Практическое определение режима работы транзистора с помощью вольтметра

Состояние транзистора определяется уровнем напряжения смещения его кол­лекторного и эмиттерного переходов (см. режимы работы транзистора). Однако часто в качестве критерия режима работы транзистора выбирают напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ, измеряемое вольтметром.

Так, если Uкэ кремниевого транзистора n-p-n-структуры составляет сотые доли вольта и, во всяком случае не превышает 0,2 В, причем потенциал кол­лектора положителен относительно эмиттера, можно уверенно говорить о ре­жиме насыщения.

Если Uкэ близко к Ек (отличается не более, чем на 10%), это соответствует режиму отсечки транзистора.

Когда потенциал коллектора транзистора n-p-n-структуры отрицателен относительно эмиттера, имеет место инверсное включение транзистора.

Если измеренное Uкэ не соответствует ни одному из трех перечисленных случаев, то для уточнения режима работы транзистора следует измерить напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах. При этом нужно учитывать знак смещения перехода и соответствие пороговому напряжению (0,6 В для кремниевых транзисторов). Переход считается открытым, если р-область (база n-p-n транзистора) имеет знак "+" относительно n-области (эмиттер или коллектор n-p-n транзистора) и напряжение на переходе выше или равное пороговому. По результатам измерений в соответствии с определениями режимов работы транзистора уточняется его состояние.

Литература:

1. В.С. Ямпольский. Основы автоматики и электронно-вычис­лительной техники. - М.: Просвещение, 1991. С. 73-75, 46-52.

2. У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1983. С. 92-94, 108-109.

Практические задания

Схема лабораторного стенда показана на рис. 6.

А. ПРОСТОЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ.

I. Соберите на стенде схему простого транзисторного ключа на транзисторе Т1. Для этого:

а) поставьте перемычку из провода между точками 3 и 1, таким образом исключив из схемы Т2 и Д;

б) создайте разрыв между точками 7-7", исключив тем самым из схемы Т3;

в) включите в разрывы 5-5" и 4-4" расчетные сопротивления Rб=2,7-3 кОм и rk =1-1,5 кОм;

г) входной сигнал подавайте в разрыв 6(^)-6", а выходной сигнал изме­ряйте между точками 1-^;

д) питающее напряжение Ек=5 В подайте от источника ЕС- 0905.

II. Исследуйте работу простого ключа в статическом режиме.

а) с БК стенда, (с клавиатуры или с выходов "логический 0" и "логическая 1") с помощью соединительных проводов подайте на вход ключа (6") сна­чала уровень логического 0, а затем - 1. Фиксируйте при этом уровень сигна­ла на входе и выходе вольтметром и логическим зондом и измеряйте напряжения между электродами транзистора, заполните таблицу 1.

При измерении напряжения между двумя точками руководствуйтесь правилом: измеряйте потенциал точки, стоящей первой в записи напряжения, относитель­но точки, стоящей второй. Например, при измерении Uбэ определяется потенци­ал базы относительно эмиттера (а не наоборот), условно в данном измерении принятого за нулевую точку; при измерении Uкб определяется потенциал К от­носительно Б и т.д. Практически это значит, что "общий" провод вольтметра нужно подключать к точке, принимаемой при измерении за нулевую. Обязательно фиксируйте знак измеряемого напряжения.

Измерения проведите для двух случаев: 1) без нагрузки (с разомкнутым выходом); 2) подключив на выход активно-емкостную нагрузку;

б) по результатам измерений определите режимы работы транзистора и состо­яния ключа и заполните два последних столбца табл. 1;

в) сделайте выводы: 1) как открыть и закрыть ключ? 2) каковы в режимах насыщения и отсечки напряжения между электродами транзистора? 3) какую ло­гическую функцию над входным сигналом выполняет ключ? 4) как влияет нагруз­ка на уровень выходного сигнала?

III. Исследуйте работу простого ключа в динамическом режиме.

а) выхода 2 или 3 генератора БВ стенда подайте последовательность пря­моугольных сигналов на вход ключа (6");

б) подключив на вход и выход ключа I и II каналы осциллографа, зарисуйте полученные осциллограммы, указав уровни входного и выходного сигналов и длительность их фронтов и срезов. Опыт проделайте дважды: 1) без нагрузки, 2) подключив на выход активно-емкостную нагрузку;

в) сделайте выводы: 1) как изменяется уровень и динамические характерис­тики (фронт, срез) сигнала на выходе ключа с активно-емкостной нагрузкой по сравнению с ненагруженным? 2) обратив внимание на противофазность вход­ного и выходного сигналов, сделайте заключение о возможности использования ключа в качестве инвертора (НЕ).

В. СЛОЖНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ.

I. Соберите на стенде схему сложного транзисторного ключа на транзисторах Т1, T2, ТЗ. Для этого:

а) уберите перемычку 3-1;

б) замкните перемычками разрывы 5-5" и 7-7";

в) в разрывы 4-4", 6-6" и 9-10 включите расчетные сопротивления Rк1= =200-220 Ом, R3=l-l,5 кОм, Rб3=2,7-3,3 кОм;

г) входной сигнал подавайте между точками 10-^. Выходной сигнал измеряйте между точками 1-^;

д) напряжение Ек=5 В подайте от источника ЕС-0905.

II. Исследуйте работу сложного ключа в статическом режиме.

С БК стенда подавайте на вход ключа (10) сначала уровень логического 0, а затем логической 1. Фиксируйте при этом состояния транзисторов ключа и уровень входа и выхода. Заполните таблицу 2.

Опыт проведите дважды: 1) без нагрузки, 2) с активно-емкостной нагрузкой.

III. Исследуйте работу сложного ключа в динамическом режиме.

а) с выходов 2 или 3 генератора БВ стенда подайте последовательность прямоугольных импульсов на вход ключа (10);

б) получите осциллограммы входного и выходного сигналов и зарисуйте их; указав уровни сигналов, длительность их фронтов и срезов. Опыт проделайте дважды:1) без нагрузки, 2) с активно-емкостной нагрузкой;

в) сделайте выводы: 1) как меняется выходкой сигнал нагруженного ключа по сравнению с ненагруженным? 2) какой ключ обладает лучшей нагрузочной способностью, простой или сложный?

С. МЭТ, КАК ДВУХВХОДОВОЙ ЭЛЕМЕНТ "И" (2И).

I. Исследуйте работу схемы МЭТ на транзисторах Т4, Т5 в качестве элемента "И" в статическом режиме.

Подавая на входы МЭТ Вх1 (12) и Вх2 (13) комбинации логических 0 к 1 с БК стенда и фиксируя состояния входов и выхода (11) логическим зондом, получите таблицу истинности элемента (табл. 3).

II. Исследуйте работу МЭТ в динамическом режиме.

а) Подайте на Вх1 (12) и Вх2 (13) МЭТ сигналы с выходов 2 и 3 генератора прямоугольных импульсов БВ стенда;

б) используя коммутатор БВ стенда, получите на экране осциллограммы входных и выходного (11) сигналов. Для этого на входы 1 и 2 коммутатора подайте те же сигналы, что поступают с генератора на входы МЭТ, а с выхода МЭТ (11) подайте сигнал на вход 3 коммутатора, зарисуйте осциллограмму, указав высокие (единичные) и низкие (нулевые) уровни сигналов;

в) сопоставьте данные таблицы истинности, полученные в предыдущем опыте с осциллограммой. Сделайте вывод о том, какую логическую функцию осуществляет МЭТ над входными сигналами.

Д. ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ 2И-НЕ.

I. Исследуйте работу базового логического элемента 2И-НЕ в динамическом режиме.

а) соедините перемычкой выход элемента И (11) со входом (9) сложного ключа (элемент НЕ);

б) оставив на Вx1 и Вх2 элемента те же сигналы с выходов 2 и З генератора, соедините теперь вход 3 коммутатора с выходом элемента 2И-HЕ, т.е. с точкой 1. Зарисуйте полученную осциллограмму входных и выходных сигналов, отметив уровни "0" и "1".

11. Исследуйте работу элемента 2И-НЕ в статическом режиме.

а) подавая на входы элемента комбинации логических 0 и 1 и фиксируя состояния транзисторов, заполните табл. 4. Опыт проделайте дважды: 1) без нагрузки, 2) с активно-емкостной нагрузкой;

б) сопоставив осциллограмму, полученную в предыдущем опыте и данные табл. 4, сделайте вывод о том, какую логическую Функцию над входными переменными осуществляет изучаемая схема.

ТАБЛИЦЫ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАДАНИЯМ

Табл. 1.

№	Uвх		Uбэ В	Uкб В	Uвых=Uкэ		Режим работы транз.	Состоя- ние ключа.
	лог. ур.	В			лог. ур.	В
Без нагрузки
1
2
С нагрузкой
3
4

Табл. 2.

№	Uвх		VТ1		VТ2		VТЗ
			Uкэ, В	режим работы	Uкэ, В	режим работы	Uкэ=Uвых		Режим работы транз.
	лог. ур.	В					лог. ур.	В

Табл. 3.

№	Вх1, лог. ур.	Bx2, лог. ур.	Выход, лог. ур.

Табл. 4.

№

Входы

VТ5

VТ4

VТЗ

VТ2

VТ1 (вых)

Uвх1

Uвх2

Uкэ,

режим

Uкэ,

режим

Uкэ,

режим

Uкэ,

режим

Uкэ=Uвых

режим

лог. ур.

В

лог. ур.

В

В

транз

В

транз

В

транз

В

транз

лог. ур.

В

транз

1 2 3 4 5 6 7 8