Цель работы: изучение и снятие основных характеристик транзистора, вычисление его параметров.
Приборы и принадлежности: экспериментальная установка, транзистор n-p-n типа, источник питания, вольтметр, амперметр, осциллограф.
Описание установки
Изучение транзистора выполняется на установке, основным элементом которой является специальная монтажная панель (рисунок 16.3). На ней размещены: транзистор VT n-p-n типа (например, МП37Б) и другие элементы. Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 15 В. Ток, потребляемый схемой от источника, не более 5 мА. На панели есть специальные гнезда для подключения приборов, измеряющих ток и напряжение базы, ток и напряжение коллектора, гнезда для подачи на вход транзисторного усилителя сигнала от генератора переменного напряжения, гнезда для подключения осциллографа, чтобы наблюдать форму и величину этого сигнала на входе и выходе.
Величина постоянного напряжения на базе транзистора регулируется потенциометром R1, а на коллекторе – потенциометром R4. Резистор R2 играет вспомогательную роль, ограничивая величину базового тока транзистора и способствуя плавности регулировки базового напряжения. Резистор R3 при изучении усиления выполняет роль нагрузки. Резистор R5 уменьшает величину напряжения, подаваемого на потенциометр R1. Конденсатор C1 позволяет подвести к базе транзистора переменный сигнал, не нарушая режима работы транзистора по постоянному току. Конденсатор C2 соединяет минус схемы и один из контактов нагрузочного резистора R3 (по переменному току). Величины элементов схемы:
R1 = R4 = 6,8 кОм, R2 = 56кОм, R3 = 1,1 кОм, R3 = 12 кОм,
C1 = C2 = 1 мкФ.
Рисунок 16.3 – Схема экспериментальной установки
Ток базы измеряется микроамперметром с пределом измерения 100 мкА, ток коллектора – миллиамперметром с пределом измерения 3мА.
Напряжения на базе и на коллекторе измеряются вольтметрами.
В качестве источника усиливаемого переменного сигнала используется генератор, с которого снимается напряжение с амплитудой не более 50 мВ на частоте 1000 Гц.
Визуально сигнал наблюдается на экране осциллографа.
Величина усиливаемого сигнала оценивается по вольтметру генератора, а величина усиленного сигнала – с помощью калиброванного входного делителя осциллографа.
Ход работы
Упражнение 1. Снятие семейства выходных характеристик транзистора
1 Соберите схему в соответствии с рисунком 16.3.
2 Ручки потенциометров R1 и R4 сначала должны быть установлены в крайнее положение против часовой стрелки, резистор R3 необходимо закоротить перемычкой. Установите пределы измерения приборов, исходя из того, что ожидаемые значения Uкэ = 10 В, Uбэ = 0,2 В, Iк = 2 мА, Iб = 30 мкА.
3 Подключите к схеме источник питания.
4 Установите ток базы Iб. Затем вращайте ручку потенциометра R4 до появления коллекторного тока. Если при этом ток базы изменится, то восстановите его первоначальное значение. Получившиеся при этом значения Uкэ и Iк занесите в таблицу.
5 Снимите зависимость Iк(Uкэ) при Iб =5 мкА, увеличивая Uкэ с помощью потенциометра R4 и поддерживая Iб постоянным с помощью R1. Результаты измерений занесите в таблицу. После этого аналогичным образом снимите зависимость Iк(Uкэ) при Iб = 10, 20, 30 мкА. Результаты измерений занесите в таблицу. Закончив измерения, уменьшите напряжения и токи в схеме до минимума.
6 Постройте графики зависимости Iк(Uкэ) при Iб в качестве параметра.
7 Для использования транзистора в качестве усилителя переменного сигнала транзистор необходимо поставить в режим работы по постоянному току, обеспечивающий линейную связь между Uкэ и Iб (при этом искажения усиливаемого сигнала будут наименьшими). В связи с этим на графике, где изображено семейство выходных характеристик транзистора, необходимо определить точку, примерно соответствующую центру линейных участков характеристик. Пусть это будет точка с координатами Uкэ = U′кэ, Iб = I′б.
Запишите значения U′кэ и I′б. Считая, что в окрестности этой точки параметры транзистора практически неизменны, определите величину коэффициента усиления транзистора по току β и величину выходного сопротивления транзистора Rвых.
Упражнение 2. Снятие входных характеристик транзистора
1 С помощью потенциометра R4 установите Uкэ = U′кэ. Снимите зависимость Iб(Uбэ), занося результаты измерений Iб и Uбэ в таблицу. При этом напряжение Uбэ увеличивайте с помощью потенциометра R1, поддерживая Uкэ = U′кэ с помощью потенциометра R4. Закончив измерения, уменьшите напряжения и токи в схеме до минимума.
2 Постройте графики зависимости Iб(Uбэ) при Uкэ = U′кэ.
Для значения Iб = I′б по наклону зависимости Iб(Uбэ) определите величину входного сопротивления транзистора Rвх.
Упражнение 3. Наблюдение эффекта усиления переменного сигнала с помощью транзистора
1 Зная величины β и Rвх, полученные в предыдущих упражнениях для определенного режима работы транзистора, а также зная сопротивление резистора нагрузки Rн, можно вычислить величину коэффициента усиления усилителя, в котором транзистор работает в указанном режиме, а в качестве нагрузки используется резистор R = Rн. Вычислите коэффициент усиления К.
2 Снимите коротко замыкающую перемычку с резистора R3. С помощью потенциометров R1 и R4 установите режим работы транзистора, соответствующий выбранному по результатам предыдущих упражнений.
3 Вольтметр V1 исключите из схемы. Включите генератор, и с его выхода подайте небольшое (около 10 мВ) напряжение частоты порядка 1 кГц на вход транзистора через конденсатор С1.
4 Подключите к схеме в соответствии с рисунком 16.3 осциллограф и на его экране получите изображение сигнала на входе транзисторного усилителя, а затем на выходе. Убедитесь в том, что выходной сигнал сохранил свою гармоническую форму. Если же нет, то уменьшите величину входного сигнала.
5 Определите коэффициент усиления как отношение величин сигнала на выходе и входе усилителя:
.
Закончив измерения, уменьшите напряжение и токи в схеме до минимума, выключите приборы и питание схемы.
6 Сравните коэффициент усиления, определенный экспериментально, с коэффициентом усиления, найденным теоретически с использованием параметров β и Rвх.
Литература
1 Сивухин, Д. В. Общий курс физики: учеб.: в 3 т. Т. 3. Электричество / Д. В. Сивухин. – М.: Высшая школа, 1977. – 688 с.
2 Матвеев, А. Н. Электричество и магнетизм: учеб. / А. Н. Матвеев. – М.: Высшая школа, 1983. – 363 с.
3 Савельев, М. В. Общий курс физики: учеб.: в 2 т. Т. 2 / М. В. Савельев. – М.: Наука, 1982. – 421 с.
4 Калашников, С. Г. Электричество: учеб. / С. Г. Калашников. – М.: Высшая школа, 1977. – 576 с.
5 Яворский, Б. М. Справочник по физике / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. – М.: Наука, 1968. – 940 с.
6 Практикум по физике. Электричество и магнетизм: учеб. пособие для вузов / Ю. К. Виноградов [и др.]; под ред. Ф. А. Николаева. – М.: Высшая школа, 1991. – 151 с.
Учебное издание
Баевич Георгий Александрович
Семченко Игорь Валентинович
Баранов Михаил Тихонович
Общая физика
Практическое пособие
