Лабораторная работа №3 исследование статических и динамических характеристик биполярного транзистора в активном и ключевом режимах работы

Цель работы - исследовать работу транзистора в активном режиме, режимах отсечки и насыщения, переходные процессы при открывании и запирании транзисторных ключей, способ ускорения процессов переключения.

• Используемое оборудование:

• - испытательный стенд;

• - двухканальный осциллограф;

• - генератор сигналов;

• - цифровой вольтметр;

• - цифровой миллиамперметр;

• - блок питания +12 В;

• - блок питания Б5-47(46).

Программа работы

1. Исследование статических передаточных характеристик.

Ознакомьтесь со схемой для исследования транзистора (рис.3.1), и после подключения источников питания и измерительных приборов, снимите статические передаточные характеристики для транзистора VT, включенного по схеме с общим эмиттером:

U_кэ,I_к = f(I_б); U_кэ,I_к = f(U_бэ).

Рис.3.1

В качестве источника напряжения U_вх используется блок питания Б5-47(46) с дискретной установкой напряжения через 0,1 В. Подавая на вход транзистора напряжение U_вх в диапазоне от нуля до значения, когда транзистор перейдет из закрытого состояния в активное, и далее из активного состояния в состояние насыщения, проведите измерения тока базы I_{б, напряжения Uбэ} и выходного напряжения U_кэ. Ток коллектора при этом рассчитывается по формуле:

.

Постройте вышеуказанные характеристики и определите с их помощью следующие величины: U_кн (напряжение коллектор-эмиттер в насыщенном состоянии), I_бн (ток базы в насыщенном состоянии), U_к(отс) (напряжение эмиттер-коллектор в режиме отсечки), k_ст (коэффициент усиления по току), I_ко (ток коллектора в режиме отсечки). Примерный вид характеристик показан на рис.3.2.

2. Исследование работы транзистора в активном режиме.

Измените схему исследования транзистора согласно рис.3.3. и проведите исследование его работы в активном режиме (усиление входного сигнала). Для этой цели снимите осциллограммы U_вых=f(t) и U_вх=f(t) при различных величинах смещения рабочей точки транзистора.

Перед тем, как подать на вход схемы синусоидальный сигнал от генератора, с помощью переменного резистора R_см, установите такой постоянный ток базы I_б (I_см на рис.3.3) при котором напряжение на коллекторе транзистора VT будет равно половине напряжения питания Е_к.

Рис.3.2

Рис.3.3

Затем подайте на вход схемы синусоидальный сигнал от генератора такого уровня, при котором выходной сигнал U_вых не будет ограничиваться по амплитуде ни с одной из сторон. С помощью осциллографа определите коэффициент усиления по напряжению:

.

Измените величину тока I_см, получите на экране осциллографа напряжение U_вых сначала с ограничением амплитуды сверху, а затем снизу. Зарисуйте все три варианта осциллограмм, указав для каждой из них соответствующее значение тока смещения I_см.

Установите значение тока, при котором отсутствует искажение формы выходного сигнала и затем увеличьте амплитуду входного сигнала подаваемого от генератора до такой величины, чтобы выходной сигнал ограничивался с двух сторон. Зарисуйте полученные осциллограммы.

3. Исследование динамических характеристик транзистора в ключевом режиме работы.

Соберите схему согласно рис.3.4 для режима работы транзистора в ключевом режиме без форсировки тока базы при отключенном конденсаторе С в цепи базы.

Рис.3.4.

Установите на выходе генератора сигнал прямоугольной формы с частотой 20 - 50 кГц. Регулируя амплитуду входных импульсов, получите на экране осциллограммы переходных процессов на входе и выходе схемы при малом и большом коэффициенте насыщения тока базы. Убедитесь, что с увеличением коэффициента насыщения уменьшается напряжение насыщения, уменьшается время включения и увеличивается время выключения транзистора. Зарисуйте полученные осциллограммы.

Подключите параллельно резистору R_б1 ускоряющий конденсатор С и проследите за изменением формы входного и выходного импульса (времени фронта и спада), а также уменьшения напряжения насыщения при форсировке включения. Зарисуйте полученные осциллограммы.

4. Исследование работы транзистора в ключевом режиме с индуктивной нагрузкой в цепи коллектора.

Соберите схему для исследования переходных процессов транзисторного ключа, с использованием в качестве нагрузки в цепи коллектора VT импульсного трансформатора Т_и согласно рис.3.5.

Рис.3.5

Установите на выходе генератора сигнал прямоугольной формы с частотой 10 - 20 кГц. Регулируя амплитуду входных импульсов, получите на экране осциллографа импульсы напряжения U_кэ с максимально крутыми фронтом и спадом. С помощью другого луча осциллографа пронаблюдайте сначала осциллограмму напряжения U_вых на нагрузке R_н, а затем осциллограмму напряжения вторичной обмотки трансформатора Т_и (для этого необходимо перенести зажимы входа 1 осциллографа с резистора R_н на выводы вторичной обмотки Т_и). Зарисуйте полученные осциллограммы.

Отключите нагрузку трансформатора Т_и (убрать перемычку между вторичной обмоткой Т_и и анодом VD₂). Зарисуйте полученные осциллограммы напряжений U_кэ и U2 (вторичной обмотки Т_и). Проанализируйте работу импульсного трансформатора Т_и при работе трансформатора на холостом ходу и под нагрузкой.

Отключите диод VD₁ в цепи первичной обмотки трансформатора Т_и (убрать перемычку между VD₁ и R_огр). Зарисуйте осциллограмму напряжения U_кэ. Измерьте величину перенапряжения на коллекторе транзистора VT при его запирании и сравните ее с аналогичной, когда диод VD₁ включен.