Исследование транзисторов и одиночных транзисторных каскадов

Лабораторная работа №2

“Исследование транзисторов и одиночных транзисторных каскадов”

1.Цель работы: исследование статического режима транзистора и усилительных устройств транзисторов в каскадах с общим эмиттером и с общим коллектором (4 часа).

2. Методика исследования и обработка результатов экспериментов

2.1.Описание лабораторной установки

 Стенд позволяет:

- изучить работу полупроводникового триода в статическом режиме при включении его по схеме с общим эмиттером (ОЭ);

- изучить работу одиночного усилительного каскада при включении транзистора по схеме (ОЭ);

- изучить работу одиночного усилительного каскада при включении транзистора по схеме с общим коллектором (ОК);

- снять осциллограммы напряжений в характерных точках схемы усилителя.

 Электрические параметры исследуемого транзистора типа МП 42А:

- параметры для схемы ОБ при Uк = 5 В, Iк = 5 мА;

- входное сопротивление h_11Б = 25 Ом;

- коэффициент обратной связи h12Б = 2  ·10 – 3;

- коэффициент передачи тока h_21Б = 0,98;

- выходная проводимость 1,5 · 10 – 6 1/см;

- максимально-допустимое напряжение коллектора Uкmax = 15 В;

- максимально-допустимый ток коллектора Ikm = 40 мА;

- максимально-допустимая мощность Pkmax = 200 мВТ.

 Конструкция

На передней панели стенда нанесены основные узлы принципиальной схемы. Сборка изучаемой схемы осуществляется тумблерами. Стрелочный прибор П1 служит для измерения тока базы. При изучении одиночного усилительного каскада в цепи базы течет переменный ток, который выпрямляется в цепи стрелочного прибора с помощью диодов Д₁ – Д₂. Резистор R₂ является ограничивающим в цепи базы транзистора. Резисторы R_1Б и R_2Б служат для подачи напряжения смещения на базу транзистора и подключается как делитель напряжения коллекторного питания с помощью тумблера В2 и В5. Резисторы Rк₁, Rк₂ являются сопротивлениями коллекторной нагрузки: выбор нагрузки в цепи коллектора (от 0 до 3 кОм) производится с помощью тумблеров В3 и В4. В цепь эмиттера подключены резисторы Rэ₁; Rэ₂; Rэ₃ и конденсатор Сэ.

Резистор Rэ₁ с параллельно подключенным конденсатором Сэ образует цепочку температурной стабилизации при исследовании каскада с коллекторной нагрузкой (схема ОЭ), а резисторы Rэ₂ и Rэ₃ подключаются в качестве эмиттерной нагрузки при исследовании каскада ОК. Коммутация эмиттерной цепи осуществляется тумблерами В6, В7, В9, В11.

Резисторы Rн₁ и Rн₂ являются сопротивлениями нагрузки одиночных каскадов; подключение нагрузки производится тумблерами В2, В10, В14, В16 через конденсатор Свыход и коллектору (схема ОЭ), либо к эмиттеру (схема ОК) транзистора.

Входное напряжение постоянного или переменного тока (тумблер В12) изменяется с помощью потенциометра R12. Стрелочный прибор ИП2 служит для измерения постоянного коллекторного тока, а ИП3 – для измерения напряжения источника коллекторного питания, величина которого устанавливается с помощью потенциометра.

Для работы со стендами необходим электронный осциллограф и электронный вольтметр типа ВК-7-3.

2.2. Порядок выполнения работы

1. Снять и построить статические характеристики транзистора:

а) входные I_б=F(U_БЭ) ½U_КЭ=const при Uкэ1 = 0; Uкэ2 = – 5; Uкэ3 = – 10 В.

б) выходные I_к=F(U_кэ) ½ I_б=const при постоянных значениях тока базы (от I_б = 20 мкА до I_б = 120 мкА).

2. Для снятия статических характеристик с помощью тумблеров стенда необходимо отключить сопротивление смещения R_Б1 и R_Б2, закоротить сопротивления в цепи коллектора Rк, сопротивления в цепи эмиттера Rэ и входной конденсатор Свх. С помощью переключателя рода входного тока В12 в цепь базы подключить источник постоянного тока. Величина входного напряжения устанавливается потенциометром Rэ12 по показаниям лампового вольтметра (предел шкалы – 1 вольт, режим работы – "постоянный ток"), подключенного между базой и эмиттером транзистора.

3. Изучить работу транзистора в схеме усилительного каскада с коллекторной нагрузкой (включить R_Б1, R_Б2, Rк, Rэ, Свх, В14 в положение "ОЭ", "В12" – "Uвх2").

4. Снять и построить амплитудные характеристики каскада при значениях элементов схемы, помещенных в табл. 1, напряжении коллекторного питания Ек = -12 В. Входное напряжение изменять от 0,1 В до 1,5 В.

Таблица 1

Амплитудные характеристики целесообразно построить на одном графике.

Измерения входных и выходных напряжений осуществляется ламповым вольтметром в режиме – "переменный ток".

5. При снятии амплитудных характеристик записать величину входного тока и зарисовать форму напряжения на выходе (по осциллографу) при величине выходного напряжения Uвых = 1 вольт и 2 вольта.

6. По полученным в п.4 данным (при Uвых = 2 В) экспериментально определить входное сопротивление каскада .

Коэффициент усилителя по току

Коэффициент усилителя по напряжению .

Сравнить полученные параметры с расчетами.

7. На выходных статических характеристиках транзистора построить линию нагрузки по постоянному току Rк = 3 кОм и Ек = – 12 В. Определить графически максимальное значение неискаженного выходного напряжения при работе каскада в классе А и коэффициент усиления по напряжению (с учетом входной характеристики).

8. Снять и построить амплитудные характеристики каскада ОК Uвых = F(Uвх) при значениях сопротивления схемы, указанных в табл. 2 и напряжении коллекторного питания Ек = – 12 В. Входное напряжение изменять от 0,1 В до 1,5 В.

Таблица 2

Сопротивление Rк должно быть закорочено, а Сэ отключено.

Предел шкалы вольтметра установить равным 10 вольт.

9. При снятии амплитудных характеристик записать величину входного тока и зарисовать форму выходного напряжения при величине выходного напряжения 0,5 вольта и 1 вольта.

10. По полученным в п. 8 и 9 данным определить сопротивление каскада, коэффициент усиленного напряжения и коэффициент усиления по току при Uвых = 1 вольта.

Сравнить полученные параметры с расчетными значениями.

   3. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

-цель работы;

-протокол работы и таблицы результатов;

-обработку результатов измерений;

-выводы по результатам исследований.

4. Контрольные вопросы

1. Структура и условное обозначение биполярного транзистора. Образование p-n перехода.

2. Управление потенциальным барьером p-n перехода. Рабочее состояние транзистора. Режимы отсечки, насыщения, активный.

3. Схемы включения биполярного транзистора, свойства схем.

4. Статические входные и выходные характеристики транзистора для разных схем включения.

5. Первичные и вторичные параметры транзисторов.

6. Усилители с ОЭ. Назначения элементов. Временная диаграмма работы.

7. Усилители с ОК. Назначение элементов. Временная диаграмма работы.

8. Усилители с ОБ. Назначение элементов. Временная диаграмма работы.

9. Способы фиксации режима покоя в транзисторных усилителях

10. Способы термостабилизации режима покоя в транзисторных усилителях.

11. Динамическая характеристика транзистора.