ЭиС 3
.docx
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет: Информатика и вычислительная техника
Лабораторная работа №3
По дисциплине «Электроника и схемотехника»
«Исследование биполярного транзистора»
Выполнил:
студент 3-го курса
группа ВКБ – 33
Егоров Н.В.
Преподаватель:
Старший преподаватель кафедры «Электротехника и электроника».
Вишневецкий В.Б.
ЦЕЛИ РАБОТЫ
Измерить и построить статические характеристики биполярного транзистора;
Определить динамические параметры транзистора для некоторого положения рабочей точки;
Сделать выводы.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Статические характеристики биполярного транзистора показывают зависимости входных или выходных токов от напряжений при некоторых фиксированных значениях других токов и напряжений.
Входная характеристика биполярного транзистора показывает зависимость тока базы от напряжения база – эмиттер при постоянном напряжении коллектор – эмиттер, равного, как правило 5 В, то есть: IБ(UБЭ) при UКЭ = 5 В. Для измерения входной характеристики следует подавать на базу транзистора (через ограничительное сопротивление) заданные токи, измеряя соответствующие им значения напряжений база – эмиттер. При этом потенциал коллектора должен быть постоянным и равным, как правило, UКЭ = 5 В.
Входная характеристика имеет два участка, различных по своему практическому применению: 1-й участок, являющийся нелинейным, не может быть применен для создания усилительного режима транзистора, поскольку сила тока в нем изменяется с ростом напряжения UБЭ по сложному, нелинейному закону; 2-й участок является линейным, и поэтому может быть применен для усилительного режима транзистора.
На линейном участке входной характеристики может быть определено входное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером; оно определяется по формуле:
Входное сопротивление транзистора определяет величину входного сопротивления усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером.
Семейство выходных характеристик представляет собой зависимости тока коллектора от напряжения коллектор – эмиттер при постоянных токах базы, то есть: IК(UКЭ) при IБ = const.
Для измерения выходной характеристики следует устанавливать заданные значения напряжений коллектор – эмиттер UКЭ, измеряя соответствующие им значения токов коллектора. При этом величина тока базы должна оставаться неизменной для всей серии эксперимента.
Каждая из выходных характеристик также имеет два участка: 1-й, на котором ток коллектора нелинейно зависит от напряжения коллектор – эмиттер (на этом участке невозможно усиление); и 2-й участок, на котором ток коллектора зависит от напряжения коллектор – эмиттер практически линейно (на этом участке можно реализовать усилительный режим транзистора).
На линейном участке каждой из выходных характеристик может быть определено выходное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером; оно определяется по формуле:
Выходное сопротивление транзистора определяет величину выходного сопротивления усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером.
На линейном участке каждой из выходных характеристик также может быть определен коэффициент усиления по току транзистора по схеме с общим эмиттером; он определяется по формуле:
Коэффициент усиления по току транзистора определяет его усилительные свойства, и по этому значению могут быть рассчитаны также коэффициенты усиления по напряжению и по мощности усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером.
На основании полученных значений RВХ, RВЫХ и KI может быть рассчитан усилитель, работающий в режиме малого сигнала, то есть, при таком значении амплитуды входного напряжения, которое позволяет ему изменяться на линейном участке входной характеристики.
При работе в режиме малого сигнала усилитель является линейный электронным устройством и форма сигнала на его выходе совпадает с формой сигнала на его входе.
Усилители, работающие в режиме малого сигнала, называются предварительными усилителями (предусилителями). Такие устройства применяются для усиления токов и напряжений небольшой мощности в первичных каскадах усиления.
Определение параметров RВХ, RВЫХ и KI может быть использовано для отыскания амплитуд токов и напряжений при том условии, что данный усилитель работает в рассмотренном ранее режиме малого сигнала.
Если известна амплитуда входного напряжения, то амплитуда входного тока может быть определена по формуле:
Далее, после отыскания величины Im вх, можно определить амплитуду выходного тока:
И, наконец, при известной величине амплитуды выходного тока, можно определить амплитуду выходного напряжения:
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Для построения входной характеристики транзистора следует собрать схему, представленную на рис. 3.1. Результаты измерений следует занести в табл. 3.1.
Построение выходных характеристик следует также производить при помощи схемы, показанной на рис. 3.2, но показания вольтметра pV уже не следует учитывать. Результаты этих измерений следует занести в табл. 3.2.
Вычисление параметров транзистора в режиме малого сигнала следует производить по формулам (3.1), (3.2); (3.3). Положение рабочей точки следует выбрать так, чтобы на входной характеристике она располагалась на линейном участке, а на выходных – приблизительно в центре линейных участков кривых IК(UКЭ).
Рис. 3.1 Схема для снятия входной и семейства выходных характеристик биполярного транзистора
Табл. 3.1 Данные для построения входной характеристики |
|||||||||
IБ, мА |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
UБЭ, B |
745,9 |
778,5 |
801,1 |
819,2 |
834,6 |
848,1 |
860,3 |
871,4 |
881,8 |
Табл. 3.2 Данные для построения семейства выходных характеристик |
||||||||
IБ = 0,2 мА |
46,19 |
49 |
49,33 |
49,98 |
51,94 |
53,25 |
54,56 |
56,52 |
IБ = 0,3 мА |
62,18 |
67,46 |
67,92 |
68,81 |
71,52 |
73,32 |
75,12 |
77,82 |
IБ = 0,4 мА |
75,16 |
83,73 |
84,29 |
85,41 |
88,77 |
91,01 |
93,24 |
96,6 |
IБ = 0,5 мА |
85,83 |
98,44 |
99,1 |
100,4 |
104,4 |
107,0 |
109,6 |
113,6 |
IБ = 0,6 мА |
94,69 |
112,0 |
112,7 |
114,2 |
118,7 |
121,7 |
124,7 |
129,2 |
IБ = 0,7 мА |
102,1 |
124,5 |
125,4 |
127,8 |
132,0 |
135,4 |
138,7 |
143,7 |
UКЭ, B |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
7 |
9 |
12 |
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Входная характеристика транзистора, построенная по данным табл. 3.1.
Семейство выходных характеристик транзистора, построенные по данным табл. 3.2.
Рассчитанные параметры малого сигнала.
ВЫВОДЫ
При работе в режиме малого сигнала транзистор представляет собой линейное устройство, способное передавать форму входного сигнала без существенных искажений.
Недостатком биполярного транзистора является его невысокое входное сопротивления, затрудняющее согласование усилителя с последующими устройствами, а также высокое выходное сопротивление, не позволяющее считать усилитель на биполярном транзисторе идеальным источником напряжения.