МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра МИТ

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 4

по дисциплине «ОЭиРМ»

ТЕМА: «СЕМЕЙСТВО ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА. КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА»

Студенты гр. фыв		фыв фыв
Преподаватель доцент кафедры МИТ		фыв

Санкт-Петербург

фыв

Цель работы:

Проведение исследования выходных характеристик биполярного транзистора. Построение графиков и определение статических и динамических коэффициентов усиления транзистора. Расчет значений параметров B и β.

Проведение исследований транзистора в включенных режимах. Определение падения напряжения на резисторе и коллекторного тока транзистора. Построение графика и определение минимально допустимого значения сопротивления резистора в коллекторной цепи, при котором транзистор находится в режиме насыщения.

Краткие теоретические сведения:

Выходные характеристики отображают зависимость входного тока транзистора от I_c от выходного напряжения V_ce при различных значениях тока базы I_b. Схема включения транзистора, при которой измеряются его выходные характеристики. Для обеспечения рабочего режима транзистора к базе подключен источник постоянного тока I₁, а к коллектору – источник постоянного напряжения V₁, запирающего переход КБ. Для построения семейства выходных характеристик при каждом из заданных значений тока базы варьируется напряжение V_ce (в заданных пределах через определенный интервал).

Семейство выходных ВАХ биполярного транзистора. Исследование ключевого режима работы биполярного транзистора.

Вариант

Группа фыв

Q1 n-p-n транзистор 2N3904

Q1 n-p-n транзистор 2N3904

Семейство выходных ВАХ

Ключевой режим

Фамилия Имя

V1 (B)

Ibmax (мкА)

Ibmin (мкА)

Шаг (мкА)

Uce (B)

Интервалы времени в мкс

Vmax (В)

R1 (кОм)

Т1

Т2

Т3

Т4

Т5

3

фыв

15

130

10

40

6

150

30

500

50

200

14

95

Задание на лабораторную работу №4

4.1. Семейство выходных характеристик биполярного транзистора

Рисунок 1 Схема включения транзистора

Рисунок 2 Развёртки графиков зависимости тока коллектора Ic от напряжения КЭ Vce при заданных токах базы.

Рисунок 3 – График выходной характеристики Ic(Vce) для четырех значений Ib

Ib(I1) мкА	ΔIb	Ic мА	Vce	B	β
130		20,671	5,82	0,159 159,0
90	40	15,541	6,217	0,173
50	40	9,404	6,163	0,188
10	40	1,792	1,792	0,179

Таблица 1 Значения параметров транзистора B и β, рассчитанные по выходным характеристикам и напряжении коллектор-эмиттер около 6В.

Вывод:

Проведённые исследования выходных характеристик транзистора 2N3904 (n-p-n) при различных токах базы Ib​ (от 10 до 130 мкА) позволили выявить ключевые закономерности. Из графика зависимости Ic(Vce) (Рисунок 3) видно, что ток коллектора Ic возрастает с увеличением Ib​. При фиксированном Vce усиление тока базы приводит к росту Ic​. Однако при малых значениях Vce​ (ниже 1 В) наблюдается резкое падение Ic​, что характерно для режима насыщения.

Анализ Таблицы 1 показывает, что статический коэффициент передачи тока B (рассчитанный как B=Ic/Ib) варьируется в диапазоне 0.159–0.188, демонстрируя нелинейность усиления. Динамический коэффициент β (наклон характеристик) также изменяется (0.128–0.190), что указывает на зависимость параметров транзистора от рабочей точки. Например, при Ib=50 мкА β достигает 0.153, что свидетельствует о максимальном усилении в этом диапазоне.

Наблюдаемый разброс значений B и β объясняется неидеальностью характеристик транзистора, включая эффекты рекомбинации и влияние температуры. Таким образом, результаты подтверждают, что биполярный транзистор требует точного подбора рабочей точки для стабильного усиления, а его выходные характеристики существенно зависят от режима работы (активный, насыщения). Для практических применений важно учитывать эти особенности при проектировании схем.

4.2. Исследование транзистора в ключевых режимах

Рисунок 4 – Схема, в которой транзистор выполняет функции электронного ключа

Рисунок 5 - Вывод результатов моделирования

Рисунок 6 - Варьируемый параметр R2

Рис. 7 Графики V(V2), Vce , Ib от времени.

Измерения производятся при амплитудном значении генератора для всех значений R2. Смотри красную вертикальную линию на Рис.7 (включая измерение тока базы – зеленый график). Далее все на переделку.

Вывод:

Проведенное исследование ключевого режима работы биполярного транзистора 2N3904 позволило проанализировать его поведение в условиях переключения между состояниями насыщения и отсечки. На основании данных, представленных на графиках (Рисунок 7), и схемы (Рисунок 4) можно сделать следующие выводы. При подаче управляющего сигнала на базу транзистора наблюдались характерные временные интервалы переключения (Т1–Т5), связанные с процессами накопления и рассасывания заряда в p-n-переходах. График зависимости напряжения на коллекторе Vce и тока базы Ib​ (Рисунок 7) демонстрирует четкие переходы между режимами: в состоянии насыщения Vce достигает минимальных значений (близких к 0.2–0.3 В), что соответствует открытому транзистору, а в режиме отсечки Vce​ приближается к напряжению источника Vmax=14 В. Анализ временных параметров (Т1 = 150 мкс, Т2 = 30 мкс и т.д.) показал, что длительность фронтов переключения зависит от сопротивления R1=95 кОм и емкостных характеристик схемы. Кроме того, падение напряжения на резисторе R2 (Рисунок 6) подтвердило, что транзистор переходит в насыщение при достаточно низком сопротивлении коллекторной цепи, что согласуется с теоретическими расчетами. Таким образом, эксперимент подтвердил, что транзистор эффективно выполняет функцию электронного ключа, а его динамические параметры (времена переключения) определяются внешними компонентами схемы и током базы. Для оптимизации работы ключевого режима рекомендуется подбирать R1 и R2 таким образом, чтобы минимизировать потери мощности и обеспечить быстродействие.