Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника. Лабораторный практикум. В 2 частях. Ч.1. Учебное пособие
.pdf
Чем больше напряжение затвор–исток превышает пороговое,
тем большее количество электронов втягивается в канал, увеличивая его проводимость. Если при этом напряжение сток–исток
невелико, то проводимость канала пропорциональна разности
U
– Uзи.
0
Если напряжение сток–исток превышает напряжение насыщения U
нас
= U
– U0, то транзистор переходит в режим насыщения
зи
и рост тока прекращается. Объясняется это тем, что напряжение
между затвором и поверхностью канала уменьшается в направлении
стока. Вблизи истока оно равно U
ности U
– Uси. Поэтому при увеличении напряжения Uси сечение
зи
, а в окрестности стока – раз-
зи
канала уменьшается по направлению к стоку, а его сопротивление
увеличивается. При значениях U
, превышающих напряжение
си
насыщения, канал перекрывается и ток стока остается практически
неизменным. Очевидно, что каждому значению U
> U0 соответ-
зи
ствует свое значение напряжения насыщения.
3.3.2. Характеристики МОП-транзисторов
Семейство выходных характеристик транзистора с индуцированным каналом показано на рис. 14. На выходных характеристиках можно выделить линейную (триодную) область, области
насыщения и отсечки. Граница между линейной областью и областью насыщения показана на рис. 14 пунктиром.
В режиме отсечки U
< U0, Iс = 0 А. Область отсечки распо-
зи
ложена ниже ветви выходной характеристики, соответствующей
напряжению U
В линейном (триодном) режиме U
зи
= U0.
> U0, а значение напряжения
зи
сток–исток не превышает значения напряжения насыщения:
U
си
< U
= Uзи – U0. (14)
нас
Выходная характеристика на участке, соответствующем линейному режиму, аппроксимируется выражением
I
= b[(Uзи – U0)Uси – 0,5 U
с
2
], (15)
си
где b – удельная крутизна МОП-транзистора:
31
L
1
7
6
5
Линейная
область
4
, А
с
I
3
2
1
0
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Рис. 14. Выходные (стоковые) характеристики МОП-транзистора
Область насыщения
, В
U
си
W
= µ
bC
,
(16)
0
Uзи = 3,5 В
Uзи = 4,0 В
Uзи = 4,5 В
Uзи = 5,0 В
где µ – приповерхностная подвижность носителей заряда; C
ная емкость затвор–канал; L – длина канала; W – ширина канала.
Если напряжение сток–исток мало, как часто бывает в импульсных и ключевых схемах, то квадратичным слагаемым в (10) можно
пренебречь, в этом случае получаем линейную зависимость
I
Величину b(U
– U0) называют проводимостью канала, а обрат-
зи
= b(Uзи – U0)Uси. (17)
с
ную величину – сопротивлением канала:
=
си
bU U
( )
зи
.R
(18)
−
0
Таким образом, при малых напряжениях сток–исток МОП-транзистор эквивалентен линейному резистору, сопротивление которого
регулируется напряжением затвора. Сопротивление эквивалентного
32
– удель-
0
резистора может изменяться от десятков Ом до десятков МОм. Если
U
< U0, то сопротивление бесконечно. С увеличением Uзи сопро-
зи
тивление уменьшается.
Режим насыщения МОП-транзистора с индуцированным кана-
лом возникает, когда U
> U0, а напряжение сток–исток превышает
зи
напряжение насыщения:
U
си
> U
= Uзи – U0. (19)
нас
В области насыщения ветви выходной характеристики расположены почти горизонтально, т. е. ток стока практически не зависит
от напряжения U
. Таким образом, в режиме насыщения канал
си
МОП-транзистора имеет высокое сопротивление, а транзистор эквивалентен источнику тока, управляемому напряжением затвор–исток.
Область насыщения является рабочей, если транзистор используется для усиления сигналов. Области отсечки и линейную применяют, когда транзистор работает в режиме ключа.
Передаточная (сток-затворная) характеристика МОП-транзистора с индуцированным каналом показана на рис. 15. При нулевом
7
Vcи = 1,0 В
Vcи = 1,2 В
6
Vcи = 1,5 В
Vcи = 2,0 В
Vcи = 5,0 В
5
4
, А
с
I
3
2
1
0
3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5
Рис. 15. Передаточная (сток-затворная) характеристика МОП-транзистора
Uзи, В
33
напряжении на затворе ток стока равен нулю. Заметный ток появляет-
1
2
0
1
2
ся тогда, когда напряжение затвора превысит пороговое значение U
Передаточная характеристика МОП-транзистора для области
насыщения аппроксимируется выражением
.
0
= −
I bU U
( )
с зи
2
.
(20)
0
Номинальным током МОП-транзистора считается ток при на-
пряжении U
= 2U0:
зи
=
I bU
с ном
2
.
(21)
3.3.3. Методические указания по выполнению лабораторной работы.
Исследование статических характеристик МОП-транзистора
Экспериментальное исследование статических характеристик
МОП-транзистора осуществляется в соответствии со схемой, представленной на рис. 16.
Установите мини-модуль с одним из полевых транзисторов VT5…VT8. Установите потенциометр RP1 в крайнее левое
A2
VT1
RP1
R1
V2
= U
2
Рис. 16. Принципиальная электрическая схема исследования
34
Rш
V1
статических характеристик МОП-транзистора
положение. Включите второй миллиамперметр А2 (модуль «Миллиамперметры») на пределе «×100» (10 мА). Включите мультиметры в режиме измерения постоянного тока («Модуль мультиметров») и осуществите подключение к схеме исследования.
Тумблер SA2 установите в нижнее положение.
Выходные характеристики транзистора I
U
= const снимают для трех значений напряжения Uзи в диапазоне
зи
= f (Uси) при
с
от 3 до 5В. Результаты измерений заносят втабл.4.
Передаточную характеристику полевого транзистора I
при U
пряжение U
= const снимают для трех значений напряжения Uси. На-
си
изменяют в диапазоне от 0 до Uзи
зи
(5–6 значений).
max
= f (Uзи)
с
Результаты измерений заносят в табл. 5.
По выходным и передаточной характеристикам определяют
r
и S.
д
Таблица 4
Выходные характеристики МОП-транзистора
U
№
п/п
1
2
…
n
= … В Uзи = … В Uзи = … В
зи
I
, мА Uси, В Iс, мА Uси, В Iс, мА Uси, В
с
№ п/п
1
2
…
n
Таблица 5
Передаточная характеристика МОП-транзистора
U
= … В U
си
I
, мА Uзи, В Iс, мА Uзи, В Iс, мА Uзи, В
с
=… В U
си
си
=… В
35
Дифференциальное сопротивление rд вычисляют в некоторой
∆
∆
точке на рабочем участке:
U
си
=
r
д
.
(22)
∆
I
с
Крутизна передаточной характеристики линейного участка при
отсутствии нагрузки:
I
с
=
S
.
(23)
∆
U
зи
3.4. Содержание отчета
Отчет выполняется СТРОГО индивидуально и должен содержать
следующие пункты:
1. Название и цель работы.
2. Принципиальные электрические схемы для выполненных
экспериментальных исследований.
3. Результаты экспериментальных исследований: таблицы, экспериментально снятые графики входной, выходной и проходной
характеристик для биполярного транзистора, выходную и сток-затворную характеристики для полевого транзистора.
4. При оформлении отчета определить и рассчитать:
4.1) для биполярного транзистора: β, r
4.2) для МОП-транзистора: r
и S.
д
;
д
5. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
По исследованию биполярного транзистора:
1. Каков принцип действия биполярного транзистора?
2. Какие существуют схемы включения биполярных транзисторов?
3. Какова полярность постоянных напряжений, прикладываемых
ктранзистору типа n–p–n, при различных схемах включения?
4. Как выглядят выходные и входные статические характеристики
всхеме с общим эмиттером?
5. Как определить статический коэффициент передачи транзистора
по току β?
6. Как снять статические выходные характеристики?
36
7. Нарисуйте схему усилительного каскада с общим эмиттером.
8. Каково назначение элементов усилителя?
9. Что такое область активного усиления, насыщения, отсечки?
10. Что такое ключевой режим?
11. Каковы преимущества ключевого режима?
12. Как определить ток коллектора и напряжение на коллекторе тран-
зистора в точках отсечки и насыщения на постоянном токе?
По исследованию полевого транзистора:
1. Каков принцип действия МОП-транзистора?
2. Как выглядят выходные и сток-затворные статические характери-
стики в схеме с общим истоком?
3. Какова полярность постоянных напряжений, прикладываемых к
МОП-транзистору с каналом n-типа, в усилительном каскаде с общим
истоком?
4. Что такое статическая сток-затворная характеристика? Как ее построить?
5. Как определить крутизну сток-затворной характеристики?
6. Как снять статические выходные характеристики?
7. Каково назначение элементов усилителя?
8. Покажите область активного усиления, насыщения, отсечки.
9. Что такое ключевой режим?
10. Каковы преимущества ключевого режима?
11. Как определить ток стока и напряжение на стоке транзистора вточках
отсечки и насыщения на постоянном токе?
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
«ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО И ТРЕХФАЗНОГО
НЕУПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ»
Для питания электронных устройств требуются постоянные
напряжения различного значения. Так как основным источником
электрической энергии является сеть переменного тока частотой
50Гц, для получения постоянного тока широко применяют различные выпрямители.
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для
преобразования электрической энергии переменного тока (переменного напряжения) в электрическую энергию постоянного тока
(постоянного напряжения).
37
Качество постоянного напряжения, поступающего к потребителю, зависит от схемы выпрямления (рис.17) и типа сглаживающего фильтра.
а) б)
VD1
VD3
VD1
U
2
R
н
U
2
VD2
VD4
R
С
н
в)
VD1
U
U
а
U
b
c
GND
VD2
VD3
R
н
GND
г)
VD1
U
U
а
U
b
VD2
c
VD3
VD4
VD5
VD6
R
н
GND
Рис. 17. Принципиальные электрические схемы типовых
неуправляемых выпрямителей: а – однофазный однополупериодный
выпрямитель; б – однофазный двухполупериодный выпрямитель;
в – трехфазный нулевой выпрямитель;
г – трехфазный двухполупериодный выпрямитель
38
Основными элементами выпрямительного устройства являются
электрические вентили. Переменное напряжение сети поступает
либо через трансформатор, либо непосредственно на вентили.
Электрические вентили предназначены для преобразования переменного напряжения в пульсирующее, форма которого зависит от
схемы выпрямления. Для уменьшения пульсаций после вентилей
могут использоваться сглаживающие фильтры, улучшающие форму
напряжения.
4.1. Описание лабораторного модуля
При выполнении работы используются следующие модули:
«Трехфазные выпрямители и диоды», «Мультиметры», а также
двухканальный осциллограф.
Лицевая панель модуля «Трехфазные выпрямители и диоды» представлена на рис.18. На ней приведены мнемосхемы и
установлены регулирующие элементы. На мнемосхеме изображены: трехфазный источник переменного напряжения U
, две
Z1
группы неуправляемых вентилей
на диодах VD1…VD6, переменный нагрузочный резистор R
.
н
Трехфазный источник защищен
по выходу самовосстанавливающимися предохранителями
0,3А накаждую фазу. Это следует учитывать при работе с выпрямителями и при перегрузке
(разрыве цепи питания) и уменьшать величину нагрузки для восстановления работоспособности схемы. Источник выполнен
на основе микроконтроллера,
поэтому при работе с осциллографом не следует выбирать
синхронизацию Line (от сети).
Для снятия осциллограмм токов
Рис. 18. Внешний вид
модуля «Трехфазные
выпрямители и диоды»
39
в схеме применены шунты R
= Rш2 = 1 Ом. Включение схемы
ш1
осуществляется тумблером, расположенным над трехфазным
источником.
Питание модуля осуществляется от источников сетевого пере-
менного ~220 В и постоянного напряжения ±15 В.
4.2. Исследование однофазного двухполупериодного
неуправляемого выпрямителя
Цель работы. Исследование характеристик простейшего не-
управляемого выпрямителя, выполненного по однофазной двухполупериодной (мостовой) схеме при работе на активную нагрузку.
4.2.1. Краткие теоретические сведения
Наибольшее распространение получила мостовая схема выпрямления, исследуемая в данной лабораторной работе (рис. 19),
из которой видно, что выпрямитель содержит четыре вентиля
VD1…VD4, включенных по мостовой схеме. На одну диагональ
моста подается переменное напряжение, а с другой диагонали
моста выпрямленное напряжение подается на нагрузку R
.
н
Каждая пара диодов (VD1, VD4 и VD2, VD3) работает поочередно. Диоды VD1 и VD4 открыты в первый полупериод напряжения
U
, когда потенциал точки А выше
2
потенциала точки В. Винтервале
I
VD1
U
2
VD2
VD3
A
B
VD4
d
от 0 до Т/2 ток протекает от точки
U
d
А через вентиль VD1, резистор R
вентиль VD4, точку В, источник
R
н
U
(обычно вторичная обмотка
2
н
трансформатора, которая на схеме не указана) к точке А. Вовторой полупериод потенциал точки
Рис. 19. Принципиальная
электрическая схема
однофазного мостового
выпрямителя
В выше, чем потенциал точки А.
Ток протекает от точки В через
вентиль VD2, резистор R
тиль VD3, источник U
, вен-
н
к точке В.
2
,
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]