Лабораторныные работы id326771771 / ЛР4 Электроника 1.1
.docxМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
Инженерная школа энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
«Исследование режимов работы биполярного транзистора»
Лабораторная работа №4
по дисциплине:
Электроника 1.1
Выполнил: :
|
|
||||
студент гр. 5А03 |
|
|
Шкарпетин А.С. |
|
25.11.2022 |
|
|
|
|
|
|
Проверил:
|
|
||||
доцент ОЭЭ ИШЭ |
|
|
Воронина Н.А. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Томск – 2022
Цель работы:
Экспериментально установить различные классы усиления биполярного транзистора. Определить оптимальную точку покоя и максимальную амплитуду неискажённого выходного сигнала, а также минимальную амплитуду входного напряжения, при которой транзистор переходит в режим насыщения.
Оборудование:
Источник питания, источник сигнала, осциллограф, выпрямительный диод, биполярный транзистор, потенциометр, резистор, конденсатор, мультиметр.
Исследуемые схемы:
Схема включения и характеристики транзистора по схеме с общим эмиттером, классы работы биполярного транзистора, принципиальная схема и монтажная схема представлены на рисунках 1-4.
Рис. 1 Схема включения (а) и характеристики (б) транзистора по схеме с общим эмиттером
Рис. 2 Классы работы биполярного транзистора
Рис. 3 Принципиальная схема
Рис. 4 Монтажная схема
Результаты исследований:
В таблице 1 представлены экспериментальные и расчетные данные для следующих режимов: класса A, B, D:
Таблица 1
Класс |
|
|
|
|
|
|
A |
0,25 |
23,1 |
4 |
0,4 |
5 |
12,5 |
B |
0,1 |
7 |
4 |
0,45 |
3 |
6,6 |
D(~U) |
0,23 |
15,8 |
4 |
1,75 |
7 |
4 |
Осциллограммы:
На рисунке 5 представлена осциллограмма входного и выходного напряжений класса A, по которой определяем:
Рис. 5 Осциллограмма усилителя класса А
На рисунке 6 представлена осциллограмма входного и выходного напряжений класса B, по которой определяем:
Рис. 6 Осциллограмма усилителя класса В
На рисунке 7 представлена осциллограмма входного и выходного напряжений класса D, по которой можно определяем:
Рис. 7 Осциллограмма усилителя класса D
На рисунке 8 представлена осциллограмма усилителя класса D с входным сигналом прямоугольной формы в режиме насыщения, где минимальная амплитуда входного прямоугольного сигнала, при которой транзистор надёжно переходит в режим насыщения, равна:
Рис.8 Осциллограмма усилителя класса D в режиме насыщения
Расчёт:
Для класса А:
Для класса B:
Для класса D ( ̴ U):
Вывод:
В ходе лабораторной работе были экспериментально изучены режимы работы биполярного транзистора: режимы класса А, В, D. По осциллограммам были найдены максимальные входные и выходные напряжения для каждого режима и по этим значениям найдены коэффициенты усиления. Также определили минимальную амплитуду входного прямоугольного сигнала, при которой транзистор надёжно переходит в режим насыщения.
Ответы на контрольные вопросы:
1. Какими достоинствами и недостатками обладает биполярный транзистор?
Главное преимущество биполярных транзисторов — это высокое быстродействие при достаточно больших токах коллектора. Но при этом их основной недостаток заключается в том, что относительно небольшие сопротивление входной цепи биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ.
2. Какое включение биполярного транзистора называют инверсным?
Инверсным называется такой режим работы транзистора, при котором коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном.
3. Почему при включении транзистора ток коллектора начинает протекать с временной задержкой после начала протекания тока базы?
Временная задержка протекания тока в коллекторной цепи обусловлена тем, что инжектируемым в базу носителям для прохождения расстояния, равного ширине базовой области требуется некоторое время.
4. Чем определяется время выключения транзистора?
Время выключения транзистора определяется величинами эмиттерных и коллекторных емкостей нагрузочных каскадов.
5. От чего зависят динамические потери транзистора?
Динамические потери или потери на переключении, зависят от длительности переходных процессов, амплитуды переключаемых токов и напряжения, а также от характера нагрузки.
6. Что такое область активного усиления транзистора?
Активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления (это тот диапазон токов и напряжений, полярность которых соответствует структуре транзистора, а по абсолютным значениям такой, что токи и напряжения не выходят за область допустимых значений токов и напряжений для конкретной марки, а также, ток коллектора пропорционален току базы).
7. Как транзистор работает в режиме насыщения?
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками и . В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся инжекция через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера и коллектора.
8. Что такое режим отсечки для транзистора?
В режиме отсечки эмиттерный и коллекторный p-n переходы смещены в обратном направлении. Через оба перехода протекает очень малые обратные токи эмиттера и коллектора.
9. Как выбирается точка покоя в классах усиления А, АВ, В и D?
В классе А точка покоя выбирается в примерно в середине активной зоны от до , в которой характеристики транзистора близки к линейным.
В классе АВ точка покоя смещена в сторону зоны отсечки, поэтому часть синусоидального сигнала (меньше полупериода) при усилении «обрезается».
В классе В усиливается точно половина синусоидального сигнала. Для этого точка покоя должна выбираться на границе зоны отсечки. В действительности её выбирают несколько выше, чтобы избежать искажений, вызванных существенной нелинейностью начального участка входной характеристики транзистора.
В классе D транзистор работает в ключевом режиме. Для этого точка покоя выбирается также как и в классе В на границе зоны отсечки, но на вход подаётся большой сигнал, чтобы транзистор быстро переходил в режим насыщения.
10. Перечислите достоинства и недостатки различных классов усиления.
В классе А:
- достоинство: при подаче на базу переменного сигнала (в нашем случае синусоидального) в токе базы появляется переменная составляющая, что вызывает соответствующие изменения тока и напряжения . Если входной сигнал не превышает допустимую величину, то происходит пропорциональное усиление всего сигнала.
- недостатки: при превышении допустимого в уровнях наступает ограничение выходного сигнала на уровнях до по току и на уровнях и по напряжению. Точка покоя смещена в сторону зоны отсечки, поэтому часть синусоидального сигнала (меньше полупериода) при усилении «обрезается»
В классе В:
- достоинство: усиливается половина синусоидального сигнала.
- недостаток: точка покоя должна выбираться на границе зоны отсечки.
В классе D:
- достоинства: на вход подаётся большой сигнал, чтобы транзистор быстро переходил в режим насыщения. Ещё лучше в этом режиме на вход подавать сигнал прямоугольной формы. Тогда отпадает необходимость в его большой амплитуде.
- недостаток: точка покоя выбирается так же, как и в классе В на границе зоны отсечки.