Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

me12 / Lab_rab_12_13 / Lab_3_MKC

.doc
Скачиваний:
11
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
1.57 Mб
Скачать

Лабораторная работа № 3

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: экспериментальное определение параметров транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Время выполнения: 2 часа.

Оборудование: транзистор КТ 315, набор резисторов, резисторы 4.7 кОм и 1 кОм,

потенциометр 3,3 кОм.

1. Общие положения

При анализе транзисторных схем транзистор заменяют эквивалентной схемой, обладающей теми же свойствами, что и транзистор. Существует большое количество различных схем замещения транзисторов. Применение той или иной схемы зависит от режима работы транзистора, частоты сигналов, мощности транзистора и т. д. Схемы замещения транзистора можно разделить на две группы: схемы, базирующиеся на представлении транзистора как линейного четырехполюсника и схемы, составленные на основе анализа уравнений, описывающих физические процессы в транзисторе.

Для анализа транзисторных схем, работающих при малом сигнале и низких частотах удобно использовать эквивалентные схемы, основанные на представлении транзистора как активного линейного четырехполюсника. Достоинством таких схем является их простота и возможность определения параметров элементов схем непосредственно по характеристикам транзистора. На параметры элементов замещения схемы влияют схема включения транзистора, режим работы и температура окружающей среды.

Рассмотрим эквивалентные схемы транзистора на низких частотах, включенного по схеме с общим эмиттером.

В общем случае транзистор можно представить в виде активного нелинейного четырехполюсника (рис.1).

Связь между токами и напряжениями четырехполюсника выражается в виде нелинейных уравнений. В зависимости от того, какие две величины четырехполюсника принять за зависимые, а какие за независимые, можно получить шесть различных нелинейных систем уравнений. Если в качестве зависимых величин выбрать токи базы и коллектора, а независимыми величинами – напряжения база-эмиттер и коллектор-эмиттер, то уравнения можно записать в следующем виде:

(1)

. (2)

Если транзистор работает при малых отклонениях сигнала в рабочей точке, то полные мгновенные значения токов и напряжений можно представить в виде суммы двух составляющих: постоянной – значения тока или напряжения в рабочей точке и переменной – изменения (приращения) тока или напряжения.

Iб = Iб0 + dIб,

Iк = Iк0 + dIк,

Uбэ = Uбэ0 + dUбэ,

Urэ = Urэ0 + dUrэ,

где Iб0, Iк0, Uбэ0, Urэ0, - постоянные значения токов и напряжений в рабочей точке, dIб,

dIк, dUбэ, dUrэ – переменные, малые отклонения токов и напряжений в окрестности рабочей точки. Постоянные значения токов базы и коллектора имеют вид:

Iб0 = f (Uбэ0, Urэ0),

Iк0 = f(Uбэ0, Urэ0).

Разлагая уравнения (1) и (3) в ряд Тейлора в окрестности рабочей точки Iб0, Iк0 и пренебрегая нелинейными членами ряда в виду их малости, получим:

,

.

Найдем переменные составляющие токов в окрестности рабочей точки

,

.

Здесь частные производные, определяемые в рабочей точке, представляют собой y - параметры транзистора. Легко видеть, что y-параметры транзистора имеют вполне определенный физический смысл:

- проводимость база-эмиттер,

- обратная крутизна,

- крутизна,

- проводимость коллектор-эмиттер.

Параметры транзистора – дифференциальные и зависят от выбранной рабочей точки, т.е. от режима работы транзистора по постоянному току. Запишем уравнения транзистора в окончательном виде

,

.

Полученные уравнения обладают следующими особенностями:

  1. система уравнений линейная с постоянными коэффициентами;

  2. уравнения составлены не для полных величин токов и напряжений, а для изменений, приращений, т.е. для переменных составляющих;

  3. уравнения приближенно описывают работу транзистора, т.к. при выводе не учитывались нелинейные члены ряда в разложении функций. Нелинейными членами ряда можно пренебречь только при малых изменениях токов и напряжений в окрестности рабочей точки;

  4. коэффициенты уравнений легко могут быть определены по характеристикам транзистора.

Проведенный вывод уравнений соответствует замене нелинейных характеристик транзистора касательными в рабочей точке и переносе начала координат в рабочую точку. При этом переменными являются не полные значения токов и напряжений, их приращения, изменения (переменные составляющие). Свойства транзистора характеризуются дифференциальными параметрами: крутизной S, сопротивлением база-эмиттер rбэ, сопротивлением коллектор-эмиттер rкэ. Обратная крутизна Sr определяет обратную связь транзистора, ее величина маленькая и часто не учитывается.

Изменение коллекторного тока IK в зависимости от UБЭ характеризуется крутизной - S:

при UКЭ = const.

Крутизну S можно определить из передаточной характеристики транзистора.

На рис.2 показан пример определения крутизны транзистора из передаточной характеристики, полученной с помощью системы моделирования MicroCAP. Крутизна транзистора определена в рабочей точке А, коллекторный ток в которой равен 1 мА. Для определения крутизны берутся малые отклонения в окрестности рабочей точки А Крутизна транзистора находится как отношение приращения тока коллектора к приращению напряжения Uбэ

.

Расчет по приближенным формулам дает близкий результат, полученному при моделировании

.

Зависимость коллекторного тока от напряжения коллектор-эмиттер характеризуется дифференциальным выходным сопротивлением

при UБЭ = const.

Дифференциальное выходное сопротивление можно определить из выходной характеристики транзистора рис.3.

Выходное сопротивление транзистора определена в рабочей точке А, коллекторный ток в которой равен 0,766 мА. Для определения выходного сопротивления берутся малые отклонения в окрестности рабочей точки А Выходное сопротивление транзистора находится как отношение изменения напряжения Uкэ к приращению тока коллектора Iк.

.

Расчетное значение выходного сопротивления в рабочей точке равно

.

Для описания входной цепи транзистора как нагрузки, соединенной с входным источником напряжения, вводят дифференциальное сопротивление

при UКЭ = const.

его можно найти по входной характеристике рис.4.

Входное сопротивление транзистора определена в рабочей точке А, ток базы в которой равен 20 мкА. Для определения входного сопротивления берутся малые отклонения в окрестности рабочей точки А Входное сопротивление транзистора находится как отношение изменения напряжения Uбэ к приращению тока базы Iб.

.

Расчетное значение выходного сопротивления в рабочей точке равно

.

Рассмотренные параметры характеризуют свойства транзистора только при достаточно низких частотах переменных напряжений, поэтому они называются низкочастотными параметрами.

На рис.5. показана эквивалентная схема транзистора, соответствующая y - параметрам. Обратная связь в транзисторе, определяемая обратной крутизной Sr? в этой схеме не учитывается.

Если за независимые величин выбрать напряжение Uбэ и ток коллектора Iк , а независимые величины – ток базы Iб, и напряжение коллектор-эмиттер, то уравнения можно записать в следующем виде:

.

Выполняя аналогичные математические выкладки получим уравнения транзистора в h – параметрах

,

,

где

при Uкэ= const, входное сопротивление;

при Uбэ= const, коэффициент обратной передачи по напряжению транзистора;

при Uкэ= const, коэффициент передачи по току транзистора;

при Uкэ= const, выходная проводимость.

Уравнения транзистора в y и h – параметрах эквивалентны. Одни параметры могут быть выражены через другие:

, ,

, .

Для анализа схем можно использовать любую из рассмотренных систем уравнений.

3.2. Порядок проведения работы

1) Собрать схему, показанную на рис.6.

2) Снять зависимость IК(UКЭ) для базовых токов IБ1 и IБ2.

При определении зависимости IК(UКЭ) для IБ1 установить Rm=100кОм. Измерить UБЭ и определить IБ1 по формуле

, мА (3)

Напряжение коллектора транзистора можно изменять потенциометром RП. Измерить UКЭ и напряжение в точке А компенсационным методом. Ток IК вычисляется по формуле

.

Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таким же образом снять зависимость IК(UКЭ) для IБ2, установив для этого Rm=68 КОм. Результаты измерений занести в таблицу 2.

ЗАМЕЧАНИЕ: Для больших значений UКЭ (>1В) изменять UКЭ через 1В, для малых значений UКЭ (<1В) изменять через 0.3В. Ограничиться значениями

0.3 < UКЭ < 10В.

Таблица 1

Rm = 100 КОм Uбэ = IБ =

Uкэ, В

0,2

0,5

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10

UА, В

U

Iк, мА


Таблица 2

Rm = 68 КОм Uбэ = IБ =

Uкэ, В

0,2

0,5

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10

UА, В

U

Iк, мА


3) Снять зависимость IБ(UБЭ) и IK(UБЭ).

Для снятия характеристики IБ(UБЭ) и IK(UБЭ) убирают потенциометр и с помощью магазина сопротивлений Rm изменяют сопротивление, включённое в цепь базы. Измеряют напряжения UБЭ и UКЭ. Определяют ток IБ по формуле (3), а ток IK по выражению

.

Результаты измерений занести в таблицу 3.

Таблица 3.3

R, КОм

36

51

68

100

200

560

910

UбЭ, В

UКЭ, В

Iб, мА

Iк, мА

4) Построить графики зависимостей IК(UКЭ) для двух токов базы IБ1 и IБ2 в одной системе координат и графики зависимости IБ(UБЭ), IК(UБЭ), По графикам определить S, rбэ, rкэ.

5) Определить значения rбэ, rкэ, и s по известным формулам, сравнить их со значениями, полученными в пункте 4) и сделать выводы.

3.3. Содержание отчёта

1) Краткое описание задачи.

2) Схемы эксперимента.

3) Результаты эксперимента, сведённые в таблицы.

4) Графики экспериментальных кривых.

  1. В системе MicroCAP в режиме DC получить характеристики транзистора, определить по ним параметры транзистора и сравнить результаты моделирования с экспериментальными данными. Параметры транзистора необходимо определять для тех же значений токов бзы и коллектора, что и в случае экспериментальных данных.

6) Результаты расчётов rбэ, rкэ, и s.

7) Выводы.

3.4. Контрольные вопросы

  1. Что такое эквивалентная схема транзистора?

  2. Что влияет на параметры транзистора?

  3. Какие достоинства и недостатки эквивалентных схем основанных на представлении транзистора четырехполюсником?

  4. Нарисуйте эквивалентную схему транзистора в виде четырехполюсника.

  5. Какие величины выбираются зависимыми, а какие независимыми при выводе уравнений транзистора в y и h параметрах?

  6. Перечислите особенности уравнений транзистора в y параметрах.

  7. Напишите уравнения транзистора в y и h параметрах.

  8. Дайте определение y и h параметры.

  9. Какой физический смысл y и h параметров?

  10. Нарисуйте схему замещения транзистора в y параметрах.

  11. Как экспериментально получить зависимость IК(UКЭ)?

  12. Как экспериментально получить характеристику IБ(UБЭ)?

  13. В каких пределах может находиться UКЭ транзистора, работающего в линейном режиме (в режиме малого сигнала)?

  14. В каких пределах может находиться UКЭ транзистора, работающего в линейном режиме (в режиме малого сигнала)?

  15. Чему равно UБЭ?

  16. С какой целью используется сопротивление RП?

  17. Дать определение S, rКЭ, rбЭ.

  18. Как экспериментально определить S, rКЭ, rбЭ.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке Lab_rab_12_13