Лабораторные работы_рус РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

+Um

∆Um

3

-Um

4

1 - входной сигнал, 2 - выходной сигнал, 3- первая составляющая экспонента, 4-вторая составляющая экспонента

Рис.6 Форма сигнала в переходной цепи

Относительный спад вершины, как видно из рисунка 6, зависит от длительности импульса. Можно показать, что

Для переходной цепи δ должно стремиться к нулю. Следовательно, постоянная времени её должна быть много больше длительности прямоугольного импульса:

Если же постоянная времени рассматриваемой RC-цепи будет меньше длительности импульса, т.е. τ= RC< tu, то δ=100%. Это означает, что в течение длительности импульса конденсатор успевает полностью зарядиться, и переходной

11

процесс за tu закончится. Форма выходного импульса UR в этом случае показана на рис.7.

В импульсной технике для формирования коротких импульсов применяются такие RC-цепи, называемые дифференцирующими.

Дифференцирующими называют такие цепи, на выходе которых появляется импульс определенной амплитуды только в том случае, когда на входе цепи напряжение меняется с определенной скоростью, т.е.

Uвх

t

Uс

t

UR

t

Рис.7 Форма импульса на элементах дифференцирующей цепи

Из рис.7 видно, что на активном сопротивлении R короткие импульсы появляются именно в тот момент, когда на входе возникают изменения напряжения. На выходе цепи полярность импульсов соответствует характеру изменения: положительная - увеличению напряжения, отрицательная – уменьшению напряжения на входе. Длительность импульсов на выходе цепи равна длительности переходного процесса. Так как практически переходной процесс заканчивается через 3 , то можно считать, что на выходе такой цепи tu вых≈3 RC. Таким образом, RC – цепь с активным выходом может служить дифференцирующей цепью, если выполнены неравенства:

12

где Rг – внутреннее сопротивление генератора, Rн –сопротивление нагрузки.

2.3. Интегрирующая RС-цепь

Для формирования длинных импульсов в импульсной технике применяют удлиняющую – интегрирующую цепь. В качестве такой цепи можно применить RС – цепь, но с реактивным выходом (рис.8).

R

увеличивается, если постоянная времени цепи больше длительности воздействующих на цепь сигналов: τн= RC tu (рис.9). Однако, в этом случае, амплитуда выходного импульса падает. Величина амплитуды выходного сигнала зависит от соотношения tu и τн интегрирующей цепи. Действительно, можно показать, что операторный коэффициент передачи такой

13

что видно из рис.9.

Uвх

t

UR

t

Uc

t

Рис.9. Форма импульса на элементах интегрирующей цепи

Чем больше неравенство τн tu, тем меньше амплитуда выходного импульса. Зависимость амплитуды выходного

Время нарастания (фронт) выходного импульса, снятого с емкости, будет равно длительности входного импульса tu, а его длительность складывается из длительности входного импульса и длительности переходного процесса, практически равно 3 н,

tu вых≈ tu вх +3 н.

В случае, если н>>tu, то tu вых≈3 н.

Таким образом, для интегрирующей цепи должны быть выполнены неравенства:

14

3.2.Исследование делителя напряжения

3.2.1.Для заданного преподавателем коэффициента деления

рассчитать R1 и R2 с учетом неравенств (4) и (5), для выполнения которых необходимо знать значения внутреннего сопротивления генератора Rг и входного сопротивления осциллографа Rн, которые можно найти в описаниях приборов. (Тип генератора задается преподавателем заранее).

3.2.2.Собрать рассчитанный делитель на монтажной плате.

3.2.3.Подать синусоидальный сигнал на вход делителя, пронаблюдать его на выходе. С помощью осциллографа измерить коэффициент передачи по напряжению (или коэффициент деления).

3.2.4.Подать на вход делителя прямоугольный сигнал с генератора Г5-15. пронаблюдать и зарисовать с помощью осциллографа форму импульса на выходе делителя. Измерить длительность, время нарастания, амплитуду, измерить коэффициент передачи.

3.3.Исследование RC –цепи с активным выходом

3.3.1Для заданной преподавателем частоты синусоидального сигнала (от 1 кГЦ до 10 кГц) рассчитать параметры переходной цепи с учетом неравенств (10) и (11).

3.3.2Спаять цепь на монтажной плате.

3.3.3Подать на вход переходной цепи синусоидальный сигнал с заданной частотой f0. Измерить коэффициент передачи

по напряжению Кu0.

3.3.4Подать синусоидальный сигнал с частотой f1 >>f0 и f2 <<f0, измерить коэффициенты Кu1 и Кu2 и сравнить с Кu0. Объяснить результат сравнения.

3.3.5Подать на вход цепи прямоугольные импульсы с генератора Г5-6А или Г5-7А разной длительности (от единиц до сотен мкс). Пронаблюдать и зарисовать (строго в одном масштабе амплитуды и времени) форму импульсов и выходе цепи. Для всех случаев объяснить разницу с точки зрения переходных процессов в цепи.

16

3.3.6 Для всех случаев пункта 3.3.5. измерить длительность переходных процессов.

3.4. Исследование RC –цепи с реактивным выходом (интегрирующая цепь)

3.4.1. Для заданной длительности импульса tu ~ (1 : 10)мкс рассчитать параметры интегрирующей цепи с учетом

неравенств: С> Свх осц., R>> Rг, τн≈ (2 : 4) tu, где Свx. осц – емкость входной цепи осциллографа.

3.4.2.Спаять интегрирующую цепь на монтажной плате.

3.4.3.Подать с генератора Г5-15 прямоугольный импульс

заданной длительности tu. Пронаблюдать и зарисовать форму сигнала на выходе и на входе интегрирующей цепи. Измерить их длительность, амплитуду и фронт нарастания. Измерить коэффициент передачи по напряжению.

3.4.4.Рассчитать коэффициент передачи цепи для сигнала длительностью tu. Сравнить с экспериментальным значением.

3.4.5.Измерить длительность переходного процесса в цепи и сравнить с расчетным .

4.Отчет

Отчет должен содержать:

4.1.Все пункты задания и схемы подключения к приборам исследуемых цепей.

4.2.Расчет исследуемых цепей.

4.3.Эпюры напряжений на входе и выходе цепей и измеренные параметры сигналов.

4.4.Сравнение экспериментальных и расчетных данных.

5.Контрольные вопросы

5.1.Какие условия должны быть выполнены, чтобы четырехполюсник нужным образом передавал напряжение?

5.2.Понятие переходного процесса. Отчего зависит длительность переходного процесса?

17

5.3.Какие условия должны быть выполнены, чтобы получить истинный делитель напряжения? Как изменится выражение для коэффициента деления, если эти условия не выполнить?

5.4.Какие искажения прямоугольного сигнала возникают в реальном делителе? Чем определяется длительность переходного процесса в реальном делителе?

5.5.Каково значение переходной цепи? Каким условиям должны отвечать параметры этой цепи?

5.6.На каких частотах коэффициент передачи по напряжению переходной цепи становится меньше единицы?

5.7.В чем заключаются искажения прямоугольного сигнала при прохождении его через переходную цепь?

5.8.Что такое дифференцирующая цепь? Какова форма импульса на выходе дифференцирующей цепи, если на входе ее действует прямоугольный сигнал?

5.9.Чем определяется амплитуда и длительность импульсов на выходе дифференцирующей цепи?

5.10.Что такое интегрирующая цепь? Какова форма импульса на выходе интегрирующей цепи, если на ее входе действует прямоугольный импульс?

5.11.Чем определяется амплитуда и длительность импульсов на выходе интегрирующей цепи?

6.Литература

6.1.Манаев В.И. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь,

1990. -512 с.

6.2.Основы радиоэлектроники/ Под ред.- Г.Д.Петрухина,

МАИ.- М., 1993.- 416 с.

6.3.Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Лаборатория базовых знаний.- М., 2000.- 488 с.

6.4.Каяцкас А.А.Основы радиоэлектроники. М.: Высшая школа, 1988.- 464 с.

6.5.Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы, Лайт ЛТД. М., 2000.- 415 с.

6.6.Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники. М.: Высшая школа, 2000.- 399 с.

18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

1. Цель работы

Изучение работы биполярного транзистора в схемах включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

2. Теоретические сведения

Биполярным транзистором называют трёхслойную полупроводниковую структуру с чередующимися типом проводимости областей, созданную в едином кристалле и образующую два встречно включённых взаимодействующих р – n переходов (рис.1). Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они расположены достаточно близко друг от друга – на расстоянии, меньшем диффузионной длины носителей зарядов. Транзистор – электропреобразовательный полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены явлениями переноса зарядов в твёрдом теле (явления инжекции и экстракции неосновных носителей) усиления, генерирования и преобразования сигналов.

Рис. 1. Структура биполярного транзистора и их условно – графическое изображение (УГО)

19

Термин «транзистор» происходит от комбинации английских слов transfer of resistor, что в переводе означает « преобразователь сопротивления». Термин «биполярный» означает, что в этом транзисторе используются подвижные носители обоих знаков – электроны и дырки (в отличие от полевых транзисторов, в которых используется только один тип носителей). Таким образом, транзистор представляет собой полупроводниковый кристалл, в котором две крайние области с однотипной электропроводностью разделены областью противоположной электропроводности. В зависимости от электропроводности этих трёх областей различают транзисторы n-p-n и p-n-p типов, УГО которых проиллюстрированы на рис.1. Принцип действия обоих типов транзисторов одинаков.

2.1. Структура транзистора

В реальных транзисторах площади p-n переходов существенно различаются. Переход n1+-p имеет гораздо меньшую площадь, чем n2-p. Кроме того, в транзисторах наблюдается и асимметрия в концентрации примесей. Один из

Средний слой транзистора называют базой, крайний сильно легированный слой меньшей площади (n1+) называют эмиттером, а слой с большей площадью, но легированный меньше эмиттера (n2)- коллектором. Нужно сказать, что слой базы легирован ещё меньше, чем слой коллектора. Таким образом, транзистор является асимметричным прибором.

Рабочей (активной) областью транзистора является область, расположенная под донной частью эмиттерного перехода (на рис.1 эта область не заштрихована). Остальные (заштрихованные) участки структуры являются пассивными, т.е. в известной мере паразитными. Пассивные области можно в первом приближении моделировать резисторами, подключёнными к рабочим слоям базы и коллектора (рис.2).

20