Статические характеристики и параметры биполярного транзистора

Цель работы

Изучить работу биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером в статическом режиме при нормальной и повышенной температурах, определить его параметры.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему рис.2. На схеме I – источник тока для питания базовой цепи, Е_К – источник коллекторного напряжения. В цепь базы транзистора включен микроамперметр I_б для измерения тока базы и вольтметр U_бЭ для измерения напряжения на базе транзистора. В цепи коллектора установлены приборы для измерения тока коллектора транзистора I_К и напряжения между коллектором и эмиттером U_КЭ. Установить сопротивление амперметров равным 1Ом, вольтметров – 10 МОм. Выбрать из библиотеки Lab транзистор заданного типа. Записать его параметры (Приложение П2).

2. Установить ток источника тока I равным 10мкА, напряжение Е_К равным 5В. Включить режим моделирования и убедиться, что схема работает.

Ток источника I установить такой величины, чтобы ток коллектора Iк был в диапазоне 8-15 мА, но не более I_Кmax (ток базы может иметь значения от 30 до 1000 мкА). Округлить полученное значение

тока базы до ближайшего, кратного 10 (или 100 при токе базы более 300мкА). Обозначим полученное значение через Iбmax.

3. Снять семейство входных характеристик транзистора I_б=f(U_бЭ) при U_КЭ=Const. При снятии входных характеристик удобнее задавать значения тока базы и измерять напряжение между базой и эмиттером U_бЭ. Ток базы изменять от 1-2 мкА до I_бmax. Рекомендуемый ряд значений тока приведен в таблице 4, строка I_б. По результатам измерений заполнить таблицу 4. Для получения значения напряжения U_КЭ=0 отключить коллектор транзистора от источника Е_К и замкнуть его на общую шину.

Таблица 4

ТºС

Iб(мкА)

Iбmax

UК=0В

UбЭ(В)

UК=1В

UбЭ(В)

UК=5В

UбЭ(В)

UК=5В

UбЭ(В)

4. Снять входную характеристику I_б=f(U_бЭ) при U_КЭ=5В и температуре окружающей среды Т=50ºС. Для установки температуры выбрать опцию Analysis options меню Analysis. В открывшемся окне выделить вкладку Global и установить значение переменной Simulation temperature (TEMP) равное заданной температуре 50 degrees C. Выполнить измерения и установить прежнее значение температуры 27 degrees C (27ºС или 300ºК).

5. Снять семейство выходных статических характеристик I_К=f(U_КЭ) при I_б=Const. Предварительно нужно определить значения токов базы I_б, при которых будут сниматься характеристики. Выберем приращение тока базы DI_б=I_бmax/5 (значение I_бmax было получено в п.2). Рекомендуется взять ближайшее кратное пяти значение. Напряжение Uкэ изменять от нуля до U_КЭдоп, но не более чем до 20В. Выходные характеристики снимать при токах базы I_б=DI_б, 2DI_б, 3DI_б, 4DI_б и 5DI_б. Результаты измерений занести в таблицу 5.

При всех режимах рассеиваемая на коллекторе транзистора мощность не должна превышать допустимую мощность (U_КЭ*I_К < P_Кmax).

Усилительный каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

Цель работы

Экспериментальное исследование параметров усилительного каскада, в котором транзистор включен по схеме с общим коллектором (эмиттерного повторителя).

5.2. Домашнее задание
Выписать параметры транзистора, полученные в работе 2 "Статические характеристики и параметры биполярного транзистора". Для схемы рис.7 определить токи эмиттера и базы транзистора при Ек=12В, Uэ=Ек/2 и Rэ=1кОм. Iэ=Еэ/(2Rэ), Iб=Iэ/(В+1). При известном токе Iб определить параметры цепи делителя R1, R2 (см. работу 4 "Режим работы транзистора по постоянному току"), задавшись током делителя Iд=5*Iб.

6. Обработка результатов измерений

Таблица 8 заполняется значениями, полученными путем усреднения из двух измеренных значений.

При построении характеристик указываются точки, соответствующие значениям таблицы. Характеристики проводятся усредненно. При расчете параметров принимаются табличные значения. Построить:

- Входную характеристику каскада Iб = f(Uбэ) (первая и вторая строчки таблицы 8).

- Передаточную характеристику по току Iк = f(Iб) (четвертая и первая строчки таблицы).

- Передаточную характеристику по напряжению Uк = f(Uбэ).
Начало характеристики Uк < 0,5 В "сжать", а шкалу между 0,5 и 0,7 В – "растянуть".

Примерный вид характеристик показан на рис. 6.

Iк мА Uк В

ΔIк ΔUк

ΔIб Iб 0.5 ΔU_бэ 0.7 Uбэ [B]

Рис. 6. Вид передаточных характеристик каскада

По приращениям определить параметры

В=h₂₁= ΔIк/ΔIб, Ku = ΔUк/ ΔUбэ, h₁₁= ΔUбэ/ΔIб.

Проверить Ku = [B_*Rк] / h₁₁.

(В – коэффициент усиления транзистора и должен быть много больше единицы см. работу 2, Кu – коэффициент усиления каскада и также должен быть много больше единицы).

4.3. Содержание отчета:

- Цель работы.

- Схема эксперимента, параметры транзистора.

- Коллекторные характеристики транзистора c нагрузочной прямой и выбранной рабочей точкой.

- Базовую характеристику транзистора с выбранной рабочей точкой.

- Расчет сопротивлений R_К, R_б1 и R_б2, режим усилителя в рабочей точке (Ек, Iкнас, Uкэ_рт, Iк_рт, Iб_рт, Uбэ_рт).

- Расчет параметров каскада на постоянном токе.

- Значения коэффициента усиления в рабочей точке при нормальной и повышенной температурах и значение ΔKu.

Таблица 5

ТºС	Uкэ(В)	0.1	0.2	0,5
	Iб=DIб
Iб=2DIб
Iб=3DIб
Iб=4DIб
Iб=5DIб
	Iб=2DIб
Iб=3DIб

6. Снять две выходные статические характеристики I_К= f(U_КЭ) при температуре окружающей среды Т=50ºС и I_б=2DI_б и 3DI_б.

7. Построить графики статических входных (базовых) и выходных (коллекторных) характеристик. Определить h-параметры транзистора при нормальной (27ºС) и повышенной (50ºС) температурах.

Для определения параметра h₁₁ на средине линейного участка входной характеристики, соответствующей напряжению U_КЭ=5В, построить характеристический прямоугольный треугольник. h₁₁=DU_бЭ/DI_б при U_КЭ=Const. Вершины треугольника должны совпадать со значениями в таблице 4.

На линейном участке выходной характеристики, соответствующей току базы I_б=3DI_б, построить характеристический треугольник и определить параметр h₂₂=DI_К/DU_КЭ при I_б=Const. Вершины треугольника должны совпадать со значениями в таблице 5. При напряжении на коллекторе, соответствующем средине гипотенузы треугольника, определить параметр h₂₁= В= DI_К/DI_б при U_КЭ=Сonst (U_КЭ=5В). (В >> 1).

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать следующие разделы:

· цель работы, справочные параметры исследуемого транзистора, необходимые пояснения;

· схему исследования, определение Iбmax и DIб;

· таблицы с результатами измерений;

· графики входных и выходных характеристик с построенными на них характеристическими треугольниками;

· расчет h-параметров транзистора при нормальной и повышенной температурах;

· Выводы по результатам работы.