Электроника. Лабораторный практикум. Учебно-методическое пособие

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1.На выходных характеристиках выделите штриховкой области активного режима и режима насыщения, а также покажите область режима отсечки.

2.По входным и выходным характеристикам рассчитайте приближенные значения h-параметров для схемы с общей базой (3.1).

В отчете приведите рассчитанные значения h-параметров и дайте

заключение об их соответствии типовым значениям.

3. Проведите анализ работы усилительного каскада по семейству экспериментальных входных и выходных характеристик транзистора, полученных в разделе 3. Для этого на выходных характеристиках по двум точкам аналогично предварительному заданию постройте нагрузочную прямую:

Iк Eр Uкб , R2

где Eр – из раздела 3, п. 4; R2 Rн – указано на стенде или задаётся

преподавателем.

Задайте экспериментальную рабочую точку как точку пересечения нагрузочной прямой с центральной выходной характеристикой

(Iэ 3 мА), определите ее координаты: Uкбр, Iкр и Iэ р .

Внимание! При правильно проведённом эксперименте нагрузочная прямая должна пройти через экспериментальную рабочую точку или близко к ней.

По графикам ВАХ аналогично предварительному заданию получи-

те Iэ, Iк и Uэ, Uк .

Поформулам(3.2)вычислитеэкспериментальныезначения Kiг, Kuг . 4. Рассчитайте коэффициенты усиления исследуемого каскада

Kuр и Kiр по h-параметрам и сопротивлению нагрузки R2 (3.3).

41

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Цель работы.

2.Схема проведения экспериментов.

3.Графики семейств статических входных и выходных характеристик с отмеченными на них областями активного режима, режима

Таблица 3.7

7. По результатам работы заполните табл. 3.7.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какое устройство называется биполярным транзистором?

2.Какие режимы работы транзистора называются активным, инверсным, насыщения, отсечки?

3.Какие составляющие включают в себя токи коллектора, эмиттера

ибазы; как эти токи связаны между собой?

4.Что характеризуют коэффициенты инжекции (эффективности),

переноса, передачи тока эмиттера, от каких физических величин они зависят?

42

5.Что представляет собой выходная характеристика, проходящая через точку Iкбо ? Где на характеристике находится эта точка?

6.Как выглядит аналитическое выражение для тока коллектора в области активного режима?

7.Изобразите семейства входных и выходных характеристик транзистора в схеме с ОБ.

8.Почему входные ВАХ схемы с ОБ при увеличении напряжения на коллекторе смещаются влево?

9.Почему при неизменном эмиттерном токе коллекторный ток незначительно растёт при увеличении напряжения на коллекторе (выходные ВАХ)?

10.Что представляет собой нагрузочная прямая, как ее построить?

11.Что характеризуют h-параметры, как они определяются по характеристикам?

12.Как по семейству статических характеристик и нагрузочной

прямой определить параметры работы усилительного каскада по постоянному току (Ku и Ki )?

13.Покажите графически разницу между Ki и h21 в схеме с ОБ.

14.Нарисуйте схемы подключения транзистора с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.

Литература: [2, с. 208–235; 4, с. 150–155; 6, с. 140–176].

43

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ТРАНЗИСТОР В СХЕМЕ С ОБЩЕМ ЭМИТТЕРОМ

Цель работы

1.Ознакомиться с реальными характеристиками и параметрами низкочастотного транзистора малой мощности, подключенного по схеме с общим эмиттером.

2.Определить h-параметры.

3.Проанализировать работу транзистора в усилительном каскаде.

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

2. Постройте семейство статических выходных характеристик схемы с общим эмиттером (ОЭ)

Iк f (Uкэ) Iб const .

Исходные данные даны в табл. 4.2.

Таблица 4.2

44

аб

Рис. 4.2. Выходные (а) и входные (б) характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером

Указание. Методика определения Ku и Ki дана в п. 3 предвари-

тельного задания к лабораторной работе № 3.

Вычислите Rн, соответствующее построенной нагрузочной пря-

мой, по формуле Rн (Eк Uкэ р)Iк р .

5. Рассчитайте коэффициенты усиления исследуемого каскада по h-параметрам схемы с ОЭ и сопротивлению нагрузки Rн:

46

6. Результаты выполнения предварительного задания сведите в табл. 4.4, где Kuг,Kiг – коэффициенты, определенные графически в

п. 1.4; Kuр, Kiр – коэффициенты, определенные по расчётам в п. 1.5.

Таблица 4.4

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Экспериментальные исследования транзистора проводятся в блоке «2B», схема которого изображена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Принципиальная схема блока «2В»

Лабораторное задание

1. Ознакомьтесь с малосигнальными и типовыми параметрами транзистора по табл. 3.5 и 3.6 лабораторной работы № 3.

Для заданного преподавателем типа транзистора впишите в отчет:

–h-параметры в схеме с общим эмиттером, режим их испытания;

–обратный ток коллектора Iкэо ;

–напряжение коллектора в режиме насыщения Uкн ;

–максимальную частоту коэффициента передачи тока эмиттера fгр ;

–максимально допустимую мощность на коллекторе Pкmax ;

–максимально допустимое напряжение на коллекторе Uкmax .

47

2. Снимите данные для построения семейства статических входных характеристик схемы с общим эмиттером

Iб f (Uбэ)Uкэ const .

Для этого подключите к схеме один из транзисторов (VT2, VT3) по указанию преподавателя. Отключите сопротивление нагрузки R4 (переключатель S3 в положение «Замкнут»). Проводниками, как показано на рис. 4.1, к клеммам Х11, Х12 подключите микроамперметр с пределом измерения 200 мкА, а к клеммам Х17, Х18 миллиамперметр с пределом измерения 20 мА. Входное и выходное напряжения измеряйте попеременно вольтметром с пределом измерения 2 и 20 В, подключая его соответственно к клеммам Х13, Х14 и Х15, Х16.

Выведите все ручки регулировки источников питания в крайнее левое положение, включите на блоке коммутации электропитание стенда и нажмите кнопку «2В».

Входные характеристики снимаются при трех значениях напряжения на коллекторе Uкэ = 0, 5, 10 В, которое устанавливается источни-

ком V2. В процессе измерений обязательно следите за его постоянством.

Указание. Для получения режима Uк = 0 В заземлите клемму Х15, отключив предварительно миллиамперметр от клемм Х17, Х18 и вольтметр от Х15, Х16.

Внимание! Ток базы (Iб) меняйте от нуля до значения, соответ-

ствующего току коллектора 5 мА, измеряя при этом входное напряжение (Uбэ) на клеммах Х13, Х14. При токе коллектора 5 мА отсчи-

тайте по микроамперметру и запишите в отчет наибольшее значение тока базыIб max .

По полученным экспериментальным данным постройте семейство входных характеристик в координатах: Uбэ (от 0 до 0,7 В для «Si» или

до 0,3 В для «Ge» транзисторов) и Iб (от 0 до Iб max ).

3. Снимите данные для построения семейства статических выходных характеристик схемы с ОЭ

Iк f (Uкэ) Iб const .

48

Напряжение Uкэ изменяйте источником V2 от 0 до 12 В. Его вели-

чину отсчитывайте по вольтметру с пределом измерения 20 В на клеммах Х15, Х16. Семейство Iк f (Uкэ) снимите при пяти фиксиро-

ванных значениях тока базы:

Iб 15Iб max, 52Iб max, 53Iб max, 54Iб max, Iб max ,

где 15Iб max – изменение тока базы, округленное до ближайших целых

значений микроампер.

Постройте выходные ВАХ в координатах Uкэ (от 0 до 12 В) и Iк (от 0 до 5 мА).

4. Измерьте обратный ток коллектор–эмиттер Iкэо . Значение тока Iкэo измеряйте при Iб 0 (обрыв в цепи базы). Для этого разомкните

клеммы Х11, Х12. Миллиамперметр с пределом измерения 200 мкА подключите в цепь коллектора (клеммы Х17, Х18). Источником V2

установите напряжение Uкэ 12 В; отсоедините вольтметр; отсчитайте значение тока Iкэо и занесите его в отчет.

5. Исследуйте работу транзистора в схеме усиления сигнала. Элементарный усилительный каскад получается, если в цепь коллектора включить сопротивление нагрузки. Для этого переключатель S3 установите в положение «Разомкнуто».

Задайте источниками V1, V2 рабочий режим транзистора по постоянному току: Iбр 53Iб max , Uкэр 5 В. Отсчет Iбр произведите по миллиамперметру, подключенному к клеммам Х11, Х12, а отсчет Uкэр

по вольтметру, подключенному к клеммам Х15, Х16. Кроме того, измерьте на клеммах Х19, Х20 рабочее напряжение питания усилителя

Eр , а на клеммах Х17, Х18 рабочий тока коллектора Iкр . Запишите в

отчет значения Iб р, Uбэ р, Iк р, Uкэ р, Eр .

Получите данные для расчета инструментальных коэффициентов усиления по току и напряжению Kiи, Kuи . Для этого увеличьте и

49

уменьшите рабочий ток базы на величину 15Iб max, и по соответству-

ющим приборам отсчитайте сначала Uкэ1, Iк1 и Uбэ1, Iб1, затем

Uкэ2, Iк2 и Uбэ2, Iб2 .

Указание. Если Uкэ окажется в области, близкой к насыщению, т. е. |Uкэ1 |< 1В, то следует увеличить рабочее напряжение коллекто-

ра Uкэр и повторить все измерения.

Рассчитайте и запишите в отчёт значения инструментальных коэффициентов усиления:

3.ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

1.На выходных характеристиках покажите области активного режима, режима насыщения и отсечки. Для этого две последние области выделите штриховкой.

2.Определите значения h-параметров для схемы с общим эмитте-

ром, характеризующие свойства транзистора на переменном токе в режиме малого сигнала низкой частоты.

В отчете приведите рассчитанные значения h-параметров и дайте заключение об их соответствии типовым (справочным) значениям.

3. Проведите анализ работы усилительного каскада по семейству экспериментальноснятых входныхивыходныххарактеристиктранзистора.

Для этого на выходных характеристиках через рабочую точку (Iбр,Uкэр ) и точку Eр на оси напряжений проведите нагрузочную

прямую (см. рис. 4.2)

Iк Eр Uкэ ,

R4

которая должна пересечь ось тока в точке Iк р (или близко к ней). Сопротивление нагрузки R4 указано на стенде. Значения Iбр,Uкэр, Iк р, Eр возьмите в разделе 2, п. 5.

50