НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Промышленная электроника»

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по курсу

ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Нижний Новгород

2005 г.

Лабораторная работа № 1

Стабилитрон и параметрический стабилизатор напряжения

Цель работы

1. Построение обратной ветви вольтамперной характеристики стабилитрона и определение напряжения стабилизации.

2. Вычисление тока и мощности, рассеиваемой стабилитроном.

3. Определение дифференциального сопротивления стабилитрона по вольтамперной характеристике.

4. Исследование изменения напряжения стабилитрона при изменении входного напряжения в схеме параметрического стабилизатора.

5. Исследование изменения напряжения на стабилитроне при изменении сопротивления в схеме параметрического стабилизатора.

П риборы и элементы

Функциональный генератор

Мультиметр

Осциллограф

Источник постоянного напряжения

Стабилитрон 1N473

Резисторы

Краткие сведения из теории

При подключении стабилитрона к источнику постоянного напряжения через резистор получается простейшая схема параметрического стабилизатора (рис. 1.1).

Ток I_СТ стабилитрона может быть определен вычислением падения напряжения на резисторе R, как это было описано в эксперименте 1 раздела 9.1:

I_СТ =(E-U_СТ)/R.

Напряжение стабилизации U_CТАБ стабилитрона определяется точкой на вольтамперной характеристике, в которой ток стабилитрона резко увеличивается.

Мощность рассеивания стабилитрона Р_СТ вычисляется как произведение тока I_СТ на напряжение U_CТ:

P _СТ ⁼ I_СТ · U_СТ

Дифференциальное сопротивление стабилитрона вычисляется так же, как для диода, по наклону вольтамперной характеристики.

Рис. 1.1

Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон.

а). Откройте файл с9_021 (рис. 1.1). Измерьте значение напряжения U_CT на стабилитроне при значениях ЭДС источника, приведенных в таблице раздела "Результаты измерений", и занесите результаты измерений в ту же таблицу.

б). Вычислите ток I_СТ стабилитрона для каждого значения напряжения U_CТ. Результаты вычислений занесите в таблицу.

в). По данным таблицы постройте вольтамперную характеристику стабилитрона.

г). Оцените по вольтамперной характеристике стабилитрона напряжение стабилизации.

д). Вычислите мощность Р_ст, рассеиваемую на стабилитроне при напряжении Е = 20 В.

е). Измерьте наклон ВАХ в области стабилизации напряжения и оцените дифференциальное сопротивление стабилитрона в этой области.

Эксперимент 2. Получение нагрузочной характеристики параметрического стабилизатора.

а). Подключите резистор R_L=75 Ом параллельно стабилитрону. Значение источника ЭДС установите равным 20В. Включите схему. Запишите значение напряжения U_CT на стабилитроне в раздел "Результаты экспериментов".

б). Повторите пункт а) при коротком замыкании и при сопротивлениях резистора R_L 100 Ом, 300 Ом, 600 Ом, 1 кОм.

в). Рассчитайте ток I₁ через резистор R, включенный последовательно с источником, ток I_L через резистор R_L, и ток стабилитрона I_СТ для каждого значения R_L из таблицы, приведенной в разделе "Результаты экспериментов". Результаты занесите в таблицу.

Эксперимент 3. Получение ВАХ стабилитрона на экране осциллографа. Откройте файл с9_022 (рис. 1.2). Включите схему. Запишите в экспериментальные данные напряжение стабилизации, полученное из графика на экране осциллографа.

Рис. 1.2

Результаты экспериментов

Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон.

а)... в). Данные для построения г). Построение ВАХ стабилитрона.

ВАХ стабилитрона

Е,В	UПР, мВ	IПР , мА
0
4
6
10
15
20
25
30
35

д). Напряжение стабилизации

Измерение

U_СТАБ ______________________

е). Мощность рассеивания стабилитрона Р_СТ при напряжении Е=20 В

Измерение

Р_СТ ______________________

ж). Дифференциальное сопротивление стабилитрона, определенное по наклону графика в рабочей области.

Измерение

R_ДИФ ______________________

Эксперимент 2. Измерение точек нагрузочной характеристики параметрического стабилизатора.

Напряжение стабилитрона U_СТ, и значения I₁ I_L, I_CТ при Е=20 В

RL, Ом	UСТ,B	I1,мА	IL,mA	ICТ, м А
75
100
200
300
600
1К
к.з.

Эксперимент 5. Получение ВАХ на экране осциллографа.

Напряжение стабилизации, определенное из вольтамперной характеристики, полученной при помощи осциллографа

Измерение

U_СТАБ ______________________

Контрольные вопросы

1. Сравните относительное изменение напряжения на стабилитроне с относительным изменением питающего напряжения. Оцените степень стабилизации.

2. Влияет ли значение сопротивления нагрузки на степень стабилизации выходного напряжения стабилизатора?

3. Как изменяется напряжение стабилитрона U_CT, когда ток стабилитрона становится ниже 20 мА?

4. Каково значение тока стабилитрона I_СТ при входном напряжении 15 В?

5. Каково значение тока стабилитрона I_СТ при значении сопротивления R = 200 Ом?

6. Как изменяется напряжение U_CT на выходе стабилизатора, при уменьшении сопротивления R?

Лабораторная работа №2 Исследование биполярного транзистора

Цель работы

1. Исследование зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения база-эмиттер.

2. Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от тока коллектора.

3. Исследование работы биполярного транзистора в режиме отсечки.

4. Получение входных и выходных характеристик транзистора.

5. Определение коэффициента передачи по переменному току.

6. Исследование динамического входного сопротивления транзистора.

Приборы и элементы

Биполярный транзистор 2N3904

Источники постоянной ЭДС

Источники переменной ЭДС

Амперметры

Вольтметры

Осциллограф

Диод

Резисторы

Краткие сведения из теории

Исследуемая схема показана на. рис. 2.1. Статический коэффициент передачи тока определяется как отношение тока коллектора I_К к току базы I_Б:

Коэффициент передачи тока β_АС определяется отношением приращения ΔI_К коллекторного тока к вызывающему его приращению ΔI_Б базового тока:

β_АС = ΔI_К / ΔI_Б

Дифференциальное входное сопротивление r_ВХ транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению ΔI_Б тока базы:

Дифференциальное входное сопротивление r_ВХ транзистора в схеме с ОЭ через параметры тран­зистора определяется следующим выражением:

r_ВХ ⁼ r_Б + β_АС ·r_Э

где r_Б - распределенное сопротивление базовой области полупроводника,

r_Э - дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения:

r_Э = 25/I_Э, где I_Э - постоянный ток эмиттера в миллиамперах.

Первое слагаемое r_Б в выражении много меньше второго, поэтому им можно пренебречь:

r_ВХ ^≈ β_АС ·r_Э

Дифференциальное сопротивление r_Э перехода база-эмиттер для биполярного транзистора сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением r_ВХОБ транзистора в схеме с общей базой, которое определяется при фиксированном значении напряжения база-коллектор. Оно может быть найдено как отношение приращения ΔU_БЭ к вызванному им приращению ΔI_Э тока эмиттера:

Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:

r_ВХОБ = r_Б/β_АС + r_Э

Первым слагаемым в выражении можно пренебречь, поэтому можно считать, что дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер приблизительно равно:

r_ВХОБ ^≈ r_Э

Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Определение статического коэффициента передачи тока транзистора.

а ). Открыть файл c10_001 со схемой, изображенной на рис. 2.1. Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора, тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в раздел "Результаты экспериментов". По полученным результатам подсчитать статический коэффициент передачи транзистора β_DC. Результат записать в раздел "Результаты эксперимен­тов".

б

Рис. 2.1

). Изменить номинал источника ЭДС E_Б до 2.68 В. Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора, тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в раздел "Результаты экспериментов". По полученным результатам подсчитать коэффициент β_DC. Ответ записать в раздел "Результаты экспериментов".

в). Изменить номинал источника ЭДС Е_к до 5 В. Запустить схему. Записать результаты измерения тока коллектора, тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в раздел "Результаты экспериментов". По полученным результатам подсчитать статический коэффициент передачи транзистора β_DC. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов". Затем установить номинал Е_к равным 10 В.

Эксперимент 2. Измерение обратного тока коллектора.

На схеме рис. 2.1 изменить номинал источника ЭДС Е_Б до 0 В. Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора для данных значений тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 3. Получение выходной ха­рактеристики транзистора в схеме с ОЭ.

а

Рис. 2.2

). В схеме (рис. 2.1) провести измерения то­ка коллектора I_К для каждого значения Е_К и Е_Б и заполнить таблицу 10.1 в разделе "Ре­зультаты экспериментов". По данным таблицы построить график зависимости I_К от Е_К.

б). Открыть файл с10_002 со схемой, изобра­женной на рис. 2.2. Включить схему. Зарисовать осциллограмму выходной характеристи­ки, соблюдая масштаб, в разделе "Результаты экспериментов". Повторить измерения для каждого значения Е_Б из таблицы 2.1. Осциллограммы выходных характеристик для разных токов базы зарисовать в разделе "Результаты экспериментов" на одном графике.

в). По выходной характеристике найти коэффициент передачи тока β_АС при изменении базового тока с 10 μА до 30 μА, Е_к = 10 В. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 4. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

а ). Открыть файл с10_001 (рис.2.1). Установить значение напряжения ис­точника Е_к равным 10 В и провести измерения тока базы I_Б, напряжения база-эмиттер U_БЭ, тока эмиттера I_Э для различных значений напряжения источника Е_Б в соответствии с таблицей 10.2 в разделе "Результаты экспериментов". Обратить внимание, что коллекторный ток примерно равен току в цепи эмиттера.

б

Рис. 2.3

). В разделе "Результаты эксперимен­тов" по данным таблицы 2.2 построить график зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер.

в). Открыть файл с10_003 со схемой, изображенной на рис. 2.3. Включить схему. Зарисовать входную характеристику транзистора, соблюдая масштаб, в разделе "Результаты экспериментов".

г). По входной характеристике найти сопротивление r_ВХ при изменении базового тока с 10μА до 30 μА. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 5. Получение входной характеристики транзистора в схеме с общей базой.

а). По данным таблицы 2.2, полученным в п.6, построить график зависимости тока эмиттера от напряжения база-эмиттер.

б). Открыть файл с10_004 со схемой, изображенной на рис. 2.4. Включить схему. Зарисовать осциллограмму полученной характеристики в разделе "Результаты экспериментов".

в). По полученной характеристике найти сопротивление r_э при изменении базового тока с 10 μА до 30 μА. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов".

г). Найти сопротивление г_э по формуле r_э = 25 мВ/I_Э, используя значение I_Э из таблицы 2.2 при I_Б = 20 μА. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов".

Рис. 2.4

Результаты экспериментов

Эксперимент 1. Определение коэффициента передачи транзистора по постоянному току.

а). Напряжение источника ЭДС Е_Б 5.7 В

Измерение

Ток базы транзистора I_Б ______________________

Измерение

Ток коллектора транзистора I_К ______________________

Измерение

Напряжение коллектор-эмиттер U_КЭ ______________________

Расчет

Статический коэффициент передачи β_DC ______________________

б). Напряжение источника ЭДС Е_Б 2.68 В

Измерение

Ток базы транзистора I_Б ______________________

Измерение

Ток коллектора транзистора I_К ______________________

Измерение

Напряжение коллектор-эмиттер U_КЭ ______________________

Расчет

Статический коэффициент передачи β_DC ______________________

в). Напряжение источника ЭДС Е_к 5 В

Измерение

Ток базы транзистора I_Б ______________________

Измерение

Ток коллектора транзистора I_К ______________________

Измерение

Напряжение коллектор-эмиттер U_КЭ ______________________

Расчет

Статический коэффициент передачи β_DC ______________________

Эксперимент 2. Измерение обратного тока коллектора.

Измерение

Обратный ток коллектора I_К0 ______________________

Измерение

Ток базы транзистора I_Б ______________________

Измерение

Напряжение коллектор-эмиттер U_КЭ ______________________

Эксперимент 3. Получение выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

График выходной характеристики Таблица 2.1 транзистора

		ЕК(В)
ЕБ(В)	IБ (мкА)	0.1	0.5	1	5	10	20
1.66
2.68
3.68
4.68
5.7

Осциллограммы входных характеристик транзистора для разных токов базы

Расчет по результатам измерений

Коэффициент передачи тока β_АС ______________________

Эксперимент 4. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ,

График зависимости тока базы

Таблица 2.2 от напряжения база-эмиттер

ЕБ (В)	IБ (мкА)	UБЭ (мВ)	IК (мА)
1.66
2.68
3.68
4.68
5.7

Осциллограмма входной характеристики транзистора

Расчет по результатам измерений

Сопротивление r_ВХ ______________________

Эксперимент 5. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОБ.

График зависимости тока эмиттера от напряжения база-эмиттер

Осциллограмма входной характеристики транзистора в схеме с ОБ

Расчет по результатам измерений Расчет

Сопротивление r_Э ______________________ __________________

Контрольные вопросы

1. От чего зависит ток коллектора транзистора?

2. Зависит ли коэффициент β_DC от тока коллектора? Если да, то в какой степени? Обосновать ответ.

3. Что такое токи утечки транзистора в режиме отсечки?

4. Что можно сказать по выходным характеристикам о зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения коллектор-эмиттер?

5. Что можно сказать по входной характеристике о различии между базо-эмиттерным переходом и диодом, смещенном в прямом направлении?

6. Одинаково ли значение r_ВХ в любой точке входной характеристики?

7. Одинаково ли значение r_Э при любом значении тока эмиттера?

8. Как отличается практическое значение сопротивления r_Э от вычисленного по формуле?