Електроніка,ч1

Попереднє завдання до роботи:

1. За характеристиками біполярного транзистора ОЕ (рис.2, б, в) визначити заданий варіантом табл.1 параметр транзистора, вказати розмірність, пояснити фізичний зміст.

2.За стоковою характеристикою польового транзистора (рис.4,в) побудувати передаючу характеристику Iс(UЗВ) при заданій в табл.1 напрузі UСВ. Визначити крутизну S, внутрішній опір Ri при UЗВ=0 і коефіцієнт посилення .

3.Порівняти властивості біполярного та польового транзисторів.

Порядок виконання роботи:

Рис.5

1. Підготувати схему, зображену на рис.5 для дослідження біполярного транзистора VT1: регулятори R1 і R2 встановити в крайні ліві положення, перемикач П2 встановити в стан 4. Після перевірки викладачем підключити схему до джерела напруги.

31

2. Зняти вихідні (колекторні) характеристики транзистора Iк(Uке) при Iб=const. Для цього тумблер керуючої напруги включити в положення «+», регулятором R1 встановити значення Іб згідно табл.2 і, змінюючи регулятором R2 напругу Uке від 0 до 8 ... 10 В, записати значення струму колектора Iк в табл.2.

Перевірити роботу транзистора при Iб=0.

3. Зняти сімейство вхідних характеристик Iб(Uбе) при Uке=0 і при Uке=8...10 В. Для цього регулятором R2 встановити напругу Uке і, підтримуючи її незмінною, змінювати регулятором R1 струм бази згідно табл.3. Значення напруги Uбе записати в табл.3.

Таблиця 3

4.Регулятори R1 і R2 встановити в крайні ліві положення. Перемикач П2.1 встановити в положення 5 для дослідження польового транзистора VT2.

5.Зняти вихідні (стокові) характеристики МДП-транзистора Iс(UСВ) при UЗВ=const. З цією метою регулятором R1 по черзі встановити задані табл.4 значення напруги UЗВ і, підтримуючи UЗВ =const, змінювати регулятором R2 напругу UСВ від 0 до 8 ... 10В. Значення струму стоку записати в табл.4 (щоб уникнути пошкодження транзистора струм стоку не повинен перевищувати 13

мА).

32

6. Зняти передавальні характеристики Iс(UЗВ) при UСВ =const. Для цього регулятором R2 встановити задані табл.5 значення напруги UСВ і, змінюючи UЗВ згідно табл.5, записати значення струму стоку.

7. За результатами п.п.2, 3 та 5, 6 побудувати характеристики. За характеристиками п.п.2, 3 визначити параметр біполярного транзистора, заданий варіантом попереднього завдання. За характеристиками п.п.5, 6 визначити крутизну S, внутрішній опір Ri і коефіцієнт посилення польового транзистора. Порівняти ці значення з отриманими в попередньому завданні.

Зміст звіту:

Мета роботи; розрахунок попереднього завдання до експерименту з накресленими на міліметровому папері графіками характеристик біполярного та польового транзисторів (рис.2, б, в; рис.4, в); порівняльний аналіз біполярного та польового транзисторів; схема експериментальної установки (рис.5); таблиці вимірювань; на графіках рис.2, б, в і рис.4,в задати експериментальні точки;

33

залежність (Iк) при Uке=10 В; розрахунок максимального значення крутизни передавальної характеристики польового транзистора при Uси=10 В.

Контрольні запитання

1.Як утворюється n-p-перехід і які його властивості?

2.Будова біполярного транзистора і принцип його роботи в схемі з загальною базою і з загальним емітером?

3.Як зображують на схемах транзистори n-p-n і p-n-p-типів?

4.Яка полярність напруг між електродами транзисторів n-p-n і p-n-p-типів?

5.Які функції виконує емітер і колектор?

6.Поясніть характер вхідних і вихідних характеристик біполярного транзистора.

7.Чому забороняється відключати вивід бази при наявності напруги на емітері та колекторі?

8.Що являє собою зворотний струм колекторного переходу?

9.Поясніть фізичний зміст h-параметрів транзисторів і як вони визначаються за вхідним і вихідним характеристикам?

10.Чому коефіцієнт посилення по струму не залишається постійним при зміні струму емітера?

11.Які конструкції польових транзисторів з n-p-переходом і з ізольованим затвором?

12.Принцип дії польових транзисторів, їх основні характеристики і параметри.

13.Що таке напруга відсікання польового транзистора, як вона визначається?

14.Що таке струм насичення транзистора і як він визначається?

15.Які переваги польових транзисторів перед біполярними?

34

Лаболаторна робота № 5 ДОСЛІДЖЕННЯ СТАБІЛІЗАТОРІВ ПОСТІЙНОГО

СТРУМУ І НАПРУГИ

Мета роботи: вивчення пристрою, принципу дії і дослідження характеристик компенсаційного стабілізатора постійної напруги і стабілізатора струму.

Теоретичні відомості

Стабілізатором називають пристрій, що автоматично підтримує із заданою точністю напругу або струм в навантаженні при зміні напруги живлення або опору навантаження в обумовлених межах.

Основним параметром стабілізатора напруги є коефіцієнт стабілізації напруги, а стабілізатора струму - коефіцієнт стабілізації струму

де Uвх, Uвих, Iвих - номінальні напруги на вході і виході стабілізатора і номінальний струм навантаження;

Uвх, Uвих, Iвих - зміни напруг на вході і виході стабілізатора і зміна струму навантаження.

Вплив навантаження Rн оцінюється за зовнішніми характеристиками Uвих(Iвих) і Iвих(Rн) або вихідним (внутрішнім) опором стабілізатора

Rвих= Uвых при Uвх=const.

Iвых

Для стабілізатора напруги Rвих Rн, а для стабілізатора струму - Rвих Rн. Застосовують два типи стабілізаторів: параметричні та компенсаційні.

У параметричних стабілізаторах використовуються елементи з нелінійною вольтамперною характеристикою (ВАХ), що забезпечує сталість напруги при значних змінах струму для стабілізаторів напруги і сталість струму при зміні

35

напруги в стабілізаторах струму. Такими елементами можуть бути стабілітрони, бареттери або транзистори.

Компенсаційні стабілізатори напруги мають великі коефіцієнти стабілізації і менший Rвих при більш високому ККД. Структурна схема такого стабілізатора приведена на рис.1. Стабілізатор складається з джерела еталонної напруги 1, вимірювального елемента 2 і регулюючого елемента 3.

На входи вимірювального елемента подаються еталонні напруга U0 і Uвих. Якщо Uвих не дорівнює U0 - з'являється сигнал неузгодженості, який надходить на вхід регулюючого елемента. Під дією цього сигналу падіння напруги на регулюючому елементі змінюється таким чином, щоб Uвих залишалося постійним

Uвих=Uвх- U=const.

В якості джерела еталонної напруги найчастіше використовується стабілітрон, а роль регулюючого елемента виконує транзистор або складовий транзистор. У більшості сучасних стабілізаторів вимірювальний елемент виконується на операційному підсилювачі.

Рис.1. Рис.2.

У роботі пропонується дослідити компенсаційний стабілізатор на транзисторі, схема якого показана на рис.2. Джерело еталонної напруги виконане на стабілітроні VD, режим якого задається резистором R2. Транзистор VT2 виконує роль вимірювального елемента. Зміна Uвих призводить до зміни Iб2 і відповідно до зміни Iк2. Зміна Iк2 викликає відповідну зміну Iб1, так Uвих= Uвх-Uке1 залишається практично незмінним.

36

В даний час широко застосовуються стабілізатори в інтегральному виконанні. Наприклад, мікросхема К142ЕН1 являє собою регульований стабілізатор з вихідною напругою 3-12 В на струм до 150 мА. У схемі передбачений захист від перевантаження і коротких замикань на виході.

У сучасних транзисторів 1, таким чином, виходить пристрій, вихідний струм якого Iвих = Ік Iе, не залежить від Rн, а визначається тільки U0 і R2. Режим стабілізації підтримується до тих пір, поки транзистор VT працює в активному режимі, тобто Uвх U+IвихRн,, де U - напруга насичення транзистора.

Звідси максимальне значення опору навантаження, при якому зберігається робочий режим стабілізатора

Rн max=UвхI U .

вих

Коефіцієнт стабілізації струму

Kст=Iвих/(Uвхh22).

Вихідний опір стабілізатора

Rвих= h22 (rд h11) .

37

Попереднє завдання до роботи:

Для компенсаційного стабілізатора напруги (рис.2) розрахувати Kст і Rвих, якщо R1=6,8 кОм; R3=1,2 кОм; R4=6,8 кОм; для транзистора VT2: h11=1,2 кОм;

диференціальний опір стабілітрона rд=35 Ом. Транзистор VT має наступні параметри: h11=50 Ом; h22=1 мСм; h21=30.

Визначити для стабілізатора струму максимально допустимий опір навантаження Rн max при Uвх и Iвих, заданих в табл.1. Прийняти U=1 В. Використовуючи результати розрахунків з п.3 та п.4, визначити відносну зміну вихідного струму Iвих/Iвих к до при зміни опору навантаження від 0 до Rн max (Iвих.к - струм при Rн=0).

Порядок виконання роботи:

Вхідна напруга Uвх на стабілізатори подається від випрямляча, який досліджувався в лабораторній роботі 3. Uвх вимірюється вольтметром V1.

Підготувати схему однофазного мостового випрямляча з П-подібним фільтром, поставивши в потрібне положення вимикачі В1-В4.

38

Підключити навантаження Rн до вихідних клем стабілізатора напруги і додаткові цифрові прилади для вимірювання струму навантаження Iн і вихідної напруги Uвих.

Включити вимикач стабілізатора напруги і вимикач випрямляча (вимикач стабілізатора струму повинен бути вимкнений). При мінімальному струмі навантаження зняти залежність Uвих (Uвх), змінюючи Uвх від 0 до максимального значення за допомогою регулятора напруги U1. Побудувати графік залежності і визначити по ній Kcт. Порівняти з розрахунковим за п.1 попереднього завдання Kcт.

Встановити максимальну вхідну напругу Uвх. Змінюючи опір навантаження у всьому діапазоні, зняти залежність Uвих(Iн). Побудувати вихідну характеристику стабілізатора і визначити по ній Rвих. Порівняти з результатами розрахунків по п.2 попереднього завдання.

Вимкнути вимикачі випрямляча і стабілізатора напруги. Підключити навантаження до виходу стабілізатора струму.

Включити вимикач стабілізатора струму і вимикач випрямляча. Встановити за допомогою регулятора U1 максимальну вхідну напругу. Змінюючи Rн у всьому діапазоні, зняти залежність Iвих(Uвих). За отриманими результатами розрахувати для кожного вимірювання Rн і побудувати Iвих(Rн). Визначити Rн max стабілізатора. Порівняти з результатами розрахунків попереднього завдання.

Встановити мінімальний опір навантаження Rн (мінімальне Змінюючи Uвх від 0 до максимального значення, зняти залежність Iвих(Uвх). Побудувати графік Iвих(Uвх) і визначити Kcт. Порівняти з результатами розрахунків попереднього завдання.

Зміст звіту:

Мета роботи; повні схеми компенсаційного стабілізатора напруги і стабілізатора струму з позначенням всіх елементів, зазначенням струмів, напруг; результати розрахунку попереднього завдання; результати експерименту у вигляді таблиць і графіків; результати розрахунків Kcт, Rвих за графіками; порівняльний аналіз результатів.

39

Контрольні запитання

1.Яке призначення електронних стабілізаторів?

2.Як влаштований і як працює параметричний стабілізатор напруги і струму?

3.Поясніть призначення елементів схеми компенсаційного стабілізатора напруги?

4.Від яких елементів залежить коефіцієнт стабілізації?

5.Як можна здійснити регулювання Uвих стабілізатора напруги?

6.Поясніть принцип дії стабілізатора струму.

7.Як можна змінити вихідний струм стабілізатора?

8.Чому стабілізатор струму може працювати тільки на навантаження з R

менше Rнmax?

9. Чому стабілізатор струму і стабілізатор напруги мають різні вихідні опору?

Лабораторна робота № 6 ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТО- І

ОПТОЕЛЕКТРОННИХ ПРИСТРОЇВ

Мета роботи: вивчення структури, основних характеристик фотодіода і фоторезистора, принципу функціонування найпростіших пристроїв на оптронах.

Теоретичні відомості

Оптоелектронікою називають науково-технічний напрям, в якому для передачі, обробки та зберігання інформації використовуються електричні та оптичні методи і засоби. У оптоелектроніці світловий промінь виконує ті ж функції управління, перетворення і зв'язку, що і електричний сигнал в електричних ланках.

Пристрої оптоелектроніки мають деякі істотні переваги в порівнянні з чисто електронними пристроями. У них забезпечується повна гальванічна розв'язка між вхідними та вихідними ланками. Відсутній зворотний вплив приймача сигналу на

40