лабы / LR1_Skhemach

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности

Отделение электронной инженерии 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника»

  ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1

«ИССЛЕДОВАНИЕ КЛЮЧЕВОГО РЕЖИМА РАБОТЫ

БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ»

по дисциплине: «Схемотехника АЭУ»

Выполнил: Дугданов Г.Ж.

Студент группы 1А45

Проверил: Спирин Д.А.

Ассистент (ОЭИ, ИШНКБ)

Томск 2026

Цель работы:

Целью лабораторной работы является экспериментальное исследование электронных ключей, выполненных на биполярном транзисторе. В работе измеряются импульсные параметры транзистора, определяющие скорость переключения каскада, исследуется влияние входного сигнала и режима работы транзистора на переходные процессы в схеме, рассматриваются методы повышения быстродействия ключа. Предварительный расчет:

S₁=2; S₂=3; S₃=10

Из ряда Е24 – 6,2 кОм

Среднее значение транзистора = 20

Из ряда Е24 – 51 кОм

Из ряда Е24 – 33 кОм

Из ряда Е24 – 10 кОм

Ход работы:

1. Установив на монтажной плате модуль задающего генератора, подключить питание согласно рисунку 1 и с помощью осциллографа убедиться в работоспособности схемы. Собрать на макете схему ключевого каскада

Рисунок 1 – Схема ключевого каскада

2. Зарисовать и сфазировать осциллограммы, фиксируя параметры импульсов:

а) выходного напряжения задающего генератора;

б) напряжения на эмиттерном переходе u_б транзистора;

в) напряжение на коллекторе u_к транзистора;

г) базового тока i_б транзистора;

д) коллекторного тока i_к транзистора.

3. Ввести в базовую цепь транзистора переменный резистор R_~. Меняя сопротивление R_~, установить базовый ток, обеспечивающий работу транзистора на границе насыщения. Измерить активную длительность фронта коллекторного напряжения, получающуюся при этом, и рассчитать постоянную времени транзистора в активном режиме τ_β.

4. Определить коэффициент усиления β транзистора на линии критического режима (на границе насыщения).

5. Используя найденное значение β, рассчитать необходимые значения ограничивающего сопротивления в базовой цепи для обеспечения степеней насыщения транзистора S=2; 4; 6; 8; 10.

Пункт – 5

Соответствует справочной величине (10-30)

Выданные резисторы:

Пункт – 6

7. Определить постоянную времени транзистора τ_н в режиме насыщения. Рассчитать теоретические значения времени включения, спада и рассасывания для всех исследованных режимов по п. 6. Построить на одном графике теоретические и экспериментальные зависимости времени включения ключа, рассасывания избыточных зарядов и спада выходного импульса от степени насыщения. Проанализировать полученные результаты.

Рисунок 4 – Теоретические и экспериментальные зависимости времени фронта, рассасывания избыточных зарядов и спада от степени насыщения

При увеличении тока базы увеличивается степень насыщения транзистора. Время фронта уменьшается так как ток в базы становится больше, ускоряя накопление избыточных зарядов в базе. Время рассасывания избыточных зарядов увеличивается, так как с увеличением тока в базе их становится больше, и требуется большее время для снижения заряда до граничного значения. Время спада не изменялось. Активный спад времени фронта и рост времени рассасывания наблюдается на интервале от 2 до 6 значения степени насыщения. После значения степени насыщения 6 напряжение насыщения коллектора не изменяется.

8. Собрать на макете схему ключа с форсирующим конденсатором, рассчитав предварительно значения емкости С_ф и сопротивлений R₁ и R₂, обеспечивающих S_вкл = 10 при включении и S_уст = 2 в установившемся режиме. Повторить пункт 4. программы для этой схемы.

Рисунок 3 – Схема электронного ключа с форсирующим конденсатором

- 6,2 нФ

Вывод

В ходе выполнения работы был собран транзисторный ключ и проведено ознакомление с его работой. Получены сфазированные диаграммы напряжений и токов. С помощью переменного резистора установлен ток базы, обеспечивающий работу транзистора на границе насыщения. Для данного режима вычислена постоянная времени транзистора, которая хорошо согласуется с расчётным значением. Определён коэффициент усиления, соответствующий справочным данным (10–30). При варьировании сопротивлений резисторов (и, соответственно, тока базы) зафиксировано снижение времени включения и рост времени рассасывания избыточных зарядов; ток спада при этом оставался неизменным, а быстродействие транзистора не менялось.

Для повышения быстродействия применена схема с форсирующим конденсатором. Это обусловлено тем, что в течение первой полуволны ток базы ограничивается только первым резистором, поскольку второй резистор зашунтирован форсирующим конденсатором. В результате возрастает степень насыщения транзистора и уменьшается время фронта, появляется пик тока. После смены полярности процесс выключения также ускоряется: напряжение на конденсаторе складывается с входным напряжением, что формирует второй пик — уже отрицательный. Это дополнительно увеличивает степень насыщения транзистора и сокращает время рассасывания.