5. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис.4) включает в себя стенд для исследования характеристик биполярного транзистора ЭС-4 и многопредельный вольтметр PV1 постоянного тока.

На исследуемый транзистор VT напряжение подается от источника Е_ПИТ: величина U_Б устанавливается потенциометром R₁ «Рег. напряжения U_ВХ» и измеряется электронным вольтметром PV1; величина U_K устанавливается потенциометром R₂ «Рег. напряжения Е_К» и измеряется вольтметром PV2 «Напряжение Е_К», установленным на стенде ЭС-4. Токи в схеме контролируются магнитоэлектрическими приборами: I_Б – микроамперметром РА1 «I_ВХ»; I_K – миллиамперметром РА2 «I_K», установленными на стенде.

6. Последовательность выполнения работы

6.1. Подготовка стенда ЭС-4 для проведения исследований.

6.1.1. Соберите схему, показанную на рис.4, для чего установите тумблеры в следующие положения:

В12 – в положение «U_ВХ = »;

В14 – в положение «с общ. эмиттером»;

В1, В3, В4, В6, В9, В11 – в положение «Вкл.».

В2, В5, В7, В16 – в положение «Выкл.».

6.1.2. Потенциометры «Рег. напряжения Е_К» и «Рег. напряжения U_ВХ» выведите (поверните до упора против часовой стрелки).

6 .1.3. Подсоедините электронный вольтметр PV1, включенный на предел измерения (1÷2)В постоянного тока, к гнездам стенда, причем «земляной» провод вольтметра () подключается к «земле» () стенда.

6.1.4. Включите питание стенда ЭС-4 и электронного вольтметра и дайте им прогреться в течении 1÷2 минут.

6.2. Снятие входной характеристики транзистора I_Б(U_Б) при U_K=const.

6.2.1. С помощью «Рег. напряжения Е_К» установите по вольтметру PV2 напряжение Е_К=5В (стандартное значение).

6.2.2. С помощью «Рег. напряжения U_ВХ» устанавливайте фиксированные значения тока базы по микроамперметру РА1 «Ток I_ВХ» и измеряйте соответствующие им значения напряжения на базе (контролируются электронным вольтметром). При измерениях имейте в виду, что изменение тока базы и, следовательно, тока коллектора транзистора вызывает изменение Е_К, которое необходимо поддерживать неизменным на заданном уровне.

6.2.3. Результаты измерения занесите в табл.1^.

Таблица 1

Статическая входная характеристика при U_K=5B

IБ, мкА	0	5	10	20	40	80	120	160	200
UБ, mB

6.2.4. По данным табл.1 постройте входную характеристику биполярного транзистора U_Б(I_Б) при U_K=5B (см. рис. 3а).

6.3. Снятие семейства выходных характеристик I_K(U_K) при I_Б=сonst.

6.3.1. Последовательно устанавливая значения I_Б («Рег. напряжения U_ВХ») и U_K («Рег. напряжения Е_К»), указанные в табл.2, измерьте соответствующие им значения I_K по миллиамперметру РА2 «ток I_K».

Табл. 2 лучше заполнять по столбцам, т.е. для первого значения тока базы I_Б провести измерения I_K при всех заданных значениях U_K, затем установить следующее I_Б и т.д. Необходимо помнить, что изменение значения U_K влечёт за собой изменения I_Б, который необходимо поддерживать неизменным для каждой выходной характеристики. Результаты измерений занесите в табл.2.

Таблица 2

Семейство статических выходных характеристик

Ток базы IБ, мкА Напряжение UK,В	20	40	80	120	160	200
	Ток коллектора IK, mA
0,5
3
6
9
12
15

6.3.2. По данным табл.2 постройте семейство выходных характеристик транзистора I_K(U_K) при I_Б= const (см. рис. 3б)

6.4. Определение положений возможных рабочих точек транзистора (определение режимов работы транзистора в усилительном каскаде).

6.4.1. Соберите схему усилительного каскада с общим эмиттером (рис.5), для чего установите тумблеры в положения:

В12 – «U_ВХ˜»;

В14 – «С общим эмиттером»;

В1, В7, В16 – «Выкл.»;

В2, В5, В6, В9, В11 – «Вкл.».

6.4.2. Потенциометром «Рег. напряжения Е_К» установите Е_К=15В, «Рег. напряжения U_ВХ» установите U_ВХ=0 (U_Б=0; I_Б=0).

6.4.3. Устанавливая переключателями В3, В4 различные значения R_K, измерьте соответствующие им значения токов покоя коллектора I_КП и занесите в табл.3. (Режим покоя транзистора – значения напряжений и токов его электродов при отсутствии входного сигнала).

6.4.4. На графике семейства выходных характеристик (см. рис. 6) биполярного транзистора проведите линии нагрузок в соответствии с уравнением U_K = E_K – I_K·R_K. Линия нагрузки – прямая, которая строится по двум точкам: N(I_K=0; U_K=E_K) и M(U_K=0; ). На каждой линии нагрузки найдите оптимальную рабочую точку РТ_А, которая выбирается в середине линейного участка переходной характеристики I_K(I_Б) или примерно в середине рабочего участка mN линии нагрузки. Нанесите на линии нагрузок рабочие точки (РТ), найденные экспериментально, в соответствии с данными таблицы 3.

Таблица 3

RK, кОм	1	2	3
IK0, mA

6 .4.5. Выберите из трех экспериментально определенных рабочих точек расположенную наиболее близко относительно своей оптимальной и потому наиболее подходящую для работы усилителя в режиме (классе) А – РТ_А. Режим усилителя определяется положением РТ на переходной характеристике или на линии нагрузки: класс А – РТ лежит посередине линейного участка переходной характеристики, то есть примерно посередине рабочего участка mN линии нагрузки (РТ_ОПТ на рис.6); класс В – РТ находится в самом начале переходной характеристики при I_Б=0 или на пересечении линии нагрузки и оси абсцисс. Значения U_КП и I_КП в РТ называют напряжением и током покоя транзистора.

6.4.6. Определите координаты выбранной экспериментальной рабочей точки РТ_А: I_KП, U_KП, I_БП, U_БП – по входной и выходным характеристикам транзистора и занесите значения в табл.4.

Дальнейшие исследования усилительных каскадов и параметров транзистора выполняются для выбранной РТ_А. Соответствующее значение R_K занесите в табл. 4.

6.5. Определение параметров транзистора, работающего в выбранном режиме класса А.

6.5.1. По семейству выходных характеристик определите максимальные амплитуды положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения (рис. 6), а также наибольшую величину действующего значения выходного неискаженного синусоидального сигнала:

6.5.2. Определите параметры биполярного транзистора в окрестности РТ_А по методике, приведенной в п. 4.2 и рис.3.

6.5.3. Определите входное и выходное сопротивления усилительного каскада с учетом того, что R_Б1, R_Б2 и R_ВХ по отношению к входному сигналу соединены параллельно, а также R_K и R_ВЫХ по отношению к выходному сигналу соединены также парал­лельно:

,
,

где значения R_Б1 и R_Б2 указаны на панели стенда.

6.5.4. Результаты экспериментов и расчетов сведите в табл. 4.

6 .6. Для выбранного R_K обозначьте рабочую точку, соответствующую работе усилительного каскада в режиме класса В. Определите U⁺ _ВЫХ.MAX и U^– _ВЫХ.MAX, а также изобразите форму выходного напряжения в этом режиме при синусоидальном входном сигнале U_ВХ=50 мВ. Результаты занесите в таблицу 4.