- •Предисловие
- •Лабораторная работа 1 Исследование выпрямительных схем и сглаживающих фильтров
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа 2 Исследование электронных ламп
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа 3 Исследование биполярного транзистора
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа 4 Исследование двухкаскадного усилителя
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа 5 Исследование усилителя напряжения на биполярном транзисторе
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа 6 Исследование избирательного усилителя
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа 7 Изучение нелинейных процессов. Детектирование
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа 8 Изучение нелинейных процессов. Амплитудная модуляция, преобразование и умножение частоты
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Лабораторная работа 9 Исследование супергетеродинного приемника
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Содержание отчета
- •Рекомендательный библиографический список
- •Приложения
- •Приборы, используемые в лабораторном практикуме Генератор г3-33
- •Работа с генератором
- •Генератор г3-102
- •Работа с генератором
- •Генератор г4-18
- •Работа с генератором в режиме непрерывной генерации
- •Работа с генератором в режиме внутренней амплитудной модуляции
- •Работа с генератором в режиме внешней амплитудной модуляции
- •Осциллограф с1-65
- •Работа с осциллографом
- •Вольтметр в7-16
- •Вольтметр в7-35
- •Методика определения h-параметров биполярного транзистора
- •Условные графические обозначения на электронных схемах*
- •Оглавление
- •Радиоэлектроника
- •Радиоэлектроника
Контрольные вопросы
-
Какое явление называется термоэлектронной эмиссией?
-
Как изменяется внутреннее сопротивление лампы постоянному току при изменении напряжения на управляющей сетке?
-
Почему в тетродах напряжение на экранирующей сетке должно быть меньше, чем на аноде?
-
Чем конструктивно отличаются пентоды с короткой и удлиненной характеристиками?
-
Как объяснить уменьшение проходной емкости, увеличение внутреннего сопротивления и коэффициента усиления у многосеточных ламп по сравнению с триодом?
-
Как по статическим характеристикам ламп определить Ri, S, μ?
-
Почему в пентоде при изменении анодного напряжения в больших пределах, начиная с некоторого значения, анодный ток изменяется очень мало?
-
Что такое «динамический режим работы ламп» и чем он отличается от статического режима?
-
Укажите, какими элементами определяется рабочий режим лампы.
10. Приведите условные буквенно-цифровые обозначения электронных ламп.
11. Что такое геттер, для чего он нужен?
Содержание отчета
-
Наименование работы.
-
Цель работы.
-
Таблицы наблюдений.
-
Необходимые расчеты, графики характеристик.
-
Краткие ответы на контрольные вопросы.
-
Выводы.
Лабораторная работа 3 Исследование биполярного транзистора
Цель работы: Исследование статических характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером и определение его основных параметров.
Оборудование: 1. Лабораторный макет.
2. Вольтметр постоянного тока Щ1516.
3. Соединительные провода.
Рекомендательный библиографический список: [1], Гл.3; Гл.4: §§ 4.1, 4.1, 4.3–4.7; [2], Гл.2: §2.2; [4], Гл.4: §§ 4.8–4.12, 4.17, 4.18; [5], Гл. 3: §§ 3.1, 3.2, 3.4.
Б
э э б б
Область транзистора, расположенную между электронно-дырочными переходами, называют базой. Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми. Одну из областей изготавливают так, чтобы из неё наиболее эффективно происходила инжекция носителей в базу, а другую так, чтобы соответствующий электронно-дырочный переход наилучшим образом осуществлял экстракцию инжектированных носителей из базы.
Область транзистора, основным назначением которой является инжекция носителей в базу, называется эмиттером; соответствующий электронно-дырочный переход между базой и эмиттером – эмиттерным.
Область транзистора, основным назначением которой является экстракция носителей из базы, называется коллектором; соответствующий электронно-дырочный переход – коллекторным.
Основные характеристики транзистора определяются в основном процессами, происходящими в базе. В зависимости от распределения примесей в базе может существовать или отсутствовать электрическое поле. Если при отсутствии токов в базе существует электрическое поле, которое способствует движению неосновных носителей заряда эмиттера к коллектору, то транзистор называют дрейфовым, если поле в базе отсутствует – бездрейфовым.
Различают три схемы включения транзистора: с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором. Общим называют электрод, относительно которого задают и измеряют напряжения. В данной работе исследуется лишь включение транзистора с общим эмиттером, поскольку такое включение используется наиболее часто. Входной цепью в данном случае является цепь база-эмиттер, выходной – коллектор-эмиттер.
В зависимости от выполняемых в схеме функций транзистор может работать в следующих режимах: активном, насыщения и отсечки. В данной лабораторной работе транзистор исследуется только в активном режиме, в котором транзистор усиливает электрический сигнал с минимальными искажениями его формы. При этом на эмиттерный переход подают напряжение в прямом направлении, а на коллекторный – в обратном. В активном режиме транзистор управляется в любой момент процесса усиления. Каждому изменению входного сигнала соответствует изменение выходного.
Основные свойства транзистора определяются соотношениями токов и напряжений в различных цепях и их влиянием друг на друга. Свойства транзистора при работе на постоянном токе описываются семействами статических характеристик и статическими параметрами.
В качестве основных удобно выбирать два семейства характеристик. Семейства характеристик, связывающих ток и напряжение во входной цепи транзистора, называются семействами входных характеристик. Семейства характеристик, связывающих ток и напряжение в выходной цепи транзистора, называются семействами выходных характеристик. Применительно к схеме с общим эмиттером входными характеристиками являются зависимости тока базы от напряжения между базой и эмиттером при фиксированном напряжении на коллекторе:
Iб=f(Uбэ), при Uкэ = const.
Выходными характеристиками являются зависимости тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированном токе базы:
Iк=f(Uкэ), при Iб = const.
Часто для описания свойств транзисторов используют переходные характеристики, которые связывают токи (напряжения) на входе транзистора с токами (напряжениями) на выходе. Для схемы с общим эмиттером такими характеристиками являются зависимости:
Iк=f(Iб) при Uкэ=const.
Для расчета электронных схем удобно рассмотрение транзистора в виде активного линейного четырехполюсника. Свойства транзистора в этом случае описывают с помощью эквивалентных схем, под которыми понимают электрическую схему, составленную из линейных элементов электрических цепей (сопротивлений, емкостей, индуктивностей, генераторов тока и напряжения). Эта схема по своим свойствам не отличается от свойств реального транзистора. По способу построения различают формальные и физические эквивалентные схемы. На рис. 3.1 показана формальная эквивалентная схема транзистора в схеме с общим эмиттером.
Формальные эквивалентные схемы строят на основе описания транзистора с помощью уравнений четырехполюсника, которые связывают малые переменные входные и выходные токи и напряжения с помощью параметров четырехполюсника. Из шести известных систем параметров четырехполюсника (Y, Z, A, f, b и h) для описания транзистора чаще всего используется система h-параметров.
Уравнения, составленные в соответствии с системой h-параметров для схемы с общим эмиттером, выглядят следующим образом:
Uбэ= h11эIб + h12эUкэ,
I
Uкэ
Физический смысл h-параметров:
-
h11э=Uбэ/Iб, при Uкэ=0 – входное сопротивление при коротком замыкании выходной цепи (h11э=rвх);
-
h12э=Uбэ/Uкэ, при Iб=0 – коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе во входной цепи. Характеризует внутреннюю обратную связь между входной и выходной цепями транзистора;
-
h21э=Iк/Iб, при Uкэ=0 – коэффициент передачи тока при коротком замыкании выходной цепи – один из важнейших параметров транзистора;
-
h22э=Iк/Uкэ, при Iб=0 – выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи (rвых=1/h22э).
Величину h-параметров можно найти экспериментально, осуществляя режимы холостого хода и короткого замыкания в соответствующих цепях. Режимы устанавливаются по переменному току.
Величину h-параметров можно найти приближенно и из статических характеристик транзистора (см. Приложение 2). Для этого выбирают положение рабочей точки на статических характеристиках транзистора, а приведенные выше уравнения четырехполюсника записывают через малые приращения напряжений и токов.
С помощью семейства выходных характеристик находят параметры h21э и h22э. Для этого необходимо выбрать положение рабочей точки и взять приращение ΔIк и ΔIб при Uкэ = const:
h21э= ΔIк/ ΔIб.
Отношение приращений ΔIк и ΔUкэ при постоянном токе базы Iб= =const:
h22э=ΔIк/ΔUкэ.
Параметры h11э и h12э определяются из семейства входных характеристик. На семействе устанавливается рабочая точка для того же режима, что и на выходных характеристиках. По приращению ΔUбэ и ΔIб при Uкэ= const находят:
h11э= ΔUбэ/ΔIб.
Для определения h12э требуется не менее двух входных характеристик. Из них находят ΔUбэ при Iб = const, а также ΔUкэ:
h12э= ΔUбэ/ΔUкэ.
Порядок величин h-параметров для схемы с общим эмиттером представлен в следующей таблице:
Параметр |
Величина |
h11э |
сотни Ом – единицы кОм |
h12э |
103 – 104 |
h21э |
10-100…1000 |
1/h22э |
единицы – десятки кОм |
Используя систему h-параметров, можно определить физические параметры транзистора, которые используются для расчета электронных схем. К их числу относятся сопротивления эмиттера (rэ), коллектора (rк) и базы (rб), а также безразмерный коэффициент усиления по току h21б для схемы с общей базой.
Сопротивление эмиттера (rэ) представляет собой сопротивление эмиттерного перехода и небольшое сопротивление эмиттерной области. Аналогично сопротивление коллектора (rк) – сопротивления коллекторного перехода и объема коллекторной области. Сопротивление базы (rб) – диффузионное сопротивление базы.
Основные соотношения для вычисления физических параметров по h-параметрам приведены в Упражнении 3.
Статические характеристики, h-параметры и физические параметры биполярного транзистора для схем с общей базой и общим коллектором определяются аналогично.