Лабораторная работа №6 Исследование полевого транзистора

 

Цель работы: Снятие и анализ стоко-затворных и стоковых характеристик полевого транзистора. Определение крутизны характеристики и активной выходной проводимости.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое полевой транзистор?

2. Из каких материалов изготавливаются транзисторы?

3. Сколько PN-переходов имеет полевой транзистор?

4. Чем отличаются транзисторы различных типов?

5. Нарисуйте условные графические обозначения транзисторов различных типов. Запишите названия выводов на рисунке.

6. Какие приборы необходимы для снятия характеристик транзистора?

7. Нарисуйте стоко-затворные и стоковые характеристики транзистора. Расскажите о процессах, соответствующих характерным участкам ВАХ.

8. Перечислите основные параметры транзисторов. Охарактеризуйте каждый из них. 

9. Как определить крутизну стоко-затворной характеристики и активную выходную проводимость?

10. Поясните особенности работы и область применения полевых транзисторов.  

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему исследования транзистора, изображенную на рисунке 22.

Рисунок 22 – Схема для исследования полевого транзистора

2. Нарисовать таблицу для построения стоко-затворных характеристик (Таблица 5).

3. Произвести измерения и занести результаты в таблицу.

Таблица 5 – Данные для построения стоко-затворных характеристик.

4. Нарисовать таблицу для построения семейства стоковых характеристик (Таблица 6).

5. Произвести измерения и занести результаты в таблицу.

Таблица 6 – Данные для построения стоковых характеристик

6. Построить стоко-затворные и стоковые характеристики в координатных осях.

7.Определить необходимые параметры и рассчитать крутизну стоко-затворной характеристики и активную выходную проводимость.

8. Сделать вывод.

Лабораторна робота №7 Дослідження характеристик операційного підсилювача

Ціль роботи: Вимір вхідних струмів операційного підсилювача (ОП).

• Оцінка величин середнього вхідного струму й різниці вхідних струмів ОП.

• Вимір напруги зсуву ОП.

• Вимір диференціального вхідного опору ОП.

• Обчислення вихідного опору ОП.

• Вимір швидкості наростання вихідної напруги ОП.

Прилади й елементи

• Амперметр

• Осцилограф

• Функціональний генератор

• Джерело напруги

• ОП LM741

• Резистори

Питання для самопідготовки

1. Чи відрізняється обмірюване значення середнього вхідного струму Iвх від його номінального значення для ОП LM741, узятого з паспортних даних?

2. Суттєва чи є відмінність різниці вхідних струмів від номінального значення для OУ LM741?

3. Чи збігаються обмірюване значення напруги зсуву з номінальним значенням для OУ LM741?

4. Порівняйте величину обмірюваного вхідного опору з паспортними даними на ОП LM741.

5. Зрівняєте величину обмірюваного вихідного опору з паспортними даними на ОП LM741.

6. Зрівняєте між собою величини вхідного й вихідного опорів ОП. Яка схема заміщення ОП як елемента електричного ланцюга?

7. Чи відрізняється експериментальне значення швидкості наростання вихідної напруги від номінального значення?

8. В чим причина виникнення вхідних струмів ОП й різниці вхідних струмів∆ До чого вони приводять при роботі схем на ОП?

Короткі відомості з теорії

Інтегральний операційний підсилювач характеризується рядом параметрів, що описують цей компонент із погляду якості виконання їм своїх функцій. Серед параметрів, приводять звичайно в довідкових даних, основними є наступні.

Середній вхідний струм Iвх. Під час відсутності сигналу на входах ОП через його вхідні висновки протікають струми, обумовлені базовими струмами вхідних біполярних транзисторів або струмами витоку затворів для ОП з польовими транзисторами на вході.

Вхідні струми, проходячи через внутрішній опір джерела вхідного сигналу, створюють спадання напруги на вході ОП, які можуть викликати поява напруги на виході у відсутності сигналу на вході. Компенсація цього спадання напруги утруднена тим, що струми входів реальних ОП можуть відрізнятися друг від друга на 10...20% Вхідні струми ОП можна оцінити по середньому вхідному струмі, що обчислює як середнє арифметичне струмів що інвертує й не інвертує входів:

I_вх=(I₁+I₂)/2,

де I1, I2 відповідно струми що інвертує й не інвертує входів.

Різниця вхідних струмів ∆ Iвх визначається вираженням:

∆ Iвх = I₁-I₂.

У довідниках указують модуль цієї величини. Схема для виміру вхідних струмів представлена на мал. 11.1.

Коефіцієнт підсилення напруги на постійному струмі Кп - показник ОП, що визначає наскільки добре виконує ОП основну функцію - посилення вхідних сигналів. В ідеального підсилювача коефіцієнт підсилення повинен прагнути до нескінченності. Коефіцієнт підсилення напруги схеми підсилювача на ОП (мал. 11.2) обчислюється по формулі:

Kп=R2/R1

Напруга змішання Uзм - значення напруги, який необхідно подати на вхід ОП, щоб напруга на його виході було нульовим. Напруга змішання Uзм можна обчислити, знаючи вихідну напругу при відсутності напруги на вході й коефіцієнт підсилення:

Uзм =∆Uвих/ Kп

Вхідний опір Rвx. Розрізняють два складові вхідні опори: диференціальний вхідний опір і вхідний опір по синфазному сигналі (опір витоку між кожним входом й "землею"). Вхідний диференціальний опір для біполярних ОП перебуває звичайно в межах 10 кому.,.10 Мом. Вхідний опір по синфазному сигналі визначається як відношення збільшення вхідної синфазної напруги до викликаного збільшення середнього вхідного струму ∆Iвх.cр :

Rвх=∆Uвх.сф/∆Iвх.ср

Диференціальний вхідний опір спостерігається між входами ОП й може бути визначене по формулі:

Rвх.диф.=∆Uвх/∆Iвх

де ∆Uвх - зміна напруги між входами ОП, ∆Iвх - зміна вхідного струму.

Вихідний опір Rвих в інтегральних ОП становить 20...2000 Ом. Вихідний опір зменшує амплітуду вихідного сигналу, особливо при роботі підсилювача, на порівнянне з ним опір навантаження. Схема для виміру диференціального вхідного опору ОП й вихідного опору наведена на мал. 11.3.

Швидкість наростання вихідної напруги Vuвих дорівнює відношенню зміни вихідної напруги ОП вчасно його наростання при подачі на вхід стрибка напруги. Час наростання визначається інтервалом часу, у плині якого вихідна напруга ОП змінюється від 10% до 90% від своїх сталих значень.

Vuвих=Uвих/tуст

Схема для виміру швидкості наростання вихідної напруги показана на мал. 11.4. Виміри проводяться при подачі імпульсу у вигляді щабля на вхід ОП, охопленого негативним зворотним зв'язком (НЗЗ) із загальним коефіцієнтом підсилення від 1 до 10.

Порядок виконання роботи

Примітка. Паспортні дані OYLM741:

• середній вхідний струм ОП 0,08 мка;

• різниця вхідних струмів ОП 0,02 мка;

• напруга зсуву ОП 1 mв;

• вхідний опір ОП 2 Мом;

• вихідний опір ОП 75 Ом;

• швидкість наростання вихідної напруги ОП 0,5 У/мкс.

Експеримент 1. Вимір вхідних струмів.

Побудуйте схему, зображену на мал. 11.1. Включіть схему. Виміряйте вхідні струми ОП. За результатами вимірів обчислите середній вхідний струм Iвх і різницю вхідних струмів ОП. Результати занесіть у розділ "Результати експериментів".

Рис 11.1 Вимір вхідних струмів.

Експеримент 2. Вимір напруги зсуву

Побудуйте схему, зображену на рис, 11.2. Включіть схему. Запишіть показання вольтметра в розділ "Результати експериментів". За результатами виміру, обчислите напругу зсуву Ucм, використовуючи коефіцієнт підсилення схеми на ОП. Результати обчислень також занесіть у розділ "Результати експериментів".

Рис 11.2 Вимір напруги зсуву.

Експеримент 3. Вимір вхідного й вихідного опорів

1. Побудуйте схему, зображену на мал. 11.3. Включіть схему. Виміряйте вхідний струм Iвх і вихідну напругу Uвих, запишіть показання в розділ "Результати експериментів". Перемкніть ключ клавішею [Space]. Виміряйте вхідний струм після перемикання ключа. Розрахуйте зміни вхідної напруги й струму. За отриманими результатами обчислите диференціальний вхідний опір ОП. Результати занесіть у розділ "Результати експериментів".

2. Зменшуйте опір навантажувального резистора R2 доти, поки вихідна напруга Uвих не буде приблизно дорівнювати половині значення отриманого в п. а). Запишіть значення опору R2, що у цьому випадку приблизно дорівнює вихідному опору U_вихОП, у розділ "Результати експериментів".

Рис 11.3 Вимір вхідного й вихідного опорів.

Експеримент 4. Вимір часу наростання вихідної напруги ОП

Побудуйте схему, яка зображена на.мал. 11.4. Включите схему. Замалюйте осциллограмму вихідної напруги в розділ "Результати експериментів". По осциллограммі визначите величину вихідної напруги, час його встановлення й обчислите швидкість наростання вихідної напруги в В/мкс. Запишіть результат у розділ "Результати експериментів".

Рис 11.4 Вимір часу наростання вихідної напруги ОП

Результати експериментів

Експеримент 1. Вимір вхідних струмів

• Струм (I1) входу, що не інвертує, Вимір___________________

• Струм (I2) входи, що інвертує, Вимір___________________

• Середній вхідний струм Iвх Розрахунок за результатами вимірів_________

• Різниця вхідних струмів ОП ∆ Iвх Розрахунок за результатами вимірів_________

Експеримент 2. Вимір напруги зсуву

• Вихідна напруга підсилювача Uвих Вимір___________________

• Коефіцієнт підсилення схеми Розрахунок за результатами вимірів_________

• Напруга зсуву Uзс Розрахунок за результатами вимірів_________

Експеримент 3. Вимір вхідного й вихідного опорів.

• Вхідний струм Iвх,мка до перемикання ключа Вимір___________________

• Вхідний струм Iвх,мка після перемикання ключа Вимір___________________

• Зміна вхідної напруги, мв Розрахунок за результатами вимірів_________

• Зміна вхідного струму, мкА Розрахунок за результатами вимірів_________

• Вхідний диф. опір, ОМ Розрахунок за результатами вимірів_________

• Вихідна напруга Uвих, В Вимір___________________

• Вихідний опір ОП Rвих Вимір___________________

Експеримент 4. Вимір часу наростання вихідної напруги ОП.

• Вихідна напруга Uвих Вимір___________________

• Час установлення вихідної напруги Вимір___________________

• Швидкість наростання вих. напруги Vuвих Розрахунок за результатами вимірів_________