Короткі теоретичні відомості

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ТЕМА: Дослідження терморезистору.

МЕТА: Дослідити ВАХ терморезистору та визначити його основні параметри.

ОБЛАДНАННЯ:

- лабораторний макет;

- омметр (тестер).

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Класифікація та умовне позначення напівпровідникових

Резисторів

 

Напівпровідникові (НП) резистори мають два вихідні електроди. Їх розділяють на лінійні та нелінійні.

Лінійні НП резистори мають електричні характеристики, які мало залежать від зовнішніх факторів: температури оточуючого середовища, вібрації, вологості, освітленості та др. Вони виготовляються на основі напівпровідників n- або p- типу і використовуються в інтегральних мікросхемах.

Для групи нелінійних НП резисторів, навпаки, характерна сильна залежність їх електричних характеристик від зовнішніх факторів. Так, характеристики терморезисторів суттєво залежать від температури, характеристики тензорезисторів - від механічних деформацій, варисторів – від прикладеної напруги.

 

Тип резисторів	Умовне позначення
Лінійний резистор
Варистор
Терморезистори: термістори, позистори
Тензорезистори
Фоторезистори

 

ВАРИСТОРИ

Варистор - це НП резистор, опір якого залежить від прикладеної напруги та, який має нелінійну симетричну вольт - амперну характеристику (ВАХ).

Варистори виготовлюють методом керамічної технології - шляхом високотемпературного обпалювання заготовки з порошкоподібного карбіду кремнію SiC із в’яжучою речовиною, в якості котрої використовують глину.

Конструктивно варистори оформляються в вигляді стержнів або дисків.

Нелінійність ВАХ варисторів обумовлена явищами на точкових контактах між кристалами карбіду кремнію: збільшення в сильних електричних полях провідності поверхневих потенціальних бар’єрів (при малих напругах) та збільшення провідності точкових контактів між кристалами через нагрівання в зв’язку с виділенням на контактах потужності (при великих напругах на варисторі).

Оскільки товщина поверхневих потенціальних бар’єрів на кристалах карбіду кремнію мала, там можуть виникати сильні електричні поля навіть при малих напругах на варисторі, що приводить до тунелювання носіїв заряду через потенційні бар’єр. Таким чином, при малих напругах на варисторі нелінійність ВАХ зв’язана с залежністю провідності поверхневих потенціальних бар’єрів від величини напруги.

При великих напругах на варисторі та відповідно, при великих стумах, які протікають через варистор, щільність струму в точкових контактах виявляється дуже великою. Вся напруга, прикладена до варистора, падає на точкових контактах. Тому питома потужність (потужність в одиниці об’єму), що виділяється в точкових контактах призводить до зменшення загального опору варистора та нелінійності ВАХ.

Основні параметри варисторів:

1. Коефіцієнт нелінійності, визначається як відношення опору постійному струмові (статичного) R до опору змінному струмові (диференційному) r:

 

 

де U та I - напруга та струм варистора.

Для різних типів варисторів l = 2…6;

2. Максимальна допустима напруга U_{max доп} (від десятків вольт до кількох кіловольт);

3. Номінальна потужність розсіювання Р_ном (1…3Вт);

4. Температурний коефіцієнт опору ТКС (в середньому 5×10^-3К^-);

5. максимальна робоча температура (60°…70°С).

Величина ТКС характеризує відносну зміну опору резистора при зміні температури на 1°К.

 

Рисунок 1. ВАХ варистора

 

Область застосування варисторів: варистори можна застосовувати при постійному та змінному струм з частотою до кількох кілогерц. Вони використовуються для захисту від перевантажень за напругою, в стабілізаторах та обмежувачах напруги, в різних схемах автоматики.

ТЕРМОРЕЗИСТОРИ

Терморезистори - це НП резистори, в яких використовується залежність електричного опору напівпровідника від температури.

Розрізняють два типа терморезисторів: термістор, опір якого с ростом температури падає (з від’ємним температурним коефіцієнтом опору ТКС), та позистор, у якого опір із підвищенняь температури збільшується (с додатнім ТКС).

В термісторах прямого підігріву опір змінюється або під впливом тепла, яке виділяєть в них при проходженні електричного струму, або в результаті зміни температури термістора при зміні теплового опромінення термістора (наприклад, при зміні температури оточуючого середовища).

Зменшення опору напівпровідника із підвищенням температури може бути обумовлено такими причинами - підвищенням концентрації носіїв заряду та підвищенням їх рухливості.

Основна частина термісторів, що випускається промисловістю, виготовлена з полікристалічних окисних напівпровідників - із оксидів металів.

Конструктивно термістори оформляють у вигляді: циліндрів, стержнів, дисків, пластин або бусинок та отримують методами керамічної технології, тобто шляхом обпалювання заготовок при високій температурі.

Матеріалом для виготовлення позисторів є титан - барієва кераміка с домішками рідкоземельних елементів. Такий матеріал має аномальну температурну залежність: у вузькому діапазоні температур (діапазоні температур вище точки Кюрі) його питомий опір збільшується на кілька порядків с підвищенням температури.

Конструктивно позистори оформляють аналогічно термісторам.

Основні параметри термісторів:

1. Номінальний опір - це его опір при певній температурі (як правило 20⁰С) (від кількох Ом до кількох кОм з допустимим відхиленням від номінального опору ±5, ±10 та ±20%);

2. Температурний коефіцієнт опору терморезистора показує відносну зміну опору терморезистора при зміні температури на один градус:

 

 

Температурний коефіцієнт опору залежить від температури, тому його записують с індексом, який вказує температуру, при котрій має місце дане значення.

Значення ТКС при кімнатній температурі різних термісторів знаходяться в межах (0,8…6,0) 10^-2К^-1;

3. Максимально допустима температура - це температура, при якій ще не відбувається незворотних змін параметрів та характеристик терморезистора;

4. Допустима потужність розсіювання - це потужність, при якій терморезистор, що знаходиться в при температурі 20⁰С, розігрівається при проходженні струму до максимально допустимої температури;

5. Постійна часу терморезистора - це час, протягом якого температура терморезистора зменшується в е раз по відношенню до різниці температур терморезистора та оточуючого середовища (наприклад, при перенесенні терморезистора із повітряного середовища з t = 120⁰C в повітряне середовище з t = 20⁰C).

Теплова інерційність терморезистора, характеризуєма його постійною часу, визначається конструкцією та розмірами і залежить від теплопровідності середовища, в якій знаходиться терморезистор.

Для різних типів термісторов постійна часу лежить в межах від 0,5 до 140с.

Температурна характеристика терморезистора - це залежність його опору від температури.

 

Рисунок 2. Температурні характеристики

терморезисторів: 1 - термістор; 2 – позистор

 

Терморезистори (термістори та позистори) застосовують для температурної стабілізації режиму транзисторних підсилювачів, а також в різноманітних пристроях вимірювання, контролю та автоматики (регулювання температури, температурної та пожежної сигналізації та др.).

ТЕНЗОРЕЗИСТОРИ

Тензорезистор - це НП резистор, в якому використовується залежність електричного опору від механічної деформації.

Призначення - вимірювання тису та деформацій.

Принцип дії НП тензоризистора заснована на тензорезистивному ефекті - на зміні електричного опору напівпровідника під дією механічних деформацій.

Для виготовлення тензорезисторів частіше всього використовують кремній з електропровідністю n - та p -типів. Заготовки такого кремнію ріжуть на мілкі пластинки, шліфують, наносять контакти та приєднують виводи.

Основні параметри тензорезисторів:

1. Номінальний опір тензорезистора - це опір без деформації при t = 20⁰C (як правило воно має величину від кількох десятків до кількох тисяч Ом);

2. Коефіцієнт тензочутливості - відношення відносної зміни опору до відноснрої зміни довжини тензорезистора:

 

. (2.3)

 

Для різних тензорезисторів К лежить в межах від −100 до +200;

3. Гранична деформація тензорезистора.

Деформаційна характеристика - це залежність відносної зміни опору тензорезистора від відносної деформації.

 

Рисунок 3. Деформаційні характеристики тензорезисторів

з кремнію із електропровідністю р - та n – типов

 

ХІД РОБОТИ

1.1. Зберіть схему для вимірювання залежності опору терморезистора від температури.

 

1.2. Ввімкніть по черзі тумблери SB2, SB3,ввиміряйте та занесіть до таблиці 1 значення температури T та опору Rt терморезистора.

Таблиця 1

2. Користуючись даними таблиці 1 побудуйте в координатах Rt = f(T(̊ C)) ВАХ терморезистора, використовуючи Майстер діаграм MS EXCEL.

 

 

3. Користуючись експериментальною ВАХ терморезистора обчисліть значення ТКО при чотирьох значеннях температури.

 

ЗАВДАННЯ

4.1. Назвіть тип напівпровідникових приладів, які мають симетричну ВАХ та нелінійну залежність від прикладеної напруги.

4.2. Назвіть тип напівпровідникових приладів, чий опір залежить від механічної деформації кристалу.

4.3. Назвіть тип напівпровідникових приладів, які мають сильну залежність опору від температури кристала.

4.4. Назвіть тип напівпровідникових приладів, які мають сильну залежність опору від електромагнітного опромінення кристалу.

4.5. Наведіть приклади застосування варисторів.

4.6. Наведіть приклади застосування термісторів.

4.7. Наведіть приклади застосування фоторезисторів.

4.8. Наведіть приклади застосування лінійних напівпровідникових резисторів.

4.9. Вкажіть, в чому полягає відмінність між позистором та термістором.

4.10. Назвіть основні параметри тензорезисторів.

4.11. Назвіть основні параметри терморезисторів.

4.12. Поясніть, чим обумовлена температурна залежність опору терморезхисторів.

4.13. Назвіть основні параметри варисторів.

 

 

5. Вимоги до оформлення звіту.

· Звіт необхідно оформити в текстовому редакторі MS WORD.

· Звіт повинен містити:

- титульну сторінку;

- мету роботи;

- схеми дослідів;

- таблиці з даними;

- графіки ВАХ;

- розрахунки параметрів згідно із індивідуальним завданням.

 

ДОДАТОК

В додатку наведена схема електрична принципова лабораторного макету.

 

Додаток 1

 

Схема електрична принципова лабораторного макету «Дослідження терморезистора»

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ТЕМА: Дослідження стабілітрону.

МЕТА: Дослідити статичні ВАХ стабілітронів та визначити їх основні параметри.

ОБЛАДНАННЯ:

- лабораторний макет;

- вольтметр (тестер).

 

 

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Діод зенера (стабілітрон) — різновид діодів, що в режимі прямих напруг, проводять струм як звичайні діоди, а при зворотній напрузі — струм різко зростає тільки в області напруг близьких до пробою («зенерівська напруга»). Прилад отримав назву на честь імені його першовідкривача Кларенса Зенера.

В основі роботи стабілітрона лежать два механізми:

- лавинний пробій p-n переходу;

- тунельний пробій p-n переходу, також відомий під назвою ефект зенера.

Незважаючи на схожі наслідки, ці два фізичні механізми принципово відрізняються один від одного. Як правило, домінує один із механізмів пробою. В діодах зенера, до напруги 5,6В домінує тунельний пробій, а при вищих напругах — домінуючим стає лавинний пробій (із позитивним температурним коефіцієнтом). При напрузі рівній 5,6В обидва механізми врівноважуються, і тому вибір такої напруги є оптимальним для пристроїв з широким температурним діапазоном використання.

 

Використання.

Стабілітрони широко використовуються для побудови джерел опорної напруги (параметричних стабілізаторів) в різноманітних електронних схемах. Параметричні стабілізатори використовують властивості ВАХ стабілітрона - зберігати на своєму виході практично постійну напругу при коливаннях струму навантаження. Для цього їх під'єднують до джерела напруги через обмежуючий опір (резистор).

 

Рис. 1. ВАХ стабілітрона.	Рис. 2. Схема параметричного стабілізатора.

 

Під дією вхідної напруги через баластний опір буде протікати струм і надлишок вхідної напруги буде гаситися на цьому опорі. Якщо вхідна напруга зросте, це призведе до зростання струму стабілітрона і, отже до підвищення напруги на R_Б, напруга ж на навантаженні залишається приблизно постійною Якщо коливання струму навантаження знаходиться між I_{СТ_min} и I_{СТ_max} (значні коливання), то на стабілітроні напруга буде коливатись в межах U_{СТ min} U_{СТ max} (практично постійна напруга).

 

Види стабілітронів:

· прецизійні - володіють підвищеною стабільністю напруги стабілізації, для них вводяться додаткові норми на тимчасову нестабільність напруги і температурний коефіцієнт напруги (наприклад: 2С191, КС211, КС520);

· двосторонні - забезпечують стабілізацію і обмеження двополярної напруги, для них додатково нормується абсолютне значення несиметричності напруги стабілізації (наприклад: 2С170А, 2С182А);

· швидкодіючі - мають знижене значення бар'єрної ємності (десятки пікофарад) і малу тривалість перехідного процесу (одиниці наносекунд), що дозволяє стабілізувати і обмежувати короткочасні імпульси напруги (наприклад: 2С175Е, КС182Е, 2С211Е).

 

Основні параметри.

Напруга стабілізації - значення напруги на стабілітроні при проходженні заданого струму стабілізації. Пробивна напруга діода, а значить, напруга стабілізації стабілітрона залежить від товщини pn-переходу або від питомого опору бази діода. Тому різні стабілітрони мають різні напруги стабілізації (від 3 до 400 В).

Температурний коефіцієнт напруги стабілізації - величина, що визначається відношенням відносної зміни температури навколишнього середовища при постійному струмі стабілізації. Значення цього параметра у різних стабілітронів різні. Коефіцієнт може мати як позитивні так і негативні значення для високовольтних та низьковольтних стабілітронів відповідно. Зміна знаку відповідає напрузі стабілізації порядку 6В.

Диференціальний опір - величина, що визначається відношенням приросту напруги стабілізації до приросту струму, який його викликав в заданому діапазоні частот.

Максимально допустима розсіювана потужність - максимальна постійна або середня потужність, що розсіюється на стабілітроні, при якій забезпечується задана надійність.

 

ХІД РОБОТИ

1.2. Зберіть схему вимірювання для прямого ввімкнення стабілітрона.

 

16. PV

UR

UVDпр

VD

R

G1 0÷9V

 

1.2. Виміряйте та занесіть до таблиці 1 значення U_VDпр, U_R.

 

 

Таблиця 1

1.3. За формулою І_VDпрям = (U_VDпр - U_R)/ R розрахуйте та внесіть до таблиці 1 значення прямого струму, що протікає через стабілітрон.

 

1.3. Зберіть схему вимірювання для зворотного ввімкнення стабілітрона.

G1 0÷9V

24. PV

UR

UVDпр

VD

R

 

2.2. Виміряйте та занесіть до таблиці 2 значення U_VDзв, U_R.

Таблиця 2

UR
UVDзв
ІVDзвор

 

2.3. За формулою І_VDзвор = (U_VDзв - U_R)/ R розрахуйте та внесіть до таблиці 1 значення зворотного струму, що протікає через стабілітрон.

 

3.1. Користуючись даними таблиці 1 та 2 побудуйте, в одних координатах пряму і зворотну гілки ВАХ стабілітрону, використовуючи Майстер діаграм MS EXCEL.

 

4. Користуючись експериментальною ВАХ стабілітрону виконайте дії, згідно із завданням до лабораторної роботи.

 

ЗАВДАННЯ

4.1. При прямому ввімкненні, обчисліть значення статичного та диференційного опору стабілітрона для І_VDпрям = 50 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.2. При прямому ввімкненні, обчисліть значення статичного та диференційного опору стабілітрона для І_VDпрям = 10 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.3. При прямому ввімкненні, обчисліть значення д статичного опору стабілітрона в 4 точках для І_VDпрям = 10 ÷ 50 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.4. При прямому ввімкненні, обчисліть значення потужності, що розсіюється стабілітроном для І_VDпрям = 50 мА, І_VDпрям = 10 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.5. При прямому ввімкненні, обчисліть значення диференційного опору стабілітрона в 4 точках для І_VDпрям = 0 ÷ 50 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.6. При зворотному ввімкненні, обчисліть значення статичного та диференційного опору стабілітрона для І_VDзвор = 30 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.7. При зворотному ввімкненні, обчисліть значення статичного та динамічного опору стабілітрона для І_VDзвор = 10 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.8. При зворотному ввімкненні, обчисліть значення диференційного опору стабілітрона в 4 точках при І_VDзвор = 5 – 30 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.9. При зворотному ввімкненні, в режимі стабілізації обчисліть значення потужності, що розсіюється стабілітроном для І_VDзвор = 30 мА, І_VDзвор = 5 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.10. При зворотному ввімкненні, обчисліть значення статичного опору стабілітрона в 4 точках при І_VDзвор = 5 – 30 мА. Порівняйте результати між собою та зробіть висновки.

4.11. На ВАХ позначте область лавинного пробою та область насичення.

4.12. Поясніть, які ділянки ВАХ можуть бути використані для стабілізації напруги.

4.13. Поясніть, чому у всіх схемах, де застосовуються кремнієві стабілітрони, послідовно з ними завжди встановлюється резистор?

4.14. На ВАХ виділіть область придатну для стабілізації напруги. Аргументуйте свій вибір.

 

 

5. Вимоги до оформлення звіту.

· Звіт необхідно оформити в текстовому редакторі MS WORD.

· Звіт повинен містити:

- титульну сторінку;

- мету роботи;

- схеми дослідів;

- таблиці з даними;

- графіки ВАХ;

- розрахунки параметрів згідно із індивідуальним завданням.

 

 

ДОДАТОК

В додатку наведена схема електрична принципова лабораторного макету.

 

 

Додаток 1

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ТЕМА: Знаття статичних характеристик БТ в схемі СЕ.

МЕТА: Дослідити статичні ВАХ БТ в схемі спільний емітер та отримати навички по визначенню h - параметрів по ВАХ.

ОБЛАДНАННЯ:

- лабораторний макет;

- вольтметр (тестер).

 

 

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Транзи́стор — напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою прикладеної до додаткового електрода напруги.

Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.

За будовою та принципом дії транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори й польові транзистори. До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.

Принцип дії біполярного транзистора. В біполярному транзисторі носії заряду рухаються від емітера через тонку базу до колектора. База відділена від емітера й колектора p-n переходами. Струм протікає через транзистор лише тоді, коли носії заряду інжектуються з емітера в базу через p-n перехід. В базі вони є неосновними носіями заряду й легко проникають через інший p-n перехід між базою й колектором, прискорюючись при цьому. В самій базі носії заряду рухаються за рахунок дифузійного механізму, тож база повинна бути досить тонкою. Управління струмом між емітером і колектором здійснюється зміною напруги між базою і емітером, від якої залежать умови інжекції носіїв заряду в базу.

Біполярні транзистори розрізняються за полярністю: вони бувають PNP та NPN типу.

Транзистори розрізняються також за матеріалом, за максимальною потужністю, максимальною чаcтотою, за призначенням, за типом корпуса.

Найпоширеніший напівпровідниковий матеріал для виробництва транзисторів — кремній. Використовуються також германій, арсенід галію та інші бінарні напівпровідники.

 

Зовнішній вигляд транзисторів

Оскільки транзистор має три електроди, то для кожного із струмів через два електроди транзистора, існує сімейство вольт-амперних характеристик при різних значеннях напруги на третьому електроді, або струму, який протікає через нього.

Транзистор має два основні застосування: у якості підсилювачі у якості перемикача.

Підсилювальні властивості транзистора зв'язані з його здатністю контролювати великий струм між двома електродами за допомогою малого струму між двома іншими електродами. Таким чином малі зміни величини сигналу в одному електричному колі можуть відтворюватися з більшою амплітудою в іншому колі.

Є три основні схеми ввімкнення транзистора в підсилювальні кола. Залежно від того, приєднано емітер, колектор або базу до загальної точки, розрізняють відповідно схеми із загальним емітером (ЗЕ), колектором (ЗК) або базою (ЗБ).

Схема ЗБ не забезпечує підсилення струму, а лише напруги і має малий вхідний опір (рівний опору емітерного переходу), що робить її не оптимальною для більшості застосувань. В схемі ЗЕ транзисторний каскад забезпечує підсилення як за струмом так і за напругою тому й застосовується в більшості випадків. Схема ЗК забезпечує підсилення струму а підсилення за напругою менше одиниці, однак має високий вхідний та малий вихідний опір, тому й застосовується в якості буферного каскаду між джерелом сигналу та каскадом ЗЕ (низькоомним навантаженням).

Використання транзистора у якості перемикача пов'язане з тим, що приклавши відповідну напругу до одного з його виводів, можна зменшити практично до нуля струм між двома іншими виводами, що називають запиранням транзистора. Цю властивість використовують для побудови логічних вентилів.

 

 

ХІД РОБОТИ

1.4. Зберіть схему вимірювання ВАХ біполярного транзистора.

 

30. PV

Rк

UК

UБ

UЖ к 0÷9V

UЖ б 0÷9V

Rб

UЖ к

Uке

Uбе

UЖ б

VT

 

1.2. Виміряйте та занесіть до таблиці 1 значення U_бе, U_Жб при двох фіксованих значеннях U_ке.

 

Таблиця 1

Uке=
UЖб
Uбе
Іб
Uке=
UЖб
Uбе
Іб

1.3. За формулою І_б = (U_Жб - U_бе)/ R_б розрахуйте та внесіть до таблиці 1 значення струму бази, для кожного значення U_бе.

2.1. Виміряйте та занесіть до таблиці 2 значення U_ке, U_Rк при двох фіксованих значеннях струму бази (для цього використайте відповідні значення U_бе з таблиці 1).

 

Таблиця 2

Іб = (Uбе=)
UЖк
Uке
Ік
Іб = (Uбе=)
UЖк
Uке
Ік

2.2. За формулою І_к = (U_Жк – U_ке)/ R_к розрахуйте та внесіть до таблиці 2 значення колекторного струму, для кожного значення U_ке.

 

3.1. Користуючись даними таблиці 1 побудуйте вхідні ВАХ БТ при двох значеннях U_ке, використовуючи Майстер діаграм MS EXCEL.

3.2. Користуючись даними таблиці 2 побудуйте вихідні ВАХ БТ при двох значеннях І_б, використовуючи Майстер діаграм MS EXCEL.

 

4. Користуючись експериментальними ВАХ БТ виконайте дії, згідно із завданням до лабораторної роботи.

 

ЗАВДАННЯ

4.1. На вхідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «А», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.2. На вхідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «В», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.3. На вхідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «С», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.4. На вхідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «D», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.5. На вхідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «AB», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.6. Використовуючи ВАХ визначте h_11е, поясніть фізичний зміст даного параметра.

4.7. Використовуючи ВАХ визначте h_12е, поясніть фізичний зміст даного параметра.

4.8. Використовуючи ВАХ визначте h_21е, поясніть фізичний зміст даного параметра.

4.9. Використовуючи ВАХ визначте h_22е, поясніть фізичний зміст даного параметра.

4.10. Вкажіть на ВАХ області, що відповідають режимам: активному, відсічки, насичення.

 

5. Вимоги до оформлення звіту.

· Звіт необхідно оформити в текстовому редакторі MS WORD.

· Звіт повинен містити:

- титульну сторінку;

- мету роботи;

- схеми дослідів;

- таблиці з даними;

- графіки ВАХ;

- розрахунки параметрів згідно із індивідуальним завданням.

Додаток 1

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

ТЕМА: Знаття статичних характеристик МДН ПТ в схемі СВ.

МЕТА: Дослідити статичні ВАХ ПТ в схемі спільний витік та отримати навички по визначенню h - параметрів по ВАХ.

ОБЛАДНАННЯ:

- лабораторний макет;

- вольтметр (тестер).

 

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Транзи́стор — напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою прикладеної до додаткового електрода напруги.

Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.

За будовою та принципом дії транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори й польові транзистори. До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.

Польовими транзисторами називаються напівпровідникові елементи, що на відміну від звичайних біполярних транзисторів керуються електричним полем, тобто практично без витрат потужності керуючого сигналу.

Класифікація

Розрізняють шість різних типів польових транзисторів. Їхні умовні позначення в електричних схемах зображено на рис. 1.

 

а)	в)
2. б)

 

Рис. 1. Схемні позначення польових транзисторів: а – дискретний транзистор; б – інтегральний транзистор; в – класифікація.

 

Керуючим електродом транзистора є затвор З. Він дозволяє керувати значенням опору між стоком С і витоком В. Керуючою напругою є напруга Uзв. Більшість польових транзисторів є симетричними, тобто їхні властивості не змінюються, якщо електроди С і В поміняти місцями. У транзисторах з керуючим переходом затвор відокремлено від каналу СВ n-р - або р–n - переходом. При правильній полярності напруги Uзв діод, утворений переходом затвор – канал, закривається й ізолює затвор від каналу; при протилежній полярності він відкривається. У польових транзисторів з ізольованим затвором, або МДН-транзисторів, затвор відділений від каналу СВ тонким шаром SiО2. При такому виконанні транзистора струм через затвор не буде протікати при будь-якій полярності напруги на затворі. Реальні струми затворів польових транзисторів з керуючим переходом складають від 1 пА до 1 нА, а для МДН-транзисторів вони в середньому менше в 10³ разів. Вхідні опори для транзисторів з керуючим переходом складають від 10¹⁰ до 10¹³ Ом, а для МДН-транзисторів – від 10¹³ до 10¹⁵ Ом. Аналогічно розподілу біполярних транзисторів на р–n–р- і n–р–n транзистори польові транзистори поділяються на р-канальні і n-канальні. У n-канальних польових транзисторів струм каналу стає тим меншим, чим сильніше падає потенціал затвора. У р-канальних польових транзисторів спостерігається зворотне явище.

Через польові транзистори з керуючим переходом при напрузі U_ЗВ = 0 про­тікає найбільший струм стоку. Такі транзистори називають нормально відкри­тими. Аналогічні властивості мають МДН-транзистори збідненого типу. Навпа­ки, МДН-транзистори збагаченого типу закриваються при значеннях U_ЗВ, близь­ких до нуля. Їх називають нормально закритими. Струм стоку протікає через n-канальні МДН-транзистори збагаченого типу тоді, коли U_ЗВ перевищує деяке додатне значення.

У n-канальних польових транзисторів до витоку необхідно при­класти більш від’ємний потенціал, ніж до стоку.

Якщо ж потрібно два керуючі електроди, то використовують так звані МДН-тетроди або двозатворні МДН-транзистори, що мають два рівноцінних затвори.

 

Основні параметри ПТ.

1. Крутість передатної характеристики:

Типові значення параметрів малопотужного польового транзистора складають: S_В = 2,..., 20 мА/В.

2. Диференційий вихідний опір:

.

Граничні електричні параметри польових транзисторів подібні до аналогічних параметру в біполярних транзисторів.

 

Основні схеми увімкнення.

За аналогією з біполярними транзисторами і залежно від того, який електрод підключається до точки постійного потенціалу, розрізняють три схеми включення ПТ: із спільним витоком (ЗВ), спільним стоком (ЗС), спільним затвором (ЗЗ).

Схема ЗВ – є подібною до схеми із загальним емітером для біполярного транзистора. Відмінність полягає в тому, що для ПТ з керуючим p-n переходом діод канал – затвор включено у зворотньому напрямку, тому вхідний струм при цьому практично дорівнює нулеві, а вхідний опір дуже великий. Для ПТ МДН типу затвор взагалі відділений від каналу діелектриком, тому вхідний струм затвору таких ПТ ще менший.

Як правило, для польових транзисторів схеми ЗЗ майже не застосовуються, оскільки при цьому включенні не використовується властивість високоомності кола затвор – витік транзистора.

Схема із загальним стоком має значно більший вхідний опір, ніж схема з загальним витоком. У більшості випадків, однак, це не має особливого значення, оскільки воно досить велике і для схем із загальним витоком. Перевагою такої схеми є те, що вона істотно зменшує вхідну ємність каскаду.

Для ПТ характерним є більш низький рівень власних шумів та наявність «термостабільної» робочої точки. Оскільки ВАХ ПТ при малих значеннях напруги стік – витік майже така ж сама, як в омічного опору, значення якого можна змінювати в широких межах шляхом зміни напруги затвор – витік, польові транзистори широко застосовують як керований опір в подільниках напруги, а генератори струму на ПТ відрізняються максимальною простотою реалізації.

 

 

ХІД РОБОТИ

1.5. Зберіть схему вимірювання ВАХ польового транзистора.

51. PV

Rс

Uс

Uз

UЖ с 0÷9V

UЖ с

Uсв

U зв

VT

UЖ з 0÷9V

 

1.2. Виміряйте та занесіть до таблиці 1 значення U _зв, U_{Ж с} при двох фіксованих значеннях U_св.

Таблиця 1

Uсв =
UЖс
Uзв
Іс
Uсв =
UЖс
Uзв
Іс

1.3. За формулою І_с = (U_Жс – U_св)/ R_с розрахуйте та внесіть до таблиці 1 значення струму стоку, для кожного значення U_зв.

2.1. Виміряйте та занесіть до таблиці 2 значення U_св, U_Жс при двох фіксованих значеннях напруги на затворі U_зв (для цього використайте відповідні значення U_зв з таблиці 1).

Таблиця 2

Uзв=
UЖс
Uсв
Іс
Uзв=
UЖс
Uсв
Іс

2.2. За формулою І_с = (U_Жс – U_св)/ R_с розрахуйте та внесіть до таблиці 2 значення струму стоку ПТ, для кожного значення U_св.

3.1. Користуючись даними таблиці 1 побудуйте прохідну ВАХ ПТ при двох значеннях U_св, використовуючи Майстер діаграм MS EXCEL.

3.2. Користуючись даними таблиці 2 побудуйте вихідні ВАХ ПТ при двох значеннях U_зв, використовуючи Майстер діаграм MS EXCEL.

4. Користуючись експериментальними ВАХ ПТ виконайте дії, згідно із завданням до лабораторної роботи.

 

ЗАВДАННЯ

4.1. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «А», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.2. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «В», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.3. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «С», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.4. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «D», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.5. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «AB», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.6. Вкажіть, які переваги мають польові транзистори у порівнянні з біполярними. Наведіть типи та умовні позначення польових транзисторів.

4.7. Поясніть принцип побудови та роботи польового транзистора з керуючим p-n переходом та ПТ МДН типу.

4.8. Зобразіть ВАХ ПТ з керуючим p-n переходом та ПТ МДН типу.

4.9. Поясніть як за ВАХ ПТ визначити диференційні параметри.

 

5. Вимоги до оформлення звіту.

· Звіт необхідно оформити в текстовому редакторі MS WORD.

· Звіт повинен містити:

- титульну сторінку;

- мету роботи;

- схеми дослідів;

- таблиці з даними;

- графіки ВАХ;

- розрахунки параметрів згідно із індивідуальним завданням.

 

 

ДОДАТОК

В додатку наведена схема електрична принципова лабораторного макету.

 

Додаток 1

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

ТЕМА: Дослідження БТ в ключовому режимі.

МЕТА: Дослідити режими роботи БТ при яких транзистор працює в ключовому режимі та отримати навички по розрахунку параметрів схеми.

ОБЛАДНАННЯ:

- лабораторний макет;

- вольтметр (тестер).

 

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.

За будовою та принципом дії транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори й польові транзистори. До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.

Транзистор має два основні застосування: у якості підсилювачі у якості перемикача.

Транзисторні ключі.

В імпульсних та цифрових пристроях часто виникає необхідність комутації електричних кіл. Така комутація повинна відбуватись під управлінням електричного сигналу, який повинен керувати розмиканням та замиканням кола. Такі функції реалізуються з допомогою біполярних та польових транзисторів, які працюють в ключовому режимі. Ці транзистори виконують роль електричних ключів, які можуть знаходиться в двох станах: в одному з них транзистор в провідному стані (комутуєме коло замкнуте), транзисторний ключ відкритий; в іншому - транзистор не проводить струм, ключ закритий (комутуєме коло розімкнуте).