Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника. Моделирование вольт-амперных характеристик биполярных транзисторов. Практикум
.pdf
31
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.
МОДЕЛИРОВАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ХАРАКТЕРИОГРАФА
1. Цель работы
Изучить измерение вольт-амперных характеристик транзистора с помо-
щью характериографа.
2. Методические указания
В программе Multisim статические вольт-амперные характеристики мож-
но построить с применением виртуального прибора, который называется характериограф. Он имеется в панели инструментов, расположенных в правой части
окна Multisim (рис. 32).
Рис. 32. Панель приборов. Характериограф
На схеме характериограф обозначается как «XIV», где символ I ― ток,
V ― напряжение (рис. 33).
Рис. 33. Характериограф. Обозначение
Уже из названия прибора и его обозначения следует, что он предназначен
для построения вольт-амперной характеристики радиоэлемента. Элементами,
для которых строятся вольт-амперные характеристики, могут быть диоды, би-
полярные и полевые транзисторы. Лицевая панель характериографа показана на
рис. 34 и раскрывается, если на обозначении прибора щелкнуть два раза левой
кнопкой мышки.
32
а)
б)
Рис. 34. Панель выбора элементов: а ― диод; б ― транзистор
Подключение выводов исследуемых элементов производится к соответ-
ствующим надписанным клеммам характериографа в правом нижнем углу при-
бора (рис. 34, а ― клеммы подключения диода; 34, б ― подключение транзистора).
Входная характеристика транзистора ― это зависимость входного то-
ка транзистора от входного напряжения, т. е. зависимость вида IБ(U
) при
БЭ
UКЭ = const. Как видно, в этом измерении изменяемым параметром является
напряжение между базой и эмиттером, а изменяющимся параметром является
ток базы. Коллекторный вывод в эксперименте не участвует, на нем лишь
должно быть какое-то напряжение. Как правило, оно выбирается либо нулевым,
либо 10 В, либо близким к максимальному. В этой связи к характериографу
должны быть подключены лишь два входных электрода транзистора, а на коллекторный вывод необходимо подать постоянное напряжение. Поэтому переключатель характериографа Выбор компонента устанавливается в режиме
Diode.
33
Выполняя работу, необходимо постоянно следить за тем, чтобы токи,
напряжения и мощность транзистора не выходили за границы максимальных
значений. Поэтому, прежде чем выполнять работу, следует вернуться к лабораторной работе № 1, где они были определены, выписать их и выдерживать в
ходе выполнения работы.
На передней панели характериографа имеется кнопка Моделирование
(рис. 34). Она предназначена для установки пределов изменения входного
напряжения, и при ее активации открывается соответствующее окно (рис. 35).
Рис. 35. Окно моделирования входного напряжения
Начальное значение входного напряжения (Начало) для измерения ВАХ,
как правило, равно нулю.
Максимальное (Окончание) задается таким, чтобы не превысить пре-
дельно допустимые токи и напряжения испытуемого транзистора.
Шаг изменения входного напряжения (Приращение) задается, как и ра-
нее, намного меньше, чем максимальное значение. Чем меньше это значение,
тем более точной и гладкой будет получена входная вольт-амперная характеристика.
После установки параметров изменения входного напряжения и включе-
ния схемы на экране характериографа можно наблюдать входную вольт-
амперную характеристику исследуемого транзистора, примерный вид которой
показан на рис. 36.
34
Рис. 36. Входная ВАХ транзистора
Для анализа различных участков этой характеристики можно использо-
вать кнопки Шкала тока (А) и Шкала напряжения (V). Выставляя определенные диапазоны изменения тока и/или напряжения, можно видеть входную
характеристику транзистора именно в этих границах.
Изменяя положение визирной линии (рис. 37), можно увидеть количественные значения тока и напряжения в любой точке характеристики.
Рис. 37. Количественные оценки входной характеристики транзистора
Выходными характеристиками транзистора для схемы с ОЭ называют
зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером,
снятую при нескольких неизменных значениях тока базы, т. е. зависимость вида IК(UКЭ) при IБ = const. В этом измерении необходимо подключить к характе-
риографу все три электрода транзистора, предварительно установив в окне Вы-
бор компонента транзистор соответствующей структуры (рис. 38).
35
Рис. 38. Окно Выбор компонента
Тогда в нижней части характериографа будут доступны три клеммы, рядом с которыми указаны наименования выводов транзистора (рис. 39).
Рис. 39. Клеммы подключения транзистора
В режиме измерения выходных ВАХ в окне Параметры моделирова-
ния, открывающемся нажатием на кнопку Моделирование, необходимо уста-
новить изменения напряжения между выходными выводами транзистора и изменения тока базы так, чтобы их конечные значения не превышали предельные,
определенные из справочной литературы (рис. 40).
Рис. 40. Окно Параметры моделирования
Начальные значения, как правило, равны нулю. Значение Приращение
источника напряжения рекомендуется, как и ранее, установить намного меньше
диапазона изменения напряжения: чем меньше это значение, тем полученные
характеристики будут более точными и гладкими. Начальный и конечный ток
базы рекомендуется, как и ранее, выставить от нуля до величины, не превыша-
ющей его предельное значение. В окне Приращение тока базы выставляется
количество выходных характеристик, соответствующих фиксированному току
базы. Типовые выходные характеристики транзистора показаны на рис. 41.
36
Рис. 41. Выходные ВАХ транзистора
Так же, как и при анализе входных характеристик, полученных с помощью характериографа, изменяя положение визирной линии, можно считывать
количественные параметры любой из входных характеристик в любой ее точке.
Например, из рис. 41 можно определить, что зеленая характеристика соответствует току базы 2,5 mA и при напряжении между коллектором и эмиттером
2,401 В через транзистор будет протекать ток 265,52 мА.
3. Лабораторная часть
3.1. Измерение входных ВАХ
3.1.1. Собрать в программе Multisim схему измерения входных ВАХ ха-
рактериографом. Особенность схемы с характериографом в том, что не должно
быть заземлений проводников.
3.1.2. Установить коллекторное напряжение питания равным нулю.
3.1.3. С помощью кнопки Моделирование установить пределы измене-
ния входного напряжения транзистора, чтобы оно не выходило за определенные ранее границы. Шаг изменения входного напряжения (Приращение) выставить достаточно малым, например, на порядок меньше диапазона его изменения. Чем меньше будет приращение, тем более точной и гладкой будет ха-
рактеристика.
3.1.4. Включить режим измерения и получить на экране характериографа
входную характеристику. Необходимо обратить внимание на величину макси-
мального тока в окне Шкала тока (А), и если он превышает величину, когда
ток коллектора достигает предельного значения, то следует уменьшить входное
напряжение. Эти параметры были определены в предыдущих работах.
37
3.1.5. Изменяя положение визирной линии, снять по точкам входную ха-
UКЭ, В
0 В
0,9 ∙ U
КЭmax
В
UВХ, В 0 …
UВХ
max
0 … …
UВХ
max
IВХ, А … …
I
ВХ max
… … …
I
ВХ max
рактеристику транзистора. Полученные данные (не менее 15…20) занести в со-
ответствующую часть таблицы:
3.1.6. Установить источник постоянного напряжения между коллектором
и эмиттером, равным 0,9 от максимально возможного значения.
3.1.7. Провести измерение входной характеристики в соответствии с
п 3.1.3‒3.1.5.
3.1.8. С применением используемых ранее графических программ по-
строить измеренные входные характеристики на том же графике, где уже по-
строены входные ВАХ в предыдущих работах. Сравнить их и сделать выводы.
3.1.9. Сохранить экспериментальную схему и полученные результаты.
3.2. Измерение выходных ВАХ
3.2.1. Перевести характериограф в режим измерения параметров транзи-
стора и подключить выводы транзистора к соответствующим клеммам.
3.2.2. В окне Параметры моделирования установить:
1) напряжение источника питания выходной цепи:
– Начало ― равным нулю;
– Окончание ― равным 0,9 от максимального;
– Приращение ― выставить достаточно малым, например, на по-
рядок меньше диапазона его изменения;
2) напряжение источника питания входной цепи:
– Начало ― равным нулю;
– Окончание ― равным величине, при которой ток коллектора до-
стигает максимума;
– Приращение ― выставить таким, чтобы получить такое же ко-
личество выходных характеристик, причем при тех же самых
фиксированных токах базы, что и в ранее проделанных работах.
3.2.3. Включить режим измерения ВАХ и получить на экране характерио-
графа семейство выходных характеристик.
38
3.2.4. Изменяя положение визирной линии, снять по точкам выходные ха-
рактеристики транзистора. Полученные данные (не менее 15…20 по каждой ха-
рактеристике) занести в соответствующую часть предыдущей таблицы.
3.2.5. С применением используемых ранее графических программ по-
строить измеренные выходные характеристики на том же графике, где уже по-
строены выходные ВАХ в предыдущих работах. Сравнить их и сделать выводы.
3.2.6. Сохранить экспериментальную схему и полученные результаты.
4. Контрольные вопросы
1. Изобразите графики входных ВАХ транзистора в схеме с ОЭ. Поясните
характер поведения этих зависимостей.
2. Изобразите графики выходных ВАХ транзистора в схеме с ОЭ. Пояс-
ните характер поведения этих зависимостей.
3. Перечислите основные режимы работы транзистора и укажите соответ-
ствующие им области на выходных характеристиках в схеме с ОЭ.
4. Какие параметры ограничивают области максимальных режимов рабо-
ты транзистора?
39
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.
МОДЕЛИРОВАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПРИБОРОВ LABVIEW
1. Цель работы
Изучить процесс измерения вольт-ампреных характеристик биполярных
транзисторов с применением приборов LabVIEW.
2. Методические рекомендации
В программе Multisim имеется инструментарий графической разработки
LabVIEW. Эти приборы позволяют осуществлять моделирование выходных
вольт-ампреных характеристик транзисторов, оцифровывать их и переносить в
Excel, где можно проводить более детальный количественный анализ.
Приборы LabVIEW на панели инструментов расположены вертикально
в правой части экрана (рис. 42).
Рис. 42. Панель приборов Multisim
Чтобы раскрыть список приборов, необходимо нажать левой кнопкой
мышки на треугольник на ярлыке Приборы LabVIEW (рис. 43).
Рис. 43. Список приборов LabVIEW
40
Для исследования вольт-амперных характеристик транзисторов следует
использовать первый прибор из открывшегося списка ― BJT Analyzer. Следует подвести курсор мышки к этому прибору и нажать левую кнопку (рис. 44).
Рис. 44. Анализатор ВАХ транзистора
При этом откроется условное изображение этого прибора, привязанное к
курсору мышки. Изменяя положение курсора, поместить изображение прибора
на Окно схемы, т. е. на рабочее пространство, где ведется сборка схемы
(рис. 45).
Рис. 45. Анализатор транзисторов BJT Analyzer
Прибор позволяет получить выходные вольтамперные характеристики
биполярных транзисторов. Для исследования характеристик транзистор необходимо подключить к соответствующим клеммам прибора. В качестве примера
на рис. 46 показана схема соединений для исследования выходных вольтамперных характеристик транзистора 2N3020.
Рис. 46. Схема для исследования ВАХ транзистора
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]