Электроника 1.2 / ЛР_3
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа новых производственных технологий Обеспечивающее подразделение: Отделение материаловедения Направление: 12.03.02 Оптотехника ООП: Оптико-электронные приборы и системы
ОТЧЕТ
ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №3
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ БИПОЛЯРНОГО
ТРАНЗИСТОРА
дисциплина "Электроника 1.2"
Выполнил: |
|
|
студентка группы 4В11 |
_________________ |
А.А. Топоркова |
Проверил: |
|
канд. тех. наук, доцент ОЭИ ИШНКБ _________________ |
В.В. Гребенников |
Томск – 2023
1. Цель работы
получение практических навыков схемного введения биполярного транзистора в заданный режим покоя;
определение основных свойств транзистора в усилительном иключевых режимах работы;
овладение методикой работы в учебной лаборатории в программно-аппаратной среде
NI ELVIS III.
2. Задачи исследования
подготовка к лабораторной работе, т. е. формирование знаний и пониманий процессов, происходящих в исследуемых схемах;
проработка разделов порядка выполнения работы. Поиск ответов по каждому пункту на вопросы: как его реально выполнить? Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?;
освоение методики снятия вольт-амперной характеристики (ВАХ) биполярного транзистора VT1, используя анализатор ВАХ «Current-Voltage Analyzer» в режиме
«Transistor», и сохранение данных для отчета;
приобретение навыков исследования режимов работы транзистора с привлечением регулируемого источника питания (VPS), цифрового мультиметра (DMM),
функционального генератора (FGen) и осциллографа (Oscilloscope);
обработка полученных экспериментальных данных, подготовка отчета.
Ход работы:
4.1. Получение ВАХ транзистора:
Из первой лабораторной работы:
Рисунок 1. Входная ВАХ для биполярного транзистора (VT1) при КЭ = В.
Рисунок 2. Выходные ВАХ для биполярного транзистора (VT1)
4.2. Исследование усилительного режима транзистора:
- Регулирование координат рабочей точки
Схема 1. Эксперимент для измерения координат рабочих точек
транзистора (VT1)
Включаем питание. Убедимся, что напряжение на коллекторе примерно равно 15В.
Построим нагрузочную прямую, для этого найдем точки:
К = 5 + 0КЭ => К = 0 ∙ 5 + 0КЭ − уравнение нагрузочной прямой
0 = 0 => 0КЭ = К = 15В
К 150КЭ = 0 => 0 = 5 = 1200 = 12,5мА
Построим нагрузочную прямую:
Т.к. масштаб выходных ВАХ не позволяет построить нагрузочную прямую, построим продолжение ВАХ и уже затем построим нагрузочную прямую
Рисунок 3. Нагрузочная прямая на выходных ВАХ транзистора
Рисунок 4. Рабочая точка А в окрестностях точек K и F на входной ВАХ транзистора
Найдём параметры координат рабочих точек :
К = КЭ + К 5 +VPS = Б 2 + БЭ
|
КЭ |
|
|
VPS |
|
|
Б |
|
|
|
К |
|
|
БЭ |
|
|
|
2 |
|
|
12,28 |
|
|
11,64∙ 10−5 |
|
10,8∙ 10−3 |
|
|
0,6368 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
5 |
|
|
10,15 |
|
|
9,5 ∙ 10−5 |
|
8,3∙ 10−3 |
|
|
0,6193 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
7 |
|
|
|
8,4 |
|
|
7,789∙ 10−5 |
|
6∙ 10−3 |
|
|
0,6110 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Зададим координату рабочей точки транзистора при = 5В, |
= 8,3 ∙ 10−3А и |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КЭ |
|
|
К |
|
определим в окрестностях этой точки значения h-параметров транзистора: |
||||||||||||||||
|
|
= | |
∆ БЭ |
| = |
БЭК − БЭ |
= |
|
0,668 − 0,64 |
= 186,6 |
|
||||||
|
|
|
|
− |
(250 − 100) 10−6 |
|
||||||||||
11 |
|
|
∆ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Б |
|
БК |
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку нам дана входная характеристики только при значении КЭ = 5В, а не семейство входных ВАХ, найти 12 мы не сможем
|
|
|
∆ |
|
|
|
|
(9,5 − 6,4) 10−3 |
|
|
|
21 = | |
К |
| |
= |
|
= 62 |
||||
|
∆ |
|
(150 − 100) 10−6 |
|||||||
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
∆ |
|
|
|
10,8 ∙ 10−3 − 6 ∙ 10−3 |
|
|||
|
= | |
|
К |
| = |
|
|
|
|
= 96−6 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
22Э |
|
∆ КЭ |
|
|
|
|
7 − 2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Исследование усилительного режима транзисторного каскада
Собираем схему эксперимента (без RL), изображённую на рисунке ниже.
Рисунок 5. Схема усилительного каскада ОЭ на биполярном транзисторе
Установим рабочую точку, инициируя VPS, с координатой КЭ = 5 В, учитывая требуемое значение +VPS. Выбираем из меню функциональный генератор FGen. Устанавливаем частоту гармонического сигнала 1 кГц и 10 мВ (амплитудное значение). Далее при помощи осциллографа определяем значение выходного сигнала при включённом и выключенном сопротивлении RL
Рисунок 6. Значение выходного сигнала без RL составило Uвых = 1,7 В ( КЭ = В)
Рисунок 7. Значение выходного сигнала без RL составило Uвых = 1,3 В ( КЭ = В)
После установки выходного напряжения Fgen с амплитудой 20,30, 40, 50 мВ, … фиксируем уровень входного напряжения, при котором появилась отсечка выходного напряжения.
Определилм максимальное выходное напряжение для исследуемой рабочей точки.
Рисунок 8. Значение выходного сигнала без RL составило Uвых = 4,6 В ( КЭ = В)
Нелинейные искажения выходного напряжения происходят из-за того, что транзистор переходит в режим насыщения.
Рисунок 9. Значение выходного сигнала без RL составило Uвых = 6,1 В ( КЭ = В)
Рисунок 10. Значение выходного сигнала без RL составило Uвых = 1,85 В ( КЭ = В)
Рисунок 10. Значение выходного сигнала без RL составило Uвых = 1,28 В ( КЭ = В)
Заполним таблицу:
|
|
|
|
|
Значение |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
Значение вых макс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 2В |
|
= 5В |
|
= 7В |
||||||||
|
|||||||||||||
|
Э1 |
|
|
|
Э2 |
|
|
|
Э3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
, |
|
|
|
, |
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теоретическое |
1,7 |
|
|
1,59 |
4,43 |
|
|
4,22 |
6,11 |
|
|
5,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Практическое |
1,85 |
|
|
1,53 |
4,5 |
|
|
4,15 |
6,1 |
|
|
5,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.3. Исследование ключевого режима транзистора
- Режим отсечки
Рисунок 11. Схема транзисторного ключа ОЭ для реализации режима глубокой
отсечки
Установим значение управляющего напряжения -VPS равным –5 В, обеспечив режим глубокой отсечки. С помощью вольтметра DMM или осциллографа с открытым входом измеряем напряжение на коллекторе транзистора.
Постепенно уменьшая (по модулю) управляющее напряжение до нуля с помощью VPS и
измеряя коллекторное напряжение, оно сохраняет высокий уровень порядка напряжения источника питания.