Лабораторная работа № 3. Определение свойств, параметров и семейств статических вольт - амперных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

1 Цель работы

Цель работы - достичь понимания свойств и характеристик биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером, приобрести навыки экспериментального определения семейств их статических вольт - амперных характеристик (ВАХ) и научиться использовать их для практического определения соответствия параметров биполярных транзисторов техническим условиям или справочным данным.

2 Задачи работы

2.1 Изучить теоретический материал по биполярным транзисторам, схемам их включения и семействам ВАХ.

2.2 Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.

2.3 По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.

3 Программа работ

3.1 Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы.

3.2 Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениям в биполярных транзисторах, свойствам и параметрам полупроводниковых биполярных транзисторов, включенных в схеме с общим эмиттером по конспекту лекций по дисциплине "Твердотельная электроника" и литературе [1-4].

3.3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.

3.4 Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и подготовить его к работе.

3.5 Снять семейство входных статических ВАХ биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.

3.6 Снять семейство выходных ВАХ этого же транзистора.

3.7 Построить графики полученных ВАХ.

3.8 Выбрать рабочую точку на прямолинейном участке одной из ВАХ семейства выходных характеристик и определить для этой точки значения h-параметров.

3.9 Рассчитать по семействам выходных ВАХ зависимости статического R_c и динамического R_д сопротивлений, а также выделяемой в транзисторе мощности Р_vт от тока коллектора.

3.10 Определить по справочнику параметры предельных режимов работы транзистора и отметить их на семействах ВАХ.

3.11 Построить нагрузочную прямую на семействе выходных ВАХ для нагрузки сопротивлением R=250 Ом при напряжении питания U=15 В. Определить напряжение насыщения и отсечки, а также токи при этих напряжениях. Построить зависимость выделяемой в транзисторе мощности от входного тока при переводе транзистора из режима отсечки в режим насыщения.

3.12 Сравнить параметры исследованного транзистора с техническими условиями или со справочными данными.

3.13 Используя экспериментальные данные, полученные при определении семейств входных и выходных ВАХ, построить семейства статических ВАХ прямой передачи тока и обратной связи по напряжению.

3.14 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованного транзистора техническим условиями.

3.15 Защитить отчет.

4 Методические рекомендации

4.1 При изучении теоретического материала обратить внимание на принцип работы биполярного транзистора, свойства биполярных транзисторов в различных схемах включения и их параметры. Повторить условные обозначения элементов в электрических цепях и их буквенные обозначения по действующим ГОСТам.

4.2 Работа выполняется на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы необходимо использовать сменный планшет №6. Рекомендуемые приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения ГН2 (0,5-15 В), находящиеся на нижней панели стенда, 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3) биполярный транзистор, выдаваемый преподавателем (типа n-p-n либо p-n-p), 4) соединительные провода.

4.3 Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин необходимо устанавливать переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения.

4.4 При снятии входных ВАХ необходимо обратить внимание на полярности источников и приборов, указанные на схеме планшета (рисунки 1 и 2) и собрать схему в строгом соответствии с этими полярностями. Переключатель мультиметра – измерителя напряжения установить в положение 0,2 В, а измерителя тока в положение 0,5 мА. Для измерения выходных напряжений использовать мультиметр – измеритель напряжения, переключив его на соответствующий предел (20 В). Перед началом эксперимента подключить стенд к сети 220 В, 50 Гц. Установить рукоятки источников ГТ и ГН2 "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее положение против часовой стрелки.

Рисунок 1 – Схема снятия входных характеристик p-n-p транзистора

Рисунок 2 - Схема снятия входных характеристик n-p-n транзистора

После проверки собранной схемы преподавателем включить стенд, поставив включатель «Сеть» в положение "I". При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, снять показания мультиметров в 10 -12 точках в диапазоне тока базы от 0 до 0,5 мА. Поскольку семейство входных характеристик должно сниматься при постоянном выходном напряжении, то при изменении тока базы необходимо периодически следить с помощью мультиметра – вольтметра за тем, чтобы выходное напряжение не изменялось. При обнаружении его изменения необходимо ручкой регулятора ГН2 восстановить первоначально установленную его величину. Рекомендуется семейство входных ВАХ снимать при следующих постоянных напряжениях коллектор-эмиттер 0; 0,5; 5; 10; 15 В. Затем выключить стенд, полученные значения токов и напряжений занести в таблицу.

4.5 Перед проведением эксперимента по определению семейства выходных ВАХ необходимо разобрать схему, собранную для проведения предыдущего эксперимента и установить все рукоятки регуляторов в исходное положение.

4.6 Для определения выходных статических ВАх биполярного транзистора ток коллектора рекомендуется измерять на пределе мультиметра 20 мА. После проверки собранной схемы (рисунок 2 или 3 в зависимости от типа транзистора) необходимо включить стенд, задать с помощью генератора тока ГТ ток базы и поддерживать его постоянным в ходе эксперимента по определению каждой выходной ВАХ всего семейства. Рекомендуемый ряд задаваемых в этом эксперименте токов базы - 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мА. Контролировать ток необходимо мультиметром – амперметром, включаемым вместо перемычки П.

Рисунок 3 - Схема снятия выходных характеристик p-n-p транзистора

При каждом из этих значений тока базы необходимо снять 10-15 точек ВАХ в диапазоне изменения напряжения коллектор-эмиттер от 1 до 15 В. Поскольку ток коллектора наиболее круто возрастает в диапазоне от 0 до 1 В, то в этом диапазоне рекомендуется снять 10 точек с шагом 0,1 В. Не следует забывать о поддержании тока базы постоянным.

Рисунок 4 - Схема снятия выходных характеристик n-p-n транзистора

4.7 Определить начальный ток эмиттера при 10 В напряжения коллектор-эмиттер и разомкнутой цепи базы. Эксперимент проводить как можно быстрее во избежание излишнего саморазогрева транзистора.

4.8 После окончания экспериментов отключить стенд. Построив от руки в рабочей тетради графики полученных семейств ВАХ, показать преподавателю.

4.9 По экспериментальным данным, полученным в ходе выполнения данной лабораторной работы, построить графики семейств статических ВАХ прямой передачи и обратной связи.

4.10 Построить графики семейства зависимостей статического коэффициента передачи тока базы от тока коллектора.

4.11 Построить графики семейства зависимостей мощности рассеяния на транзисторе от напряжения коллектор-эмиттер. При расчетах учитывать потери не только от тока коллектора, но и от тока базы.

4.12 На графиках семейства выходных ВАХ отметить границы предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора.

4.13 Рассчитать h-параметры рабочей точки, выбранной на одной из выходных ВАХ при напряжении 10 В, определив также ее координаты на соответствующей входной ВАХ. Расчет рекомендуется вести графо-аналитическим способом. При этом следует иметь в виду, что значения приращения тока коллектора, используемые при расчете параметров h21 и h22 имеет различную величину, также как и приращения входного напряжения при определении h11 и h12.

4.14 Аналогично рассчитать значения h-параметров для остальных точек семейств ВАХ и построить их графики.

4.15 Рассчитать значения статического и динамического сопротивлений от входного и выходного напряжений по входным и выходным ВАХ и построить их графики.

4.16 При оформлении отчета руководствоваться требованиями к оформлению отчетов по лабораторным работам кафедры «Промышленная электроника».

5 Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие разделы:

цель и программа работ,

описание методики, принципиальных электрических схем для определения семейств ВАХ транзистора в схеме с ОЭ с приведением всех используемых приборов, разъемов и их буквенных обозначений, а также таблиц со значениями экспериментальных данных.

графики семейств статических ВАХ транзистора в схеме с ОЭ с обозначенными на них границами предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора.

расчет зависимостей Rc и Rд от входного и выходного напряжений и графики этих зависимостей.

справочные данные исследуемого транзистора и его эскизы с указанием названия электродов,

расчет h-параметров и графики их изменения,

расчет коэффициента В прямой передачи тока базы и графики его изменения,

расчет мощности, выделяемой в транзисторе и графики ее изменения без нагрузки и с нагрузкой,

выводы по работе,

список литературы, использованной при проведении работы.

6 Вопросы для самоконтроля

6.1 Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы.

В чем заключается цель лабораторной работы?

Какие приборы используются при выполнении лабораторной работы?

Как определяется семейства входных ВАХ транзистора?

Как определяется семейства выходных ВАХ диода?

Какие пределы измерения выставляются на приборах при определении входных и выходных ВАХ транзистора?

Как определить начальный ток эмиттера?

6.2Вопросы для защиты лабораторной работы

В чем заключается принцип действия биполярного транзистора и особенности физических процессов в нем при различных режимах?

Каковы особенности работы биполярного транзистора в схеме с ОЭ по сравнению с другими схемами включения?

Какими причинами объясняется нелинейный характер ВАХ ?

Какие параметры биполярного транзистора в схеме с ОЭ ВЫ знаете?

Что такое предельные режимы работы транзистора?

Какие области на графиках семейств ВАХ каким режимам соответствуют?

Как по двум различным семействам ВАХ построить остальные семейства?

Каковы области применения транзисторов в схеме с ОЭ ?

В чем заключаются методики проведения экспериментальной и расчетной частей лабораторной работы ?

Как биполярные транзисторы маркируются и обозначаются в схемах электрических цепей ?

Каковы схемы замещения биполярных транзисторов ?

7 Приложение