Лабораторныные работы id326771771 / ЛР4 Электроника 1.1

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

«Исследование режимов работы биполярного транзистора»

Лабораторная работа №4

по дисциплине:

Электроника 1.1

Выполнил: :
студент гр. 5А03			Шкарпетин А.С.		25.11.2022
Проверил:
доцент ОЭЭ ИШЭ			Воронина Н.А.

Томск – 2022

Цель работы:

Экспериментально установить различные классы усиления биполярного транзистора. Определить оптимальную точку покоя и максимальную амплитуду неискажённого выходного сигнала, а также минимальную амплитуду входного напряжения, при которой транзистор переходит в режим насыщения.

Оборудование:

Источник питания, источник сигнала, осциллограф, выпрямительный диод, биполярный транзистор, потенциометр, резистор, конденсатор, мультиметр.

Исследуемые схемы:

Схема включения и характеристики транзистора по схеме с общим эмиттером, классы работы биполярного транзистора, принципиальная схема и монтажная схема представлены на рисунках 1-4.

Рис. 1 Схема включения (а) и характеристики (б) транзистора по схеме с общим эмиттером

Рис. 2 Классы работы биполярного транзистора

Рис. 3 Принципиальная схема

Рис. 4 Монтажная схема

Результаты исследований:

В таблице 1 представлены экспериментальные и расчетные данные для следующих режимов: класса A, B, D:

Таблица 1

Класс
A	0,25	23,1	4	0,4	5	12,5
B	0,1	7	4	0,45	3	6,6
D(~U)	0,23	15,8	4	1,75	7	4

Осциллограммы:

На рисунке 5 представлена осциллограмма входного и выходного напряжений класса A, по которой определяем:

Рис. 5 Осциллограмма усилителя класса А

На рисунке 6 представлена осциллограмма входного и выходного напряжений класса B, по которой определяем:

Рис. 6 Осциллограмма усилителя класса В

На рисунке 7 представлена осциллограмма входного и выходного напряжений класса D, по которой можно определяем:

Рис. 7 Осциллограмма усилителя класса D

На рисунке 8 представлена осциллограмма усилителя класса D с входным сигналом прямоугольной формы в режиме насыщения, где минимальная амплитуда входного прямоугольного сигнала, при которой транзистор надёжно переходит в режим насыщения, равна:

Рис.8 Осциллограмма усилителя класса D в режиме насыщения

Расчёт:

Для класса А:

Для класса B:

Для класса D ( ̴ U):

Вывод:

В ходе лабораторной работе были экспериментально изучены режимы работы биполярного транзистора: режимы класса А, В, D. По осциллограммам были найдены максимальные входные и выходные напряжения для каждого режима и по этим значениям найдены коэффициенты усиления. Также определили минимальную амплитуду входного прямоугольного сигнала, при которой транзистор надёжно переходит в режим насыщения.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Какими достоинствами и недостатками обладает биполярный транзистор?

Главное преимущество биполярных транзисторов — это высокое быстродействие при достаточно больших токах коллектора. Но при этом их основной недостаток заключается в том, что относительно небольшие сопротивление входной цепи биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

2. Какое включение биполярного транзистора называют инверсным?

Инверсным называется такой режим работы транзистора, при котором коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном.

3. Почему при включении транзистора ток коллектора начинает протекать с временной задержкой после начала протекания тока базы?

Временная задержка протекания тока в коллекторной цепи обусловлена тем, что инжектируемым в базу носителям для прохождения расстояния, равного ширине базовой области требуется некоторое время.

4. Чем определяется время выключения транзистора?

Время выключения транзистора определяется величинами эмиттерных и коллекторных емкостей нагрузочных каскадов.

5. От чего зависят динамические потери транзистора?

Динамические потери или потери на переключении, зависят от длительности переходных процессов, амплитуды переключаемых токов и напряжения, а также от характера нагрузки.

6. Что такое область активного усиления транзистора?

Активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления (это тот диапазон токов и напряжений, полярность которых соответствует структуре транзистора, а по абсолютным значениям такой, что токи и напряжения не выходят за область допустимых значений токов и напряжений для конкретной марки, а также, ток коллектора пропорционален току базы).

7. Как транзистор работает в режиме насыщения?

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками и . В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся инжекция через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера и коллектора.

8. Что такое режим отсечки для транзистора?

В режиме отсечки эмиттерный и коллекторный p-n переходы смещены в обратном направлении. Через оба перехода протекает очень малые обратные токи эмиттера и коллектора.

9. Как выбирается точка покоя в классах усиления А, АВ, В и D?

В классе А точка покоя выбирается в примерно в середине активной зоны от до , в которой характеристики транзистора близки к линейным.

В классе АВ точка покоя смещена в сторону зоны отсечки, поэтому часть синусоидального сигнала (меньше полупериода) при усилении «обрезается».

В классе В усиливается точно половина синусоидального сигнала. Для этого точка покоя должна выбираться на границе зоны отсечки. В действительности её выбирают несколько выше, чтобы избежать искажений, вызванных существенной нелинейностью начального участка входной характеристики транзистора.

В классе D транзистор работает в ключевом режиме. Для этого точка покоя выбирается также как и в классе В на границе зоны отсечки, но на вход подаётся большой сигнал, чтобы транзистор быстро переходил в режим насыщения.

10. Перечислите достоинства и недостатки различных классов усиления.

В классе А:

- достоинство: при подаче на базу переменного сигнала (в нашем случае синусоидального) в токе базы появляется переменная составляющая, что вызывает соответствующие изменения тока и напряжения . Если входной сигнал не превышает допустимую величину, то происходит пропорциональное усиление всего сигнала.

- недостатки: при превышении допустимого в уровнях наступает ограничение выходного сигнала на уровнях до по току и на уровнях и по напряжению. Точка покоя смещена в сторону зоны отсечки, поэтому часть синусоидального сигнала (меньше полупериода) при усилении «обрезается»

В классе В:

- достоинство: усиливается половина синусоидального сигнала.

- недостаток: точка покоя должна выбираться на границе зоны отсечки.

В классе D:

- достоинства: на вход подаётся большой сигнал, чтобы транзистор быстро переходил в режим насыщения. Ещё лучше в этом режиме на вход подавать сигнал прямоугольной формы. Тогда отпадает необходимость в его большой амплитуде.

- недостаток: точка покоя выбирается так же, как и в классе В на границе зоны отсечки.