Порядок выполнения экспериментов

Лабораторная работа №2

Исследование биполярного транзистора

Цель работы: изучение характеристик биполярного транзистора. Исследование его усилительных свойств.

 

Биполярные транзисторы

Общие сведения

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на свойствах взаимодействия двух p-n-переходов. Он предназначен для регулирования тока и работы в качестве усилительного элемента в схемах усилителей.

Транзистор имеет трехслойную структуру и может быть двух типов (PNP и NPN). Структура и условное обозначение транзисторов представлены на рис.2.1.

Рис. 2.1

 

В зависимости от способов подключения электродов различают три схемы включения транзистора: с общей базой, с общим коллектором и с общим эмиттером. Наиболее распространенной является схема с общим эмиттером (ОЭ). Для оценки свойств транзисторов используются входные и выходные вольтамперные характеристики.

Входные характеристики это зависимости входного тока от входного напряжения I_ВХ=f(U_ВХ), снимаемые при постоянном напряжении на выходе U_ВЫХ=const. Выходные характеристики это зависимости выходного тока от выходного напряжения I_ВЫХ=f(U_ВЫХ), снимаемые при постоянном токе на входе I_ВХ=const. Усилительные свойства транзистора оцениваются коэффициентом передачи по току. Для схемы с ОЭ он определяется выражением b = DI_К ¤ DI_Б.

Для усиления сигнала по напряжению используется главная усилительная цепь, схема которой представлена на рис.2.2. Усилительные свойства главной усилительной цепи иллюстрируются ее передаточной характеристикой U_ВЫХ=f(U_ВХ), приведенной на рис.2.4. Для области линейной работы коэффициент усиления главной усилительной цепи определяется выражением: , где b - коэффициент передачи транзистора по току в схеме с ОЭ; R_К – сопротивление в цепи коллектора; R_ВХ – входное сопротивление цепи R_ВХ=DU_ВХ/DI_ВХ.

 

Экспериментальная часть

Задание

Снять экспериментально и построить графики семейств характеристик биполярного транзистора p-n-p типа.

 

Порядок выполнения экспериментов

1. Соберите цепь согласно схеме (рис.2.3). Потенциометр 1 кОм используется для регулирования тока базы, резистор 47 кОм – для ограничения максимального тока базы. Измерение тока базы I_Б и напряжения U_БЭ производятся мультиметрами на пределах 200 мкА и 2 В соответственно. Регулирование напряжения U_КЭосуществляется регулятором источника постоянного напряжения 0..15 В, ток коллектора I_К и напряжение U_КЭ измеряются мультиметрами на пределах 20 мА и 20 В соответственно.

 

Еп=0...15В

Рис.2.3

 

2. Снимите входные характеристики транзистора. Для этого установите ток базы I_Б=0 и изменяя U_КЭ в соответствии со значениями, указанными в табл. 2.1, снимите значения U_БЭ . Увеличьте ток базы до I_Б=30 мкА и снова снимите значения U_БЭ. Повторите этот опыт также при I_Б=60, 90, 120 и 150 мкА.

Внимание! При проведении замеров на максимальных пределах снятие показаний необходимо производить как можно быстрее для исключения перегрева транзистора.

 

Таблица 2.1

IБ, мкА	UБЭ, В
UКЭ = 0 В	UКЭ = 5 В	UКЭ = 10 В

 

3. Постройте графики входных I_Б=f(U_БЭ) характеристик, указав для каждой кривой соответствующие значения U_КЭ.

 

4. Снимите выходные характеристики транзистора. Для этого установите первое значение тока базы 0 мкА и изменяя напряжение U_КЭ согласно значениям, указанным в табл. 2.2, снимите зависимости I_К=f(U_КЭ). Повторите эти измерения при каждом значении I_Б, указанном в таблице.

Таблица 2.2

UКЭ, В	IК, мА
IБ = 0 мкА	IБ = 40 мкА	IБ = 80 мкА	IБ = 120 мкА	IБ = 160 мкА

5. Постройте графики семейства выходных характеристик I_К=f(U_КЭ), не забыв указать какому току базы соответствует каждая кривая.

6. Соберите главную усилительную цепь. Для этого замените перемычку в схеме сопротивлением R_к=2,2 кОм.

7. Установите напряжение питания Еп равное 10 В.

8. Снимите передаточную характеристику главной усилительной цепи. Для этого изменяя входной ток с шагом DI_б =20 мкА от нуля до значения, при котором U_кэ @ 0 (U_вых @ 0)заполните табл. 2.3.

Таблица 2.3

Uбэ , В
Iб, мкА									…
Uкэ , В
Ik , мA

 

9. По данным табл.2.3 построить характеристики U_кэ, I_k, I_б =f(U_бэ) (см. рис.2.4.)и определить:

- диапазоны входного напряжения для областей отсечки, насыщения и линейной;

- напряжение смещения для режима (класса) усиления "А";

- диапазон изменения входного сигнала для режима (класса) усиления "А";

- коэффициент усиления главной усилительной цепи в режиме холостого хода для режима "А" по формулам:

- величины U_кэ, I_к, I_б, U_бэ целесообразно взять из табл.2.3.

Рис.2.4.

2.3.Контрольные вопросы:

 

1. Порядок выполнения работы.

2. Принцип действия биполярного транзистора и его устройство.

3. Какие типы транзисторов Вы знаете?

4. Достоинства и недостатки транзисторов.

5. Какие схемы включения транзисторов Вы знаете? Охарактеризуйте каждую из них.

6. Начертите входные и выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером и объясните их вид.

7. Поясните работу транзистора как усилителя сигнала в главной усилительной цепи.

8. Что такое главная усилительная цепь и для чего она служит?

9. Объясните особенности работы транзистора в областях отсечки, линейной, насыщения.

10. Какие режимы (классы) усиления Вы знаете. Объясните их с использованием передаточной характеристики.

11. Объясните с использованием передаточной характеристики, почему усилительная цепь инвертирует сигнал.

12. Объясните вид передаточной характеристики. Почему при увеличении U_Б уменьшается U_К ?

13. Что такое напряжение смещения? Как влияет его величина на форму выходного сигнала?