных состояниях.

1 Состояние (режим) отсечки (ключ разомкнут). При этом через транзистор протекает минимальный ток I_К = I_КО  0. Для того, чтобы транзистор находился в состоянии отсечки, необходимо сместить в обратном направлении эмиттерный переход транзистора, т.е. для транзистора n-p-n типа выполнить условие U_БЭ  0. Это достигается либо при U_ВХ  0, либо подачей на базу постоянного напряжения смещения Е_СМ, которое обеспечит U_Б  0 при U_ВХ = 0.

Мощность, теряемая на транзисторном ключе в режиме отсечки Р_К = U_КI_К , очень мала ток как мал ток.

2 Состояние (режим) насыщения (ключ замкнут). В этом режиме оба перехода транзистора смещены в прямом направлении, т.е. электрическое сопротивление цепи коллектор - эмиттер очень мало (близко к нулю). Ток через транзистор в режиме насыщения определяется резистором R_.К:

I_КН = (Е_К - U_КН)/R_К  Е_К / R_К, (5.1)

так как U_КН  0.

Режим насыщения достигается при

I_Б = I_БН = I_КН / K_I = I_КН / h_21Э. (5.2)

Для надежного насыщения транзистора необходимо, чтобы условие (5.2) выполнялось при минимальном значении статического коэффициента усиления h_21Э = h_{21Э min} для транзисторов данного типа. При этом входное напряжение должно удовлетворять условию

U_ВХ/R₁ - Е_СМ / R ₂  I_БН  = I_КН / h_21Эmin (5.3)

где  - степень насыщения ( = 1,2...2).

Как и в режиме отсечки, в режиме насыщения мощность, теряемая на транзисторном ключе Р_К = U_КI_К очень мала, так как мало напряжение U_КЭН. Напряжение U_КЭН приводится в справочниках. Для создания электронных ключей следует выбирать транзисторы с малым U_КЭН  Е_К.

Ключевые элементы применяются также в импульсных регуляторах напряжения, имеющих высокий КПД. Регулировать среднее значение напряжения на нагрузке можно изменением параметров импульсов. Наибольшее распространение получили широтно-импульсный способ регулирования, при котором амплитуда и период следования импульсов постоянны, а изменяется длительность импульса и паузы, а также частотно-импульсный метод, при котором постоянны амплитуда и длительность импульса, а изменяется период следования импульсов.

Импульсные регуляторы широко применяют как регуляторы и стабилизаторы напряжения, используемые для питания обмоток возбуждения электрических машин, электродвигателей постоянного тока, нагревательных элементов и других устройств и процессов, допускающих питание импульсным напряжением.

Импульсные регуляторы выполняются на тиристорах или транзисторах.

Транзисторный импульсный регулятор напряжения содержит генератор импульсов, параметры которых могут регулироваться вручную или автоматически, а на выходе генератора включен транзистор, работающий в ключевом режиме.

Отношение периода следования импульсов Т к длительности импульса t_И называется скважностью Q_И = Т/t_И. Величина, обратная скважности, называется коэффициентом заполнения  = 1/Q_И = t_И /Т.

Среднее напряжение на нагрузке

U_Н.СР = Е, (5.4)

где Е - напряжение питания выходного транзистора и последовательно включенной нагрузки.

Действующее значение напряжения

U_Н..Д = Е. (5.5)

Для активной нагрузки существенно действующее значение напряжения. Для нагрузки типа двигателя постоянного тока и нагрузки, работающей со сглаживающими фильтрами, важно среднее значение напряжения.

Если нагрузка носит индуктивный характер, то она должна шунтироваться диодом, включенным в обратном направлении. Диод защищает выходной транзистор от перенапряжений, возникающих в индуктивности при резком спаде тока в момент запирания транзистора. При этом ток в нагрузке становится непрерывным, протекая то от источника питания Е, когда ключ замкнут, то через шунтирующий диод, когда ключ разомкнут, за счет энергии, запасенной в индуктивности.

При идеальном ключе напряжение на нагрузке имеет форму прямоугольных импульсов, а ток пульсирует, изменяясь по экспоненциальной зависимости с постоянной времени  = L_Н/R_Н.

5.2 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка включает:

- транзистор КТ808ГМ;

- набор резисторов;

- источники регулируемого напряжения;

- импульсный регулятор напряжения с широтно-импульсной модуляцией;

- вольтметры и миллиамперметры;

- электронный осциллограф.

5.3 Порядок выполнения работы

5.3.1 Собрать электрическую схему для исследования транзисторного ключа (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 - Схема исследования транзисторного ключа

5.3.2 Для заданных R_К = 150 Ом, R₁ = 1500 Ом и Е_К = 25 В. Определить требуемый базовый ток I_БН и U_ВХ._Н, используя формулы (5.1), (5.2), (5.3) и принимая степень насыщения = 1,5, а также учитывая, что для транзистора КТ808ГМ h₂₁ = 20...60.

5.3.3 Включить лабораторную установку, установить Е_К = 25 В. Определить I_Б, I_К, U_RK, U_КЭ при U_ВХ = 0 и рассчитать мощности Р_КЭО = I_КО U_КЭО и Р_{RКО =} I_КО U_RКО.

5.3.4 Установить U_ВХ = U_ВХ.Н и определить I_{Б ,}I_К, U_RК и U_КЭ, а также рассчитать Р_КЭН = I_КН U_КЭН и Р_RКН = I_КН U_RКН.

Таблица 5.1 - Результаты исследования транзисторного ключа

Режим	UВХ, В	IБ, мА	IК, мА	URK, В	UКЭ, В	РКЭ, Вт	РRК, Вт
Отсечки
Насыщения

5.3.5 Собрать электрическую схему исследования импульсного регулятора напряжения с широтно-импульсной модуляцией (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 - Схема исследования импульсного регулятора

напряжения

6. Для заданного Ек рассчитать U_Н.СР и U_Н.Д при  = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8, используя формулы (5.4) и (5.5).

7. Включить лабораторную установку. Задавая указанные выше значения коэффициента заполнения импульсов, измерять значения U_Н.СР. Результаты измерений занести в табл. 5.2.

Таблица 5.2 - Результаты исследований импульсного регулятора напряжения

	UН.СР, В		UН.Д, В
	расчет.	эксперим.	расчет.	эксперим.
0,2 0,4 0,6 0,8