Лаб3 / 3

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедр САПР

отчет

по лабораторной работе №3

по дисциплине «Схемотехника»

Тема: Функциональные узлы на базе транзисторов.

Студенты гр. 0392		Стаськова А.Р.
		Частухин Д.А.
		Иванов С.К.
Преподаватель		Андреев В.С.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы.

Ознакомиться с принципами работы биполярных транзисторов в ключевом режиме на примере схемы симметричного мультивибратора. Исследовать свойства симметричного мультивибратора.

Задачи:

1. Построить компьютерную модель симметричного мультивибратора в среде NI Multisim;

2. Исследовать влияние парематров схемы симметричного мультивибратора на выходной сигнал при помощи виртуального осциллографа;

3. Собрать схему симметричного мультивибратора из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS;

4. Повторить пункт 2, используя учебную станцию NI ELVIS;

5. Сравнить полученные результаты исследований компьютерной модели и макета, сделать выводы по проделанной работе.

Теоретические сведения.

Биполярный транзистор физически основан на соединении двух p-n переходах

Рис 1.1

Однако, нельзя поддаться заблуждению, что транзистор – это два встречно соединенных диода. Дело в том, что центральная перегородка из или полупроводника в случаях и переходов соответственно очень тонкая, что и при приложении напряжения к выходу перегородки электронам (дыркам) «проскакивать» ее, в результате чего транзистор «открывается», идея проиллюстрирована на Рис 1.2

Рис 1.2

1. Эмиттер должен иметь более положительный потенциал, чем коллектор (для -транзистора потенциал коллектора должен быть выше).

2. Цепи база – эмиттер и база – коллектор работают как диоды. Обычно диод база – коллектор открыт, а диод база – эмиттер смещён в обратном направлении, то есть приложенное напряжение препятствует протеканию через него тока.

3. Каждый характеризуется максимальными значениями токов и напряжений. В случае превышения значений транзистор выходит из строя.

4. В случае соблюдений правил 1 – 3 ток протекающий через коллектор  прямо пропорционален току базы  и соблюдается следующее соотношение: . Данное правило определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Из правила 2 следует, что между базой и эмиттером напряжение не должно превышать  (падение напряжения на диоде), иначе возникает очень большой ток.

Одним из практических применений транзистора может быть создание ключа: при достаточном напряжении базы транзистор открыт (ключ открыт), при недостаточном – закрыт (ключ закрыт). Одна из возможных схем включения транзистора для ключевой работы приведена на Рис 1.3.

Рис 1.3

В данной работе исследуется симметричный мультивибратор – двухкаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью»

Рис 1.4

Принцип работы симметричного мультивибратора

1. В первый момент после включения питания оба транзистора начинают открываться.

2. Полностью открыться оба транзистора не успевают – дело в том, что, открываясь, транзисторы мешают друг другу – открытие одного понижает базовое напряжение другого. Равновесие не наступает, в итоге один из транзисторов побеждает и полностью открывается, переходя в режим насыщения, а второй полностью закрывается.

3. Но после открытия одного из транзисторов начинается перезарядка конденсаторов, в результате чего открытый транзистор закрывается, а закрытый открывается, так, как меняются полярности конденсаторов.

4. В результате этих процессов происходит некоторое колебание напряжений, частоту которых определяют по формуле

Экспериментальные результаты и обработка результатов эксперимента.

1. Построили компьютерную модель симметричного мультивибратора в среде NI Multisim

Рис 2.1

2. Исследовали влияние парематров схемы симметричного мультивибратора на выходной сигнал при помощи виртуального осциллографа.

Рис 2.2 Осциллограмма на выходе схемы

Из Рис 2.2 видно, что с генерируются импульсы, похожие на прямоугольные, причем, когда на одном транзисторе ноль, на другом максимум. Это связано со структурой схемы, что можно проиллюстрировать, посмотрев на осциллограмму конденсатора Рис 2.3.

Рис 2.3

Для нашей конфигурации (см параметры схемы на Рис 2.1) частота выходного сигнала получилась Расчетная частота составляет , что совпадает с достаточной степенью точности.

3. Собрали схему симметричного мультивибратора из реальных компонентов на макетной плате учебной станции NI ELVIS и повторили исследования из пункта 2.

Рис 2.4

Рис 2.5 Частота на схеме получилась . Несовпадение со смоделированной схемой объясняется погрешностями номиналов резисторов и конденсаторов.

Вывод.

Ознакомились с принципами работы биполярных транзисторов в ключевом режиме на примере схемы симметричного мультивибратора, исследовать свойства симметричного мультивибратора. Были сняты осциллограммы, наглядно демонстрирующие процессы, протекающие в схеме: выходные импульсы, «симметрия» напряжений на транзисторах, зарядка и разрядка конденсатора, благодаря которой открывается и закрывается соответствующий транзистор. Результаты частоты выходного сигнала модели в NI ELVIS и Multisim совпали с точностью до допустимой погрешности. Тем не менее, важным является то замечание, что при идеальности процессов схема бы не функционировала: оба конденсатора зарядились бы одновременно.