2. Создание лабораторных макетов для исследования биполярных транзисторов

Создание лабораторных макетов для исследования биполярных транзисторов аналогично созданию лабораторных макетов для исследования диодов. Согласно рисунку 16, производится выбор компонентов, в соответствии с таблицей 4 и таблицей 5, при этом каждый выбранный элемент фиксируется кнопкой «OK» и переносится на рабочее поле.

Таблица 4 – Элементы схем

Group	Family	Component
Sources	POWER_SOURCES	DC_POWER (4 шт.)
		GROUND (2 шт.)
	SIGNAL_CURRENT_SOURCES	DC_CURRENT (2 шт.)
Indicators	VOLTMETER	VOLTMETER_V (4 шт.)
	AMMETER	AMMETER_H (4 шт.)
Transistors	BJT_NPN	Приложение Б (2 шт.)

Таблица 5 – Элементы схем

Group	Family	Component
Sources	POWER_SOURCES	DC_POWER (4 шт.)
		GROUND (2 шт.)
	SIGNAL_CURRENT_SOURCES	DC_CURRENT (2 шт.)
Indicators	VOLTMETER	VOLTMETER_V (4 шт.)
	AMMETER	AMMETER_H (4 шт.)
Transistors	BJT_PNP	Приложение Б (2 шт.)

Далее из элементов необходимо собрать моделируемые схемы для исследования биполярных транзисторов n-p-n типа по схеме с ОБ и ОЭ, в соответствии с рисунком 20 (а, б), и для исследования биполярных транзисторов p-n-p типа по схеме с ОБ и ОЭ, в соответствии с рисунком 20 (в, г), соблюдая полярность источников питания и направления токов. Для того, чтобы поменять положение элемента необходимо выбрать пункт меню «Edit» → «Orientation».

VT

а )

VT

б)

VT

в)

VT

г)

Рисунок 20 – Моделируемые схемы

Изменение напряжения источника питания производится согласно рисунку 18. Для изменения силы тока в источнике тока производится двойной щелчок «мышью» на его изображении. В открывшемся диалоговом окне, в соответствии с рисунком 21, выбирается вкладка «Value». Значение вводится в поле «Current (I)». Предварительно необходимо выставить требуемые единицы измерения.

Рисунок 21 – Свойства источника тока

Внимание! Перед изменением параметров необходимо произвести выключение схемы, выбрав пункт меню «Simulate» → «Stop».

3. Порядок выполнения работы

   1. Исследование диодов

      1. Исследование прямой и обратной ветвей ВАХ диодов

1. Собрать моделируемую схему, в соответствии с рисунком 17 (а);

2. Изменяя инкремент потенциометра R₂, снять прямую ветвь ВАХ диода, контролируя прямые токи и напряжения по приборам A₁ и V₁ соответственно. Данные измерений занести в таблицу 6;

3. Переключить схему в режим снятия обратной ветви ВАХ диода щелчком «мыши» на компоненте SPDT;

4. Изменяя инкремент потенциометра R₃, снять обратную ветвь ВАХ диода, контролируя обратные токи и напряжения по приборам A₂ и V₂ соответственно. Данные измерений занести в таблицу 6;

5. По данным таблицы 6 построить в одном масштабе графики прямой и обратной ветвей ВАХ диода;

6. Рассчитать сопротивления диода при прямом и обратном включениях по формуле:

(18)

7. Сделать выводы.

Таблица 6 – Данные измерений ВАХ диода

Инкремент потенциометра, [%]		0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Прямая ветвь	I, [мА]
	U, [В]
Обратная ветвь	I, [мА]
	U, [В]

2. Исследование прямой и обратной ветвей ВАХ стабилитронов

1. Собрать моделируемую схему, в соответствии с рисунком 17 (б);

2. Изменяя инкремент потенциометра R₂, снять прямую ветвь ВАХ стабилитрона, контролируя прямые токи и напряжения по приборам A₁ и V₁ соответственно. Данные измерений занести в таблицу 7;

3. Переключить схему в режим снятия обратной ветви ВАХ стабилитрона щелчком «мыши» на компоненте SPDT;

4. Изменяя инкремент потенциометра R₄, снять обратную ветвь ВАХ стабилитрона, контролируя обратные токи и напряжения по приборам A₂ и V₂ соответственно. Данные измерений занести в таблицу 7;

5. По данным таблицы 7 построить в одном масштабе графики прямой и обратной ветвей ВАХ стабилитрона;

6. Рассчитать сопротивления стабилитрона при прямом и обратном включениях по формуле (18);

7. Сделать выводы.

Таблица 7 – Данные измерений ВАХ стабилитрона

Инкремент потенциометра, [%]		0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Прямая ветвь	I, [мА]
	U, [В]
Обратная ветвь	I, [мА]
	U, [В]

2. Исследование биполярных транзисторов

   1. Исследование биполярных транзисторов по схеме с ОБ

а) Исследование входных характеристик

1. Собрать моделируемые схемы, в соответствии с рисунком 20 (а, в);

2. Изменяя значение входного напряжения U_ЭБ, снять входные характеристики n-p-n и p-n-p транзисторов, контролируя ток I_Э амперметром A₁, при этом поддерживая выходное напряжение U_КБ постоянным. Данные измерений занести в таблицу 8;

3. По данным таблицы 8 построить в одном масштабе ВАХ n-p-n и p-n-p транзисторов;

4. Определить входное сопротивление n-p-n и p-n-p транзисторов по формуле:

(19)

5. Сделать выводы.

Таблица 8 – Данные измерений ВАХ n-p-n и p-n-p транзисторов

UЭБ, [В]			0,57	0,59	0,61	0,63	0,65	0,67	0,69	0,71	0,73	1
n-p-n транз.	IЭ, [мА]	UКБ = 0 В
		UКБ = 5 В
p-n-p транз.	IЭ, [мА]	UКБ = 0 В
		UКБ = 5 В

б) Исследование выходных характеристик

1. На входе схем заменить компонент DC_POWER на компонент DC_CURRENT;

2. Изменяя значение выходного напряжения U_КБ, снять выходные характеристики n-p-n и p-n-p транзисторов, контролируя ток I_К амперметром A₂, при этом поддерживая входной ток I_Э постоянным. Данные измерений занести в таблицу 9;

3. По данным таблицы 9 построить в одном масштабе ВАХ n-p-n и p-n-p транзисторов;

4. Рассчитать следующие параметры n-p-n и p-n-p транзисторов:

4.1) Коэффициент усиления согласно формуле:

4.2) Входное сопротивление транзисторов по формуле:

(20)

где сопротивление базы = 100 200 Ом;

сопротивление эмиттера r_Э определяется как:

среднее значение тока эмиттера I_Эср вычисляется как:

4.3) Сравнить результаты R_вх, полученные по формулам (19) и (20).

5. Сделать выводы.

Таблица 9 – Данные измерений ВАХ n-p-n и p-n-p транзисторов

UКБ, [В]			0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
n-p-n транз.	IК, [мА]	IЭ = 4 мА
		IЭ = 8 мА
		IЭ = 12 мА
		IЭ = 16 мА
p-n-p транз.	IК, [мА]	IЭ = 4 мА
		IЭ = 8 мА
		IЭ = 12 мА
		IЭ = 16 мА

2. Исследование биполярных транзисторов по схеме с ОЭ

а) Исследование входных характеристик

1. Собрать моделируемые схемы, в соответствии с рисунком 20 (б, г);

2. Изменяя значение входного напряжения U_БЭ, снять входные характеристики n-p-n и p-n-p транзисторов, контролируя ток I_Б амперметром A₁, при этом поддерживая выходное напряжение U_КЭ постоянным. Данные измерений занести в таблицу 10;

3. По данным таблицы 10 построить в одном масштабе ВАХ n-p-n и p-n-p транзисторов;

4. Определить входное сопротивление n-p-n и p-n-p транзисторов по формуле:

(21)

5. Сделать выводы.

Таблица 10 – Данные измерений ВАХ n-p-n и p-n-p транзисторов

UБЭ, [В]			0,57	0,59	0,61	0,63	0,65	0,67	0,69	0,71	0,73	1
n-p-n транз.	IБ, [мА]	UКЭ = 0 В
		UКЭ = 5 В
p-n-p транз.	IБ, [мА]	UКЭ = 0 В
		UКЭ = 5 В

б) Исследование выходных характеристик

1. На входе схем заменить компонент DC_POWER на компонент DC_CURRENT;

2. Изменяя значение выходного напряжения U_КЭ, снять выходные характеристики n-p-n и p-n-p транзисторов, контролируя ток I_К амперметром A₂, при этом поддерживая входной ток I_Б постоянным. Данные измерений занести в таблицу 11;

3. По данным таблицы 11 построить в одном масштабе ВАХ n-p-n и p-n-p транзисторов;

4. Рассчитать следующие параметры n-p-n и p-n-p транзисторов:

4.1) Коэффициент усиления β согласно формуле:

4.2) Входное сопротивление транзисторов по формуле:

(22)

где сопротивление базы = 100 200 Ом;

сопротивление эмиттера r_Э определяется как:

среднее значение тока эмиттера I_Эср вычисляется как:

токи I_Э1 и I_Э2 определяются по формулам:

;

4.3) Сравнить результаты R_вх, полученные по формулам (21) и (22).

5. Сделать выводы.

Таблица 11 – Данные измерений ВАХ n-p-n и p-n-p транзисторов

UКЭ, [В]			0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
n-p-n транз.	IК, [мА]	IБ = 0,05 мА
		IБ = 0,1 мА
		IБ = 0,15 мА
		IБ = 0,2 мА
p-n-p транз.	IК, [мА]	IБ = 0,05 мА
		IБ = 0,1 мА
		IБ = 0,15 мА
		IБ = 0,2 мА

4. Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Маркировку исследуемых диодов и биполярных транзисторов;

2. Схемы включения диодов и биполярных транзисторов;

3. Таблицы с результатами измерений;

4. Графики ВАХ диодов и биполярных транзисторов;

5. Расчет параметров диодов и биполярных транзисторов;

6. Выводы о проделанной работе.