Описание лабораторного стенда. Государственное образовательное учреждение

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет»

Кафедра электропривода и автоматизации

ЭЛЕКТРОНИКА

Часть 1

Методические указания к лабораторным работам по курсам

«Физические основы электроники»,

«Физические основы промэлектроники»

и «Информационно-измерительная техника и электроника»

для студентов специальностей 140604 «Электропривод

и автоматика промышленных установок

и технологических комплексов»,

140211 «Электроснабжение»,

190702 «Организация и безопасность движения»

всех форм обучения

Составители В.В. Демьянов

С.В. Сидельцев

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № 6 от 2.12.2008

Рекомендованы к печати

учебно-методической комиссией

специальности 140604

Протокол № 6 от 4.12.2008

Электронная копия находится

в библиотеке главного корпуса

ГУ КузГТУ

Кемерово 2008

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: Исследование входных и выходных характеристик биполярного транзистора типа МП 42.

Приборы: Стенд типа ЭС-4, электронный осциллограф, вольтметр.

Основные свойства полупроводниковых триодов

Рис. 1. Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером

Транзистор – полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами, пригодный для усиления сигналов, имеющий три или более выводов. Широко распространены биполярные транзисторы с чередованием полупроводниковых слоев p-n-p или n-p-n. У биполярных транзисторов центральный слой называют базой. Наружный слой, являющийся источником носителей зарядов (электронов или дырок), который главным образом и создает ток прибора, называют эмиттером, а наружный слой, принимающий заряды, поступающие от эмиттера, – коллектором. На переход эмиттер-база напряжение подается в прямом направлении, поэтому даже при небольших напряжениях через него проходят значительные токи. На переход коллектор-база напряжение подается в обратном направлении. Оно обычно в несколько раз выше напряжения перехода эмиттер-база.

Основной схемой биполярного транзистора считают схему, в которой общим электродом для входной и выходной цепи по переменному току является эмиттер (рис. 1).

Для анализа усилителей используются семейства входных и выходных характеристик транзистора. Для схемы с общим эмиттером входными являются зависимости I_б = f(U_б) при U_К = const, а выходными – I_К = f(U_К) при I_б = const.

В схеме с общим эмиттером происходит не только усиление по напряжению, но и усиление по току, и большое усиление по мощности.

Параметры транзисторов

, при U_КЭ = const, где b – статический коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером.

, при U_Кб = const, где a – коэффициент усиления по току для схемы с общей базой; a и b связаны между собой соотношением .

Максимально допустимые значения токов коллектора и эмиттера, устанавливаемые исходя из опасности возникновения теплового пробоя перехода при больших токах, I_{К доп}. и I_{Э доп}.

Максимально допустимые величины напряжения на коллекторном и эмиттерном p-n-переходах, устанавливаемые исходя из опасности пробоя перехода, U_{К доп.} и U_{Э доп.}

Описание лабораторного стенда

Принципиальная схема стенда изображена на рис. 2. Питание транзистора осуществляется от выпрямителя. Постоянное напряжение питания коллектора измеряется вольтметром ИП₃. Ток коллектора измеряется прибором ИП₂, ток базы – ИП₁. Измерение постоянного напряжения база-эмиттер в статическом режиме, а также переменных напряжений на входе и выходе транзистора в усилительном режиме производится универсальным цифровым вольтметром ЦВ. Измеряемое постоянное напряжение на базу транзистора поступает от делителя напряжения R₁₂ , включенного к источнику питания коллектора.

Рис. 2. Принципиальная схема лабораторного стенда

Переменное напряжение на базу транзистора в усилительном режиме снимается с отдельной обмотки силового трансформатора и регулируется потенциометром R₁₂. Резистор R₁ ограничивает ток базы транзистора.

Изучение работы транзистора в статическом режиме производится в соответствии со схемой рис. 3, где из общей схемы исключаются все резисторы и конденсаторы. Регулирование постоянного входного напряжения производится посредством потенциометра R₁₂ . Величина напряжения контролируется цифровым вольтметром ЦВ, установленным в режиме постоянного тока и включенным между гнездами Г₁ и корпусом (Г₃, Г₄, Г₅). Ток базы регистрируется прибором ИП₁, который для постоянного тока базы включен последовательно с диодами VD₂, VD₃ и ограничен резистором R₁. Коллекторное напряжение с помощью резистора R₁₁ поддерживается постоянным.

Рис. 3. Схема для исследования статических характеристик

транзистора

Порядок выполнения работы

1. Снять семейство входных характеристик транзистора I_б = f(U_б) при U_К = const, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ) при U_К = 0; –5, –10 В; ток базы менять от 0 до 200 мкА. Для этого тумблер В₁₂ на лицевой панели стенда ЭС-4 установить в положение «–U_ВХ», тумблеры В₁, В₃, В₄, В₆, В₉, В₁₁ – в положение «Вкл.», а тумблеры В₂ и В₅ разомкнуть. Напряжение источника питания регулируется потенциометром «Рег. напряж. Е_К» и контролируется вольтметром «Напряжение Е_К». Регулирование входного напряжения осуществляется потенциометром «Рег. напряжения U_ВХ» и контролируется вольтметром, включенным в гнезда Г₁ и Г₃ (Г₄ , Г₅).

2. Снять семейство выходных характеристик транзистора I_K = f(U_K) при I_б = const, включенного по схеме с ЭО, при фиксированных значениях тока базы I_б = 0, 40, 80, 120, 160, 200 мкА. Напряжение коллектора менять от 0 до –10 В.

3. Из полученных характеристик определить параметры транзистора.

Отчет должен содержать:

1. Электрическую схему биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

2. Таблицы экспериментальных данных.

3. Входные и выходные характеристики биполярного транзистора.

4. Рассчитанные параметры транзистора.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия биполярного транзистора типа p-n-p, n-p-n.

2. Нарисуйте условные изображения транзисторов p-n-p и n-p-n типов.

3. Покажите транзисторы типов p-n-p и n-p-n, включенные по схеме с ОБ, ОЭ, ОК. Укажите полярности напряжений и направления токов коллектора, эмиттера и базы.

4. Какие характеристики являются входными и выходными при различных схемах включения биполярного транзистора?

5. Каковы соотношения токов эмиттера, коллектора и базы биполярного транзистора?

6. Чем обусловлен ток коллекторного перехода в случае, когда ток через эмиттерный переход равен нулю?

7. Почему коэффициент усиления по току в схеме включения транзистора с ОЭ намного больше коэффициента усиления по току в схеме с ОБ?

8. Как определить по входным и выходным характеристикам биполярного транзистора h-параметры?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ КАСКАДОВ УСИЛЕНИЯ

Цель работы: 1. Изучение работы однокаскадного усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером.

2. Изучение работы однокаскадного усилителя, собранного по схеме общим коллектором.

Приборы: Лабораторный стенд типа ЭС-4, осциллограф, универсальный цифровой вольтметр.