Описание лабораторного макета

Принципиальная схема лабораторного макета приведена на рис.10.

Макет позволяет исследовать статические и переходные характеристики транзисторных ключевых схем. Генератор прямоугольных импульсов подключается к клеммам «Вход» на передней панели. На штепсельный разъем выведены контрольные точки схемы. С помощью проводников-перемычек осуществляется подключение конденсаторов и резисторов в цепь базы и в цепь нагрузки исследуемой схемы. Переключатель S1 осуществляет выключение и включение отрицательной нелинейной обратной связи (диод VD).

Все напряжения измеряются осциллографом, который подключается к клеммам «Выход» или к соответствующим контрольным точкам на разъеме. Напряжение E_к подается от сети постоянного тока 12В с помощью специального разъема.

 

 

3. Задания на экспериментальные исследования

И методика их выполнения

задание 1. исследовать параметры статического режима работы ключа на биполярном транзисторе

1.1.
Снять передаточную характеристику ключа на биполярном транзисторе и по ней определить параметры статического режима.

Собрать схему, приведенную на рис.1. У транзистора поставить β=100.

По передаточной характеристике определить: U¹_пор , U⁰_пор , U¹_вых , U⁰_вых. Для измерения U¹_вых , U⁰_вых удобно использовать у осциллографа режим увеличенного экрана.

1.2 Исследовать влияние сопротивления нагрузки на передаточную характеристику и статические параметры биполярного транзистора.

Подключить к выходу ключа сопротивление нагрузки Rн=2; 1; 0.5; 0.1 кОм и для каждого значения зарисовать передаточную характеристику и определить ее параметры. Сделать выводы о влияние Rн на ПХ и ее параметры.

Задание 2. Исследование переходных процессов в биполярном транзисторе на этапе включения (t_вкл=t_зф+ t_ф) и выключения (t_выкл=t_р+ t_сп) ключа

1.1 Зарисовать в отчет временные диаграммы напряжений и токов транзистора при переключении. Масштаб по оси времени должен быть одинаков. Графики рисовать друг под другом, как показано на рис.3 настоящего описания. Входной сигнал – прямоугольный импульс с частотой 100кГц, скважностью 2%, амплитудой 2В, смещением 1В.

1.2

Схема для наблюдения временной диаграммы тока базы I_б приведена на рис.1

Рис.1.

1.3 Схема для наблюдения временной диаграммы напряжение база-эмиттер U_бэ приведена на рис.2.

Рис.2.

1.4 Схема для наблюдения временной диаграммы тока коллектора I_к приведена на рис.3.

Рис.3.

1.5 Схема для наблюдения временной диаграммы напряжения коллектор- эмиттер U_кэ приведена на рис.4.

Рис.4.

1.6 На всех временных диаграммах показать характерные времена.

Задание 3. Исследование характерных времен переходных процессов в биполярном транзисторе в зависимости от величины тока базы (степени насыщения - S)

2.1. Произвести измерения время задержки включения t_зф, времени нарастания переднего фронта t_ф , времени рассасывания t_р и времени спада t_сп выходного тока при различных величинах тока I_б. Величины тока базы выбирать в диапазоне I_бн<I_б<40I_бн, где I_бн – ток базы насыщения, соответствует границе режима насыщения и рассчитывается из соотношения I_бн=Е_к/(R_кb), (Е_к=12В, R_к=1кОм, b=100). Значение тока базы задавать изменением величины сопротивления резистора в цепи базы I_б= Е_б/R_б (Е_б=3В).

Результаты измерений занести в таблицу 1.

Табл.1.

Iб, мА	3 Iбн	5 Iбн	10 Iбн	20 Iбн	30 Iбн	40 Iбн
S=Iб/Iбн
tзф, мкс
tф, мкс
tр, мкс
tсп, мкс

2.2 Построить графики зависимостей t_зф=F(S), t_ф=F(S), t_р=F(S), t_сп=F(S). По экспериментальным данным и построенным графикам вычислить b, t_b, t, С_к,

Задание 4. Исследование способов повышения быстродействия ключей на биполярном транзисторе

4.1. Схема с ускоряющей емкостью

Для этого:

- подключить к схеме конденсатор С₁ (емкость С₁ выбрать из условия τ_с=RC1=tи/3), напряжение на выхода генератора установить U_вх = E_d = 5В. Зарисовать форму входного и выходного сигнала и измерить параметры t_ф, t_p, t_c;

-то же самое измерение провести для конденсатора С2=5С1.

4.2. Схема с диодом в цепи обратной связи (схема с нелинейной обратной связью)

Для этого:

-подключить к схеме резистор R_d = R₃;

-снять осциллограмм входного и выходного импульса при отсутствии и при наличии обратной связи (переключатель S1);

-для обоих случаев измерить t_ф, t_p, t_c.

4.3. схема Ненасыщеного ключа

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Исследуемые схемы транзисторного ключа.

2. Осциллограммы входного и выходного напряжения, зарисовать в масштабе.

3. Таблицу экспериментальных данных и графики зтих зависимостей.

4. Осциллограммы напряжения при включении форсирующей емкости и нелинейной обратной связи.

5. Выводы по каждому заданию.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Каково назначение ключевой схемы?

2. Какими параметрами характеризуется ключ в статическом режиме работы?

3. Что такое глубина насыщения транзистора?

4. Как определить верхний и нижний уровни выходного напряжения?

5. Как зависят длительность фронта, время рассасывания и время спада от амплитуды входного напряжения?

6. Нарисуйте осциллограммы тока на входе и выходе ключа с ускоряющей емкостью.

7. Нарисуйте осциллограммы входного тока и выходного напряжения при включенной нелинейной обратной связи.

ЛИТЕРАТУРА.

1. И. П. Степаненко. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.; Энергия, 1977.

2. И. П. Степаненко. Основы микроэлектроники. М.: Советское радио, 1980.