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 Iб = f(Uб) при UК = const, а выходными – IК = f(UК) при Iб = 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 UКЭ = const, где b – статический коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером.
, при UКб = 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, IК доп. и IЭ доп.
Максимально допустимые величины напряжения на коллекторном и эмиттерном p-n-переходах, устанавливаемые исходя из опасности пробоя перехода, UК доп. и UЭ 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 Iб = f(Uб) при UК = const, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ) при UК = 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 «– UВХ», тумблеры В1, В3, В4, В6, В9, В11 – в положение «Вкл.», а тумблеры В2 и В5 разомкнуть. Напряжение источника питания регулируется потенциометром «Рег. напряж. ЕК» и контролируется вольтметром «Напряжение ЕК». Регулирование входного напряжения осуществляется потенциометром «Рег. напряжения UВХ» и контролируется вольтметром, включенным в гнезда Г1 и Г3 (Г4, Г5).
2. Снять семейство выходных характеристик транзистора IK = f(UK) при Iб = const, включенного по схеме с ЭО, при фиксированных значениях тока базы Iб = 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.
