Дослідження біполярного транзистора в схемі зі спільною базою
Мета роботи поглибити знання принципу дії та характеристик біполярних транзисторів (БТ), їх режимів роботи та схем вмикання.
Підготовка до роботи
1. Вивчити лекційний матеріал про будову, принцип дії та режими роботи біполярних транзисторів (БТ).
2. Ознайомитися із контрольними запитаннями.
Перелік контрольних запитань
1. Схема БТ p-n-p типу зі спільним емітером у режимі відсічки.
2. Схема БТ n-p-n типу зі спільним емітером в активному режимі.
3. Схема БТ p-n-p типу зі спільною базою в режимі насичення.
4. Схема БТ n-p-n типу зі спільним колектором у режимі відсікання.
Порядок виконання роботи
1. Зібрати схему (рис. 2.1) для зняття сім’ї статичних характеристик біполярного транзистора зі спільною базою.
Увага! На схемі відображений активний режим БТ p-n-p типу провідності. При цьому емітерний перехід (ЕП) включається в прямому напрямку, колекторний перехід (КП) включається у зворотному напрямку.
У разі,
якщо викладач видав транзистор з
провідністю n-p-n,
полярність
напруг
і
слід
змінити на протилежну.
Рисунок 2.1 – Схема для знімання характеристик транзистора
Розміщення електродів транзистора і його тип провідності слід визначити за довідником. Працездатність транзистора можна перевірити за допомогою тестера, вимірявши опори переходів (рис. 2.2). Якщо прямі опори переходів становлять десятки Ом, зворотні – сотні кілоом і більше, а опір між емітером і колектором максимальний, то біполярний транзистор є працездатним.
а) б) в)
Рисунок 2.2 – Схема перевірки працездатності транзистора
Значення
обмежувальних опорів
та
задає
викладач.
Для
збирання схеми використовувати
з’єднувальний провідник між контактами
15
та 17 комутаційної плати. Після перевірки
викладачем схеми увімкнути лабораторну
установку.
2. Зняти статичні вхідні характеристики транзистора
.
Для
цього виставити напругу
за допомогою потенціометра правого
блока живлення.
Далі,
змінюючи напругу
потенціометром лівого блока живлення
у межах від 0 до 1 В,
треба стежити за зміною вхідного струму
транзистора
.
Увага!
При
цьому кожного
разу
після чергового виставлення
перед
вимірюванням наступного значення
необхідно
підстроювати
напругу
.
Аналогічним
чином зняти вхідні характеристики при
.
З
усіх
знятих
характеристик вибрати для звіту
мінімальну кількість – три характеристики,
включаючи нульову, які не повинні
перетинатись.
Якщо
напругу вибраної константи (
)
досягти не вдається, вимірювання слід
припинити і перейти на нижчу константу.
Результати дослідження вхідних характеристик занести до таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
… |
0,9 |
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
. . . |
||||||
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
3. Зняти статичні вихідні характеристики транзистора:
.
З цією
метою виставити потенціометром лівого
блока живлення струм емітера
.
Змінювати
напругу колектора
потенціометром 9 правого блока живлення
від 0 до
15 В
і здійснювати відповідні вимірювання
колекторного струму
,
при
цьому підтримуючи стале значення
.
Крім
вихідної характеристики при
,
зняти криві:
,
при
=1 mА,
2 mА,
3 mА,
4 mА.
Результати дослідження вихідних характеристик занести до таблиці 2.2.
Таблиця 2.2
|
|
|
0 |
1 |
… |
15 |
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
… |
15 |
|
|
|
|
… |
|
|
|
… |
|
||||
|
|
|
|
|
… |
15 |
|
|
|
|
… |
|
|
При
знятті вихідної характеристики при
можна в разі потреби користуватися
мікроамперметром замість міліамперметра
.
4. Визначити коефіцієнт підсилення струму транзистора у схемі зі спільною базою в статичному режимі, застосовуючи результати вимірювань і формулу
.
для
цього з правого блока живлення
на
колектор транзистора подаємо напругу
.
Потім
на емітер
транзистора
подаємо
напругу
,
яку плавно змінюємо в межах від 0,1 В
до 0,9 В,
при цьому спостерігаємо відповідні
прирости струмів:
-
вхідного
за міліамперметром
;
-
вихідного
за міліамперметром
.
Записавши
прирости
і
,
визначаємо коефіцієнт підсилення струму
транзистора
.
Для
схеми зі спільною базою
.
5. Визначити коефіцієнт підсилення напруги в схемі зі спільною базою за формулою:
.
З правого
блоку живлення подаємо на колектор
транзистора напругу
.
Слід
завважити, що вихідний сигнал транзистора
є інвертованим відносно вхідного, тобто
при збільшенні вхідної напруги
(приріст якої
спостерігаємо за вольтметром
)
приріст вихідної напруги відбувається
в зворотну сторону (вольтметр
зменшує свої значення). Співвідносячи
прирости напруг, знаходимо:
.
Для
схеми зі спільною базою
(10 100).
6. Згідно з даними, зведеними у таблиці 2.1 та 2.2, накреслити сім’ї вхідних і вихідних характеристик транзистора у схемі зі спільною базою.
Одержані значення параметрів порівняти з їх довідниковими значеннями.
Зміст звіту
1. Тема роботи.
2. Мета роботи.
3. Схеми дослідження (рис. 2.1, 2.2).
4. Заповнені таблиці 2.1, 2.2.
5. Графіки сімей статичних характеристик транзистора у схемі зі спільною базою.
6. Загальні висновки до роботи.
Лабораторна робота 3
Дослідження біполярного транзистора в схемі зі спільним емітером
Мета роботи експериментальне визначення характеристик і параметрів біполярного транзистора (БП) у названій схемі.
Підготовка до роботи
1. Вивчити теоретичний матеріал про характеристики й параметри БТ.
2. Ознайомитися із контрольними запитаннями.
Перелік контрольних запитань
1. Схема БТ зі спільною базою: статичні вхідні характеристики та коментар до них.
2. Схема БТ зі спільною базою: статичні вихідні характеристики та коментар до них.
3. Схема БТ зі спільним емітером: статичні вхідні характеристики та коментар до них.
4. Схема БТ зі спільним емітером: статичні вихідні характеристики та коментар до них.
Порядок виконання роботи
1. Зібрати схему (рис. 3.1) для зняття сім’ї статичних характеристик біполярного транзистора провідності p-n-p зі спільним емітером.
Увага! У цій лабораторній роботі транзистор досліджується в активному режимі. При цьому емітерний перехід (ЕП) включається в прямому напрямку, колекторний перехід (КП) включається в зворотному напрямку.
Розміщення електродів транзистора і його працездатність перевірити перед його припаюванням до комутаційної плати 18 за методикою, описаною у пункті 1 лабораторної роботи 2.
Для
транзистора типу провідності n-p-n
полярність напруг
і
на схемі слід змінити на протилежну.
Значення обмежувальних опорів
та
задає
викладач. Після перевірки викладачем
зібраної схеми увімкнути лабораторну
установку.
Рисунок
3.1 –
Схема
для зняття характеристик транзистора
2. Зняти статичні вхідні характеристики одержаного транзистора у схемі зі спільним емітером:
.
З цією
метою виставити напругу
В
за допомогою потенціометра правого
блока живлення. Змінюючи напругу
потенціометром лівого блока живлення
у межах від 0 до 1В, слідкувати за зміною
вхідного струму транзистора
,
при цьому кожного разу після чергового
виставлення
перед вимірюванням чергового значення
необхідно підстроювати напругу
В.
Після зняття характеристики при
В
аналогічним
чином зняти вхідні характеристики при
, 
, 
.
З усіх
знятих характеристик вибрати для звіту
мінімальну кількість – три характеристики,
включаючи нульову, які не повинні
перетинатись. Якщо напругу вибраної
константи
досягти не вдається, вимірювання слід
припинити і перейти на нижчу константу.
Результати досліджень занести до таблиці
2.3.
Таблиця 3.1
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
… |
0,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Зняти статичні вихідні характеристики одержаного транзистора:
у схемі зі спільним емітером.
З цією
метою виставити потенціометром лівого
блока живлення струм
.
Змінюючи напругу
потенціометром правого блока живлення
від 0 до 15 В,
робити заміри вихідного струму транзистора
,
при цьому підтримуючи сталі значення
.
Крім вихідної характеристики при
,
зняти криві:
|
при
Іб
= 1 mА,
2 mA,
3 mA,
4 mA.
Результати досліджень занести до таблиці 2.4.
Таблиця 3.2
|
|
|
0 |
1 |
… |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
4.
Визначити коефіцієнти підсилення струму
в схемі зі спільним емітером. Для цього
потрібно виставити напругу
.
Потім виставити потенціометром лівого
блока живлення вхідну напругу, наприклад
(0,1 0,3 В),
провести виміри приростів вихідного
струму
,
вхідного струму
і
визначити коефіцієнти підсилення:
.
5.
Аналогічно провести виміри приростів
вхідної напруги
(вольтметр
),
вихідної напруги
(вольтметр V2)
і визначити:
Слід
пам’ятати, що вихідний сигнал транзистора
є інвертованим відносно вхідного, тому
приріст вихідної напруги відбувається
у зворотну сторону (вольтметр
зменшує свої значення).
У схемі
зі спільним емітером
,
.
6. Накреслити сім’ї статичних характеристик транзистора у схемі зі спільним емітером за даними таблиць 3.1 і 3.2.
Одержані значення параметрів порівняти з їх довідниковими значеннями.
7. На
макетній платі, що видається викладачем,
змонтовано підсилювальний каскад на
транзисторі в схемі зі спільним емітером
(ССЕ), що живиться постійною напругою
В
від лабораторного стенда (клеми 10).
Рисунок 3.2 - Підсилювальний каскад на транзисторі в схемі зі спільним емітером
На вхід схеми подати сигнал від додаткового генератора синусоїдальних коливань з амплітудою 0÷0,5В (т. 1, загальна). За допомогою осцилографа зняти осцилограми вхідного і вихідного сигналів у динамічному режимі і визначити коефіцієнт підсилення напруги у динамічному режимі
.
Зміст звіту
1. Тема роботи.
2. Мета роботи.
3. Схеми дослідження (рис. 3.1).
4. Заповнені таблиці 3.1, 3.2.
5. Графіки сімей статичних характеристик транзистора у схемі зі спільним емітером.
6. Загальні висновки до роботи.
Лабораторна робота 4
Дослідження
польового транзистора з керувальним
- переходом
Мета
роботи
–
експериментально
одержати характеристики та параметри
польових транзисторів з керувальним
переходом.
Підготовка до роботи
1. Вивчити теоретичний матеріал про польові транзистори.
2. Ознайомитися з питаннями письмового колоквіуму.
Перелік контрольних запитань
1. Будова
і принцип дії польового транзистора
(ПТ) з керувальним
переходом.
2. Пояснити
залежність ширини каналу
ПТ з керувальним
переходом
від напруги на стоці
і на затворі
.
3. Статичні
прохідні характеристики ПТ з керувальним
переходом
,
.
4. Статичні
вихідні характеристики ПТ з керувальним
переходом
,
.
Порядок виконання роботи
1. Зібрати
схему (рис. 4.1) для зняття статичних
характеристик ПТ (схема зі спільним
витоком на рисунку подана для p-каналу).
Розміщення електродів транзистора і
тип провідності його каналу визначити
за довідником. Для транзистора з
- каналом
знак вхідних і вихідних напруг змінюється
на протилежний. Значення обмежувальних
опорів вибрати
= 8,2 Ом,
= 120 620 Ом.
Після перевірки зібраної схеми увімкнути лабораторну установку.
Увага!
Включення транзистора в схему з порушенням
полярності вхідної напруги
може вивести транзистор з ладу (подача
на затвор прямої напруги, яка перевищує
величину 0,5 В, забороняється!).
Рисунок 4.1 – Схема для зняття характеристик транзистора
2.
Визначити напругу
.
З цією метою виставити потенціометром
правого джерела живлення напругу
.
Після
цього, збільшуючи потенціометром лівого
джерела напругу
,
досягти мінімального струму стоку
(для більшої точності знаходження
замість міліамперметра
скористатися мікроамперметром). Напруга,
на якій струм
вже не зменшується, буде саме напругою
відсічки
.
3. Зняти статистичні прохідні характеристики транзистора:
.
З цією
метою, змінюючи напругу
в межах від 0 до
,
підтримуючи на кожному вимірюванні
напругу
сталою, прослідкувати за зміною струму
.
Прохідні характеристики зняти при трьох
значеннях напруги
=- 4 В,
-8 В,
-10 В.
4. Зняти статичні вихідні (стокові) характеристики транзистора:
.
Для
цього, змінюючи напругу стоку
від
0 до 15 В
і підтримуючи напругу затвора
за кожним вимірюванням сталою (
= 0 В,
0,2 В,
0,4 В,
0,6 В,
0,8 В
…
),
вимірювати стоковий струм
.
Результати вимірювання за пп.3 і 4 занести до таблиць 4.1 і 4.2.
Таблиця 4.1
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
. . . . . . 1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
. . . . . . 1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
. . . . . . 1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 4.2
|
|
|
0 |
1 |
2 |
. . . . . . . . . . . . . . 15 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
. . . . . . . . . . . . . 10 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|||||
|
|
|
0 |
1 |
2 |
. . . . . . . . . . . . . 10 В |
|
|
|
|
|
|
|
5. За даними таблиць 4.1 і 4.2 накреслити сім’ї прохідних і вихідних характеристик досліджуваного польового транзистора.
6. Застосовуючи
відому з лекцій методику, визначити
диференційні параметри ПТКП. Для цього
слід задатися невеликими приростами
напруг
,
і визначити відповідний приріст струму
.
За одержаними даними визначити:
- крутизну:
-
внутрішній опір:
а також визначити величину статичного коефіцієнта підсилення:
.
Знайдені величини параметрів звірити з поданими у довіднику для досліджуваного транзистора.
7. На макетній платі, що видається викладачем, друкованим монтажем змонтовано підсилювальний каскад на польовому транзисторі в схемі зі спільним витоком, що живиться постійною напругою від лабораторного стенда (гнізда 10).
Рисунок 4.2 - Підсилювальний каскад на польовому транзисторі в схемі
зі спільним витоком
На вхід схеми подати сигнал від додаткового генератора синусоїдальних коливань з амплітудою 0 ÷ 0,5В (т.1, заг.).
За допомогою осцилографа зняти осцилограми вхідного і вихідного сигналів у динамічному режимі і визначити коефіцієнт підсилення за напругою
.
Зміст звіту
1. Тема роботи.
2. Мета роботи.
3. Схема зняття статичних характеристик польового транзистора та його цоколівка.
4. Заповнені таблиці 4.1 та 4.2.
5. Графіки сімей статичних характеристик досліджуваного транзистора.
6. Розрахунки диференційних параметрів транзистора.
7. Загальні висновки до роботи.
Лабораторна робота 5
Дослідження тиристора у диністорному
та триністорному режимах
Мета роботи ознайомитися з дією тиристора малої та середньої потужності; одержати ВАХ тиристора у диністорному та триністорному режимах.
Підготовка до роботи
1. Вивчити теоретичний матеріал про тиристори.
2. Підготуватися до запитань письмового колоквіуму.
Перелік контрольних запитань
1. Будова, принцип дії та ВАХ диністора.
2. Будова, принцип дії та сім’я ВАХ триністора.
3. Пояснити механізм утворення внутрішнього позитивного зворотного зв’язку у триністорній структурі.
4. Вмикання та вимикання тиристора у диністорному та триністорному режимах.
Порядок виконання роботи
1. Визначити у довіднику розміщення електродів тиристорів КН 101 (діодний тиристор) та КУ 201, КУ 202 (тріодний тиристор), одержаних від викладача, а також дізнатися, керування за анодом чи за катодом у них використовується.
І Диністорний режим
2. Зібрати
схему (рис. 5.1) для зняття ВАХ тиристора
у диністорному режимі:
.
Виставити вхідну напругу зібраної схеми
.
Поступово збільшуючи анодну напругу
на тиристорі, спостерігати за
міліамперметром, як змінюється анодний
струм у закритому стані тиристора. В
момент відкриття тиристора, про що
свідчитиме загорання лампочки,
прослідкувати, щоб не було перевантаження
в анодному колі тиристора. Якщо це має
місце, то необхідно збільшити величину
опору
,
або виставити потрібну межу виміру
струму (наприклад, 100 mА
або 1000 mА).
Рисунок 5.1 – Схема для дослідження диністорного режиму
Відмітити
координати (
,
)
точки, в якій тиристор відкривається.
Відмітити
координати точки (
, 
),
в якій опинився тиристор у відкритому
стані.
Далі потрібно збільшувати напругу на тиристорі та струм через нього до значень, що не перевищують довідникових показників. Через одержані точки провести якісну ВАХ тиристора.
ІІ Триністорний режим
3. Зібрати схему (рис .5.2).
Рисунок 5.2 – Схема для дослідження триністорного режиму
Виконати вмикання тиристора 2 способами.
Першій спосіб. Вмикання за допомогою струму керування.
З правого
блока живлення на тиристор подати анодну
напругу
= 10 15 В.
Цю напругу вважаємо напругою вмикання
(
),
під яку необхідно підібрати відповідну
величину струму керування
.
Наразі
= 0
mA,
і тому через тиристор проходить анодний
струм закритого стану – струм вмикання
.
З лівого
блока живлення на керуючий електрод
тиристора подамо напругу
.
Збільшуючи її потенціометром 9, слідкуємо
за лівим міліамперметром
за
зростанням струму керування
.
У момент вмикання тиристора зафіксуємо
цей струм (наприклад,
).
Одночасно за показаннями правих
міліамперметра
і вольтметра
визначаємо координати точки переходу
тиристора у відкритий стан (
).
Одержавши
відтак координати двох точок (
, 
)
та (
,
)
будуємо якісну вольт-амперну характеристику
тиристора при даному струмі керування
.
Другий спосіб. Вмикання тиристора за допомогою анодної напруги.
З цією
метою виставити на міліамперметрі
лівого
блока живлення зафіксований раніше
струм керування (наприклад,
).
Потім, подаючи анодну напругу правим
блоком живлення слідкувати за моментом
вмикання тиристора.
Порівняти траєкторії характеристик для обох способів вмикання і зарисувати в спільних координатах.
4. Зняти сімейства ВАХ одержаного тиристора у триністорному режимі.
Для
цього задати кілька значень анодної
напруги
і для кожного з них, фіксуючи струм
керування (перший спосіб вмикання),
знімаємо чергову ВАХ тиристора. Визначити,
при якому значенні
ВАХ тиристора набирає вигляду звичайної
ВАХ напівпровідникового діода.
Результати досліджень занести до таблиці 5.1.
Таблиця 5.1
|
|
|
. . . |
|
|
. . . |
|
|
|
|
. . . |
|
|
. . . |
|
|
. . . |
||
|
|
|
. . . |
|
|
. . . |
|
Зміст звіту
1. Тема роботи.
2. Мета роботи.
3. Схема зняття ВАХ тиристорів.
4. Заповнена таблиця 5.2.
5. Графіки ВАХ для диністорного і триністорного режимів.
6. Висновки.
Лабораторна робота 6