ЭиЭ_все лабы / Задания / Laboratornaya_rabota_N_5_2013

2

1.Цель работы

1.Ознакомиться с вольт-амперными характеристиками биполярных транзисторов при различных схемах их включения. Приобрести практические навыки получения характеристик различными способами с помощью программы Electronics Workbench.

2.Приобрести практические навыки по измерению h-параметров транзисторов.

2.Программа работы

2.1.Измерение входных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.

Измерительная установка для снятия характеристик приведена на Рис.

1.

Рис. 1. Схема измерительной установки для снятия ВАХ биполярных транзисторов

Объектом исследований является транзистор n-p-n-типа марки, указанной в табл. 1 в соответствии с номером студента в группе. В этой схеме значения тока базы задаются изменением номинала резистора в цепи базы транзистора и измеряются амперметром, включенным в эту цепь. Ток коллектора измеряется амперметром в цепи коллектора транзистора. Вольтметрами измеряются напряжения Uбэ и Uкэ. Так как амперметры обладают практически нулевыми сопротивлениями, то в этой схеме Uкэ = Ек = 10 В и при наличии тока базы транзистор может находиться только в активном режиме.

Установить Ек = 10 В. Изменяя значения сопротивления базы в соответствии с данными табл. 2, для каждого значения R снять показания измерительных приборов и внести их в эту таблицу. По данным табл. 2

По данным табл. 2 построить графики зависимостей Iб от Uбэ при Uкэ = 10 В и Uкэ = 0 В (входные характеристики транзистора).

Таблица 2 Экспериментальные данные для определения входных характеристик

транзистора

4 2.2. Получение входных ВАХ транзистора с помощью осциллографа.

Измерительная установка показана на Рис. 2.

Рис. 2. Схема измерительной установки для определения входных характеристик биполярных транзисторов осциллографическим методом

Здесь ветвь, содержащая последовательно соединенные вспомогательный источник и полупроводниковый диод, формирует положительные полуволны синусоидального напряжения, которые посредством резистора 1 кОм задают ток базы через испытуемый биполярный транзистор. Объектом исследований является тот же транзистор, что и в п. 2.1. На канал А осциллографа через ИНУТ подается напряжение, пропорциональное току базы, а на канал В посредством ИНУН – напряжение база-эмиттер. В результате, на экране осциллографа отображается входная характеристика испытуемого транзистора.

Примечания.

1.При определении ВАХ осциллографическим методом кнопки осциллографа А/В, DC, Auto должны быть "утоплены".

2.Напряжение, пропорциональное току базы, снимается на канал А с сопротивления 1 Ом. Поэтому токи базы на ВАХ определяются посредством деления напряжений на этом канале на 1 Ом и переводом полученных результатов в единицы тока.

Необходимо записать изображение ВАХ на экране осциллографа и сравнить ее с построенной в п. 2.1 при Uкэ = 10 В. Затем повторить измерения, предварительно установив в схеме Ек = 0 В, т.е. при Uкэ = 0 В.

2.3. Измерение выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.

Схема измерительной установки приведена на Рис. 1.

6

2.5.По входным и выходным ВАХ определить h-параметры испытуемого транзистора в схеме с общим эмиттером (см. раздел 5.2).

2.6.Измерение входных характеристик биполярного транзистора в схеме с общей базой.

Измерительная установка для снятия характеристик приведена на Рис.

4.

Рис. 4. Схема измерительной установки для снятия ВАХ биполярных транзисторов с общей базой

Установить Ек = 10 В. Изменяя значения сопротивления базы в соответствии с данными табл. 4, для каждого значения R снять показания измерительных приборов и внести их в эту таблицу.

Установить Ек = 0 В. Изменяя R в соответствии с табл. 4, снять показания приборов и заполнить таблицу.

По данным табл. 4 построить графики зависимостей Iэ от Uэб при Uкб = 10 В и Uкб = 0 В (входные характеристики транзистора).

Таблица 4 Экспериментальные данные для определения входных характеристик

транзистора

2.7. Измерение выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общей базой.

Схема измерительной установки приведена на рис. 5.

7

Рис. 5. Схема измерительной установки.

Устанавливая значения Ек в соответствии с данными табл. 5, для каждого значения Ек снять показания измерительных приборов и внести их в эту таблицу.

Таблица 5 Экспериментальные данные для определения выходных характеристик

2.8. Измерение ВАХ транзистора с общей базой с помощью осциллографа

Схема для измерения входных характеристик приведена на Рис. 6. Здесь ветвь, содержащая последовательно соединенные вспомогательный источник и полупроводниковый диод, формирует отрицательные полуволны синусоидального напряжения, которые посредством резистора 1 кОм задают ток эмиттера через испытуемый биполярный транзистор. На канал А осциллографа через ИНУТ подается напряжение, пропорциональное току эмиттера, а на канал В посредством ИНУН – напряжение эмиттер-база. В результате, на экране осциллографа отображается входная характеристика испытуемого транзистора.

Примечание.

1.При определении ВАХ осциллографическим методом кнопки осциллографа А/В, DC, Auto должны быть "утоплены".

2.Напряжение, пропорциональное току эмиттера, снимается на канал

Ас сопротивления 1 Ом. Поэтому токи эмиттера на ВАХ определяются посредством деления напряжений на этом канале на 1 Ом и переводом полученных результатов в единицы тока.

Необходимо записать изображение ВАХ на экране осциллографа и

сравнить ее с построенной в п. 2.6 при Uкб = 10 В. Затем повторить измерения, предварительно установив в схеме Ек = 0 В, т.е. при Uкб = 0 В.

8

Рис. 6. Схема измерительной установки для определения входных характеристик биполярных транзисторов осциллографическим методом

Схема для определения выходных характеристик приведена на Рис. 7. Здесь на канал А осциллографа посредством ИНУТ подается

напряжение, пропорциональное току коллектора, а на канал В, непосредственно с коллектора испытуемого транзистора, поступает напряжение Uкб. В результате, на экране осциллографа отображается выходная характеристика транзистора.

Установить в этой схеме Rэ = 500 Ом (Iэ = 24 мА). Зарегистрировать выходную характеристику транзистора, отображенную на экране осциллографа, сравнить ее с построенной в п. 2.3 при Iэ = 24 мА. Повторить измерения при Rэ = 2 кОм (Iэ = 6 мА) и Rэ = 5 кОм (Iэ = 2.4 мА).

Рис. 7. Установка для снятия выходных характеристик с помощью осциллографа.

2.9.Определение динамических параметров биполярного транзистора

всхеме с ОЭ.

9

Схема установки приведена на рис.8.

Рис. 8. Схема для определения параметров транзистора

Постоянный ток базы устанавливается на уровне 50 мкА, постоянное напряжение на коллекторе 10 В. Подать на вход транзистора гармонический ток с малой амплитудой (6 мкА) и частотой 1 кГц. Измерить входное переменное напряжение Uб и выходной переменный ток Iк. При этом переменное напряжение в коллекторной цепи необходимо уменьшить до нуля. Амперметр и вольтметр должны работать в режиме измерения переменного тока. Рассчитать входное сопротивление транзистора по переменному току (Rвх = Uб/Iб) и крутизну транзистора (S = Iк/Uб).

Для измерения выходного сопротивления установить переменный ток базы равным нулю. Установить переменное напряжение на выходе Uк =5 В, измерить переменный Iк. Рассчитать выходное сопротивление транзистора

(Rвых = Uк/Iк).

3.Содержание отчета

3.1.Титульный лист.

3.2.Цель работы.

3.3.Принципиальные схемы устройств, используемых в работе.

3.4.Теоретическая часть. Расчет по формулам, таблицы результатов расчета, графики.

3.5.Экспериментальное исследование. Методика проведения измерений. Таблицы результатов эксперимента, графики.

3.6.Выводы.

4.Контрольные вопросы

1.Нарисуйте семейства входных и выходных ВАХ биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером и с общей базой. Объясните их особенности. Сравните выходные характеристики.

2.Укажите области активного режима, режима отсечки и насыщения на выходных характеристиках.

3.Запишите уравнения транзистора как четырехполюсника через h- параметры. В чем физический смысл h-параметров? Каковы их типичные численные значения?

10

4. Объясните, как определить h-параметры с помощью ВАХ транзистора.

5.Краткие теоретические сведения

5.1.Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов

Статические характеристики – это зависимости между токами и напряжениями в транзисторе, снятые при постоянном токе в отсутствие нагрузки. Они взаимно связывают четыре величины i1, i2, U1, U2 – входные и выходные токи и напряжения. Для описания режима работы транзистора необходимо иметь два семейства характеристик:

входные характеристики i1 = f(U1); выходные характеристики i2 = f(U2).

Для каждой схемы включения транзистора существует свое семейство характеристик. Они приводятся в справочниках. В общем случае они подобны вольт-амперным характеристикам полупроводниковых диодов.

5.1.1. Вольт-амперные характеристики для схемы с общей базой

Входные характеристики – это зависимости тока эмиттера от входного напряжения Uбэ при фиксированном значении Uкб.

Семейство входных характеристик представлено на Рис. 9.

iэ, мА

Uкб=10 В

2

Uкб=0

1

Рис. 9. Входные характеристики транзистора при включении его по схеме с ОБ

При Uкб = 0 характеристика близка к ВАХ диода. При Uкб > 0 характеристика смещается вверх. Но влияние Uкб незначительно, поскольку оно приложено к коллекторному переходу.

Выходные характеристики – семейство зависимостей iк = f(Uкб) при iэ = const. Выходные характеристики приведены на Рис. 10.