2041

5.Порядок выполнения работы

1.Соединить выходные зажимы системы ФИУ с управляющими электродами выпрямителя, подать на него переменное питающее напряжение.

2.Установить угол отпирания α = 0.

3.Включить переменное питающее напряжение и блок ФИУ. При отсутствии напряжения на нагрузке поменять местами провода «1» и «3», идущие к управляющим электродам.

4.Изменяя угол отпирания от 0 до 180°, снять регулировочную характеристику выпрямителя. Результаты измерений внести в табл. 16. При уг-

лах отпирания 60 и 150° занести с экрана осциллографа в отчет осциллограммы выпрямленного напряжения и отпирающих импульсов.

5. По формуле (74) рассчитать теоретическую регулировочную характеристику, задаваясь значениями угла α от 0 до 180° через 30°. Результаты расчетов занести в табл. 17.

6.Подать питающее напряжение на симисторный регулятор переменного тока.

7.Включить питающее напряжение и блок ФИУ. Изменяя угол отпи-

рания в пределах от 0 до 180°, снять регулировочную характеристику Uн=f(α). Результаты измерений внести в табл. 18. При углах отпирания 0, 90, 150° занести с экрана осциллографа в отчет осциллограммы напряжения на нагрузке.

8.Выключить стенд. Разобрать схему.

9.По формуле (75) рассчитать теоретическую регулировочную характеристику регулятора. Результаты расчетов занести в табл. 19.

61

Таблица 18

6.Содержание отчета

1.Название и цель работы.

2.Результаты испытаний тиристорного выпрямителя: электрическая схема, табл. 16 и 17, характеристики, осциллограммы.

3.Результаты испытаний симисторного регулятора: электрическая схема, табл. 18 и 19, характеристики, осциллограммы.

4.Краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Объясните, почему необходима фазировка управляющих импульсов

спитающим напряжением в выпрямителе.

2.Как изменится режим выпрямителя при обрыве одного из проводов в цепи управляющих электродов тиристоров?

3.Ток нагрузки выпрямителя равен 2 А. Что покажет амперметр магнитоэлектрической системы, включенный в цепь любого из вентилей выпрямителя?

4.Как снизить уровень пульсаций выпрямленного напряжения тиристорного выпрямителя?

5.В чем преимущества импульсного управления тиристорами? Почему возможно управление тиристорами с помощью коротких импульсов?

6.Может ли тиристорный (симисторный) регулятор коммутировать нагрузку в цепи постоянного тока? Почему?

7.Объясните принцип работы блока ФИУ.

62

Лабораторная работа № 9

ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: ознакомление с основными характеристиками транзистора и методикой экспериментального определения его параметров.

1. Общие сведения о транзисторах

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими р-n-переходами и тремя выводами. Основой биполярного транзистора служит пластина полупроводника, называемая базой. С двух сторон в нее вплавлена примесь, создающая области с проводимостью, отличной от проводимости базы.

Существует два типа биполярных транзисторов. Первый из них n-р-n, когда крайние области являются полупроводниками с электронной проводимостью, а средняя – полупроводником с дырочной проводимостью и второй типа p-n-p, когда крайние области являются полупроводниками с дырочной проводимостью, а средняя – полупроводником с электронной проводимостью. Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми. Одну область, называемую эмиттером, выполняют так, чтобы из нее наиболее эффективно происходила инжекция (втягивание) носителей в базу. Другую область, называемую коллектором, выполняют так, чтобы соответствующий электронно-дырочный переход наилучшим образом осуществлял экстракцию (вытягивание) носителей из базы. Особенность транзистора состоит в том, что между его электронно-дырочными переходами существует взаимодействие: ток одного из переходов может управлять током другого. При использовании транзистора в схемах на его переходы подают внешнее напряжение Uкэ, которое смещает эмиттерный переход в прямом направлении (р-n-переход открыт), а коллекторный переход – в обратном (p-n-переход закрыт).

На базу транзистора подают напряжение противоположного знака относительно эмиттера. При появлении напряжения на базе транзистора в базу из эмиттера инжектируются носители, которые для базы являются неосновными. База выполнена в виде тонкого слоя и поэтому инжектированные из эмиттера в базу носители легко достигают коллектора и под действием напряжения, приложенного к коллектору относительно эмиттера, притягиваются к коллектору. Через транзистор течет ток, величина которого может регулироваться напряжением на базе.

Транзисторы классифицируются по исходному материалу, рассеиваемой мощности, диапазону рабочих частот, принципу действия. В зависимости от исходного материала их делят на две группы: германиевые и

63

кремниевые. В зависимости от диапазона рабочих частот различают транзисторы низких, средних и высоких частот. В зависимости от рассеиваемой на коллекторе мощности различают транзисторы малой, средней и большой мощности.

Рис. 32. Структурная схема транзистора и схема подачи напряжений на его электроды

Максимально допустимые параметры определяют значения конкретных режимов биполярных транзисторов, которые не должны превышаться при любых условиях эксплуатации и при которых обеспечивается заданная надежность. К максимально допустимым параметрам относятся: максимально допустимое напряжение коллектор-база Uкб mах, максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер Uкэ mах, максимально допустимое напряжение эмиттер-база Uэб max, максимально допустимый ток коллектора Iк mах, максимально допустимый ток эмиттера Iэ mах, максимально допустимый ток базы Iб mах, максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора Рmах.

Высокочастотные параметры характеризуют работу транзисторов на высоких частотах. Граничная частота коэффициента передачи тока при включении по схеме с общим эмиттером fгp – частота, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером экстраполировался к единице. Максимальная частота генерации fmах – наибольшая частота, при которой транзистор способен генерировать.

Широкое применение получила система h-параметров, так как при измерении этих параметров требуется воспроизведение режимов холостого хода или короткого замыкания, что легко выполнить. Для определения h- параметров могут использоваться различные схемы включения транзисторов (рис. 33) с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК), однако чаще используются схемы с общим эмиттером.

64

Рис. 33. Схема включения транзисторов: с общей базой (а); с общим эмиттером (б); с общим коллектором (в)

Сначала экспериментальным путем определяются вольт-амперные характеристики, которые подразделяют на входные и выходные (рис. 34).

Рис. 34. Характеристики транзистора: входные (а); выходные (б)

Входные характеристики устанавливают зависимость входного тока (тока базы) от напряжения между базой и эмиттером при определенном напряжении на коллекторе. По семейству входных характеристик определяют параметры h11 и h12. Для этого в середине линейного участка статической характеристики при Uкэ>0 задаются определенным значением тока

базы Iб в точке О′.

Для определения параметра h11 задаются изменением входного тока ∆Iб между точками М и N, лежащими на линейном участке входной статической характеристики при Uкэ>0, и определяют соответствующее изменение

65

напряжения на базе ∆Uбэ.

Параметр h11 представляет собой входное сопротивление транзистора. Для определения параметра h12 при выбранном токе Iб задаются измене-

нием выходного напряжения ∆Uкэ и определяют изменение напряжения базы ∆Uбэ между точками О′ и Р.

Параметр h12 представляет собой коэффициент обратной связи по напряжению между выходной и входной цепями. Выходные характеристики устанавливают зависимость тока коллектора от напряжения на нем при определенном токе базы. По семейству выходных характеристик определяют параметры выходной цепи h21 и h22. Вначале в середине линейного участка

характеристики для Iб= Iб отмечают положение рабочей точки О и определяют значение напряжения Uкэ .

Для определения параметра h21 задаются изменением входного тока ∆Iб между точками А и В и определяют изменение выходного тока ∆Iк′.

Параметр h21, являющийся коэффициентом передачи по току в схеме с ОЭ, обычно составляет от нескольких десятков до нескольких сотен единиц.

Для определения параметра h22 задаются изменением выходного напряжения ∆Uкэ между точками С и D, лежащими на линейном участке выходной статической характеристики, снятой при заданном значении тока

Параметр h22 представляет собой выходную проводимость транзистора.

2.Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с описанием стенда ЭС-4. Чтобы образовалась схема испытаний транзистора (рис. 35) установить тумблеры В1, B3, В4, В6, В9, В11, В17 в положение «Вкл.», тумблеры В2, В5, В7, В8, В10, В16 – в положение «Выкл.», тумблер В12 установить в положение «–U». Электронный вольтметр V1, обладающий большим внутренним сопротивлением,

66

включить между базой транзистора и массой « » .

Потенциометры R1 и R2, регулирующие входное и коллекторное напряжения, установить в крайнее левое положение.

Рис. 35. Схема испытаний транзистора

2. Снять и построить входную характеристику транзистора Iб=f(Uб) для двух значений напряжения коллектора: Uк>0 и Uк=5 В. Напряжение базы Uб при снятии характеристики изменять потенциометром R1 от 0 до 200 мВ через 20 мВ, поддерживая напряжение Uк постоянным. Результаты измерений занести в табл. 20.

Таблица 20

Входные характеристики транзистора

3. Снять и построить выходную характеристику транзистора Iк=f(Uк) при Iб=const для значений тока базы Iб, равных 100, 120, 140 мкА. Напря-

67

жение коллектора Uк изменять от 0 до 10 В через 2 В. Результаты измерений занести в табл. 21.

4. По построенным характеристикам определить параметры транзисто-

ра:

а) параметр h11 по характеристике Iб=f(Uб) при Uк=5 В и Iб =120 мкА; б) параметр h12 по характеристикам Iб=f(Uб) при Uк=5 В; Uк=0 и Iб =120

мкА;

в) параметр h21 по характеристикам Iк=f(Uк) при Iб=100 мкА; Iб=140

мкА и Uкэ=5 В;

г) параметр h22 по характеристике Iк=f(Uк) при Iб=120 мкА.

Контрольные вопросы

1.Изобразите структурную схему и объясните принцип действия транзистора.

2.Назовите основные типы транзисторов.

3.Назовите схемы включения транзисторов и область их применения.

4.Назовите основные параметры транзисторов.

5.Изобразите статические характеристики транзистора и дайте им определение.

6.Назовите h-параметры транзистора и объясните, как они определяются по его статическим характеристикам.

Лабораторная работа № 10

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Цель работы: изучение работы транзисторного усилителя звуковой частоты, снятие амплитудно-частотных характеристик усилителя.

1. Общие сведения об усилителях напряжения низкой частоты

Усилители напряжения низкой частоты находят широкое применение в электрорадиоаппаратуре, устройствах автоматики, измерительной технике и других областях. Различают широкополосные усилители, усиливающие сигналы в достаточно широкой полосе частот, и узкополосные (избирательные), которые эффективно усиливают сигналы узкой полосы частот.

Косновным параметрам усилителей относятся:

–напряжение питания Uп;

–номинальное входное напряжение Uвх;

68

буемое смещение на базе транзистора обеспечивается делителем напряжения, состоящим из сопротивлений R1 и R2. Начальный ток базы задается сопротивлением R1. Правильный выбор напряжения смещения базы транзистора и начального тока базы позволяют обеспечить работу транзистора на линейном участке характеристик, когда искажения входного сигнала на выходе транзисторного усилителя минимальны.

При изменении температуры происходит смещение входных и выходных характеристик, поэтому для стабилизации режима транзистора по постоянному току в цепь эмиттера включен резистор Rэ. Для стабилизации по переменному току служит конденсатор Сэ, который шунтирует переменную составляющую тока. В совокупности резистор Rэ и конденсатор Сэ образуют отрицательную обратную связь.

Усиливаемый сигнал евх подается на вход транзисторного усилителя через конденсатор Свх. Источником такого сигнала может быть микрофон, звукосниматель, магнитная головка, фотоэлемент и т.п. Усиленный сигнал снимается с коллектора транзистора и через разделительный конденсатор Свых подается на нагрузку сопротивлением Rн, роль которой могут выполнять катушки телефона, входное сопротивление последующего усилителя, вход осциллографа и т.д. Для уяснения частотных свойств усилителя рассмотрим эквивалентную схему одного его каскада (рис. 37).

Рис. 37. Эквивалентная схема каскада с емкостной связью

Здесь усилительный каскад заменен эквивалентным генератором с ЭДС е=Кu·uвх и внутренним сопротивлением, равным выходному сопротивлению каскада. Свх и Свых представляют собой емкости конденсаторов связи, а элемент С0 учитывает межэлектродные емкости транзистора и емкость монтажа. В первом приближении емкость С0 может быть определена по формуле

где Кu – коэффициент усиления каскада; Ск – емкость коллекторного перехода транзистора; См – емкость монтажа.

70