3. Лабораторная работа № 2 «Экспериментальное исследование характеристик полевого транзистора».

Цель работы

Цель работы

3. Изучение характеристик, параметров и режимов работы биполярного транзистора.

4. Снятие входных и выходных статических характеристик биполярного транзистора.

Приборы и элементы

В данной лабораторной работе используются модули лабораторного стенда:

6. «Транзисторы»;

7. «Функциональный генератор»;

8. «Мультиметры»;

9. «Миллиамперметры»;

10. Осциллограф.

Параметры приборов и элементов

В модуле «Мультиметры» используются приборы типа MY67, диапазон измерений которых приведен в табл.6.

Диапазоны измерений мультиметров Таблица 6.

Измеряемая величина	MY-67		MY-68
	Диапазон измерений	Погрешность измерения	Диапазон измерений	Погрешность измерения
Напряжение постоянного тока	1000 В	±0,8% ±2 D	1000 В	±0.5% ±2 D
Напряжение переменного тока	750 В	±1,2% ±3D	750 В	±0.5% ±3 D
Постоянный ток	400,0 мкА; 400,0 мА 10,00 А	±0,8% ±2 D ±1.2% ±2D ±2.0% ±5 D	326,0 мкА; 326,0 мА 10,00 А	±1.2% ±3D ±2.0% ±5 D
Переменный ток	400,0 мкА; 400,0 мА 10,00 А	±0,8% ±3 D ±1.2% ±3D ±3.0% ±5 D	326,0 мкА; 326,0 мА 10,00 А	±1.5% +5D ±3.0% ±7 D
Сопротивление	40,00 МОм	±1.2% ±2D	32,60 МОм	±1.2% +2D

В модуле «Миллиамперметры» используются приборы магнитоэлектрической системы, диапазон измерений которых приведен в табл.2.

Модуль «Функциональный генератор» (рис.6.) предназначен для получения измерительных сигналов синусоидальной и прямоугольной форм с плавно регулируемой амплитудой и частотой.

Форма выходного сигнала устанавливается с помощью тумблера «Форма». Установка поддиапазона генерируемой частоты выполняется с помощью переключателя «Множитель», плавная установка частоты в поддиапазоне - с помощью регулятора «Частота».

Индикация в модуле выполнена:

• текущей частоты на 4-сегментном индикаторе;

• поддиапазона «Гц» и «кГц» с помощью светодиодов в левой части индикатора.

Плавная регулировка величины выходного напряжения производится регулятором «Амплитуда».

Рис.6. Модуль «Функциональный генератор».

Технические характеристики генератора приведены в табл. 7.

Технические характеристики генератора. Таблица 7.

Наименование параметра	Значение
Напряжение питания	~220 В ±10%
Максимальный ток нагрузки	0,3 А
Амплитуда выходного напряжения	0,1. ..11 В
Частотный диапазон	10... 100 000 Гц
Погрешность измерения частоты	±5%
Выходное сопротивление	2Ом

Для проведения лабораторных работ необходим двухканальный осциллограф, например GOS-620, C1-117 или аналогичный им.

При применении двухканального осциллографа возникает опасность коротких замыканий в схеме через два провода измерительных входов, связанных с корпусом осциллографа. Осциллографы, подключаемые евровилкой к трехпроводной сети, на своём корпусе «⊥» (общих выводах измерительных входов) будут иметь потенциал заземляющего (зануляющего) провода. Об этом следует помнить при обеспечении электробезопасности. Осциллограф должен быть специально подготовлен к работе на стенде.

От осциллографа в исследуемую схему должен идти только один провод, связанный с корпусом «⊥». Этот провод необходимо сохранить в кабеле, предназначенном для измерения меньших напряжений. При этом оба сигнала будут измеряться относительно точки, к которой подсоединен корпус осциллографа («⊥»).

Аналогично, сигнал внешней синхронизации должен подаваться на вход внешней синхронизации одним проводом. При этом сигнал подается относительно точки, к которой подключен корпус осциллографа («⊥»).

Эти рекомендации являются обязательными. Их невыполнение может привести к выходу из строя модулей комплекса.

Описание лабораторной установки

В лабораторной работе исследуется биполярный транзистор. Передняя панель лабораторного модуля «Транзисторы» представлена на рис. 7.

На мнемосхеме изображены: биполярный транзистор VT1, полевой транзистор VT2, потенциометр RP1 для изменения напряжения, подаваемого на базу (затвор), токоограничивающий резистор R1, резистор нагрузки R2, сопротивление которого изменяется переключателем SA1. Величины сопротивлений, соответствующие положениям переключателя приведены в табл.8.

Величины сопротивлений, соответствующие положениям переключателя SA1. Таблица 8

№ позиции	1	2	3	4	5
Сопротивление, кОм	1	1,2	1,5	1,8	2,2

Рис. 7. Модуль «Транзисторы».

Величина постоянного напряжения, подаваемого на коллектор (сток) регулируется потенциометром RP2. Переключатель SA2 предназначен для включения переменного или постоянного напряжения. Для подачи на коллектор (сток) только положительных полуволн переменного напряжения служит диод VD. Ток в этой цепи ограничивает резистор R3. Резистор R_G имитирует внутреннее сопротивление источника входного сигнала. Конденсатор С исключает влияние внутреннего сопротивления источника входного сигнала на положение рабочей точки покоя. Шунт R_ш = 10 Ом служит для осциллографирования сигнала, пропорционального току через транзистор. На передней панели размещены также гнезда для осуществления внешних соединений (XI - Х16).

На рис. 8 приведена схема внешних соединений, производимых при выполнении работы.

Рис. 8. Схема внешних соединений.

Краткие сведения из теории

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, усилитель­ные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал, и управляемым электри­ческим полем.

Полевой транзистор в отличие от биполярного иногда назы­вают униполярным, так как его работа основана на использова­нии только основных носителей заряда — либо электронов, либо дырок. Поэтому в полевых транзисторах отсутствуют процессы изменения (накопления и рассасывания) объемного заряда неос­новных носителей, оказывающие заметное влияние на быстродействие биполярных транзисторов. Основным способом движения носителей заряда, образующих ток полевого транзистора, является их дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором соз­дается рабочий ток полевого транзистора, называют каналом.

Полевой транзистор — полупроводниковый усилительный при­бор, которым управляет не ток (как биполярным транзистором), а напряжение (электрическое поле, отсюда и название — полевой), осуществляющее изменение площади поперечного сечения прово­дящего канала, в результате изменяется выходной ток транзи­стора.

На рис. 9. приведены выходные и передаточные характеристики полевого транзистора с управ­ляющим p-n-переходом для схемы включения с ОИ.

(а) (б)

Рис. 9. Статические выходные (а) и передаточные (б) ВАХ полевого транзистора с управ­ляющим p-n-переходом для схемы включения с ОИ.

Передаточные и выходные ВАХ для МДП-транзистора с индуцированным каналом приведены на рис. 10.

(а) (б)

Рис. 10. Статические выходные (а) и передаточные (б) ВАХ МДП - транзистора с индуцированным каналом.

Передаточные и выходные ВАХ МДП-транзистора со встроенным каналом, включенного по схеме с ОИ, показаны на рис. 11.

(а) (б)

Рис. 11. Статические выходные (а) и передаточные (б) ВАХ МДП - транзистора со встроенным n - каналом.

Порядок проведения экспериментов

1. Собратъ схему (см. рис. 8.) для снятия характеристик полевого транзистора. Между гнездами Х2, Х6 включить микроамперметр на пределе 100 мкА и соединить перемычкой гнезда Х9-Х12. Подать регулируемое постоянное напряжение на затвор транзистора VT2. Между гнездами Х1 - Х4 включить миллиамперметр на пределе 10 мА. Соединить перемычкой гнезда ХЗ-Х8. Включить вольтметры (мультиметры) на пределе 20 В между гнездами Х2-Х5 и Х4-Х16. Тумблер SA2 установить в нижнее положение.

2. Снять статическую характеристику зависимости тока стока от напряжения U_си I_с=f(U_си) при различных значениях напряжения U_зи и при R_K=0. Для этого дополнительно поставить перемычку между гнездами Х1-ХЗ. Включить «Модуль питания стенда», включить тумблер «Питание» на модуле «Транзисторы». Экспериментальные точки здесь и далее записывать в таблицу и наносить на график, построенный при предварительной подготовке.

3. Снять характеристику зависимости тока стока от напряжения U_си I_с=f(U_си) при различных значениях напряжения U_зи при наличии нагрузки R_K.Убрать перемычку между гнездами XI, ХЗ. С помощью переключателя SA1 установить заданное значение резистора R2. Произвести измерения. Результаты занести в соответствующую таблицу. Выключить тумблер «Питание»;

4. по построенной в п3 характеристике определить U_{си нас} и U_{си проб}.

Обработка результатов экспериментов

По результатам опытов построить характеристики полевого транзистора, определить его параметры, сравнить расчет и опыт.

Содержание отчета

1. наименование и цель работы;

2. принципиальные электрические схемы для выполненных экспериментов;

3. результаты экспериментальных исследований и проведенных по ним расчетов, помещенные в соответствующие таблицы; определить по экспериментальным характеристикам прямой передачи по току статический коэффициент передачи тока В и коэффициент усиления каскада по току К_i; при заданной нагрузке вблизи рабочей точки покоя для заданного класса усиления:

;

4. экспериментально снятые и построенные характеристики;

5. обработанные осциллограммы;

6. рассчитать потери в транзисторе в рабочей точке покоя в классе А (Р_кр =U_кp I_кр), в режиме насыщения Р_кн, отсечки Р_ко и средние потери в ключевом режиме при относительной длительности импульса 0,5 (Р_кр._ср = 0,5Р_кн+ 0,5Р_ко), воспользовавшись экспериментально снятыми характеристиками. Сравнить потери в классе Аив ключевом режиме. Указать, какие потери в ключевом режиме не учтены;

7. выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Каков принцип действия транзистора?

2. Какие существуют схемы включения транзисторов?

3. Какова полярность напряжений, прикладываемых к изучаемому полевому транзистору?

4. Как выглядят выходные статические характеристики в схеме с общим истоком?

5. Что такое передаточная характеристика полевого транзистора? Как ее построить? Как она видоизменяется при наличии нагрузки? Как ее снять?

6. Как снять статические выходные характеристики?

7. Как построить линию нагрузки?

8. Как выбрать рабочую точку покоя в классах А, АВ, В, D?

9. Сравните полевой и биполярный транзисторы.

10. Каково назначение элементов усилителя?

11. Как определить коэффициент усиления каскада по току и напряжению (графически и экспериментально)?

12. Что такое область активного усиления, насыщения, отсечки?

13. Что такое ключевой режим, каковы его преимущества?