Физический опыт
Цель работы: изучение черт биполярного транзистора и изучение способов анализа схем, содержащих транзистор.
Порядок исполнения работы
1. Изучение статических черт транзистора,
включенного по схеме с ОЭ
Составить схему для снятия статических черт транзистора с неспециализированным эмиттером (ОЭ).
Макет лабораторной работы представлен на рис.1. Требуемая схема планирует методом установки тумблеров S1-S8 в соответствующее положение. На рис.1 положения ручек всех тумблеров соответствуют состоянию «отключено», что сходится с их условным обозначением на схеме. В данной ситуации все ёмкости и сопротивления, включенные последовательно с тумблерами, были исключенными из схемы, а элементы С1, R4, R5, параллельно которым включены тумблеры – подключенными к схеме.
Рис.1. Схема лабораторного макета для изучения черт
усилителя и транзистора с емкостной связью
Правильность составленной схемы направляться проверить методом сопоставления ее с рис.2, где в качестве измерителей тока ??, mА употребляются устройства, установленные в середине лицевой панели лабораторного стенда; в качестве вольтметра V2 –выходной вольтметр блока питания (на 15В); в качестве вольтметра V1 – вольтметр В7-26, его нужно поставить в режим измерения постоянного напряжения. Микроамперметр ?? включается параллельно конденсатору С1. Регулируемое напряжение 0…2 V направляться подключить со стенда к макету, а напряжение 1…15 V подается на макет через разъем.
Рис.2. Схема для снятия входных и выходных черт транзистора
Снять входные характеристики транзистора
при – const для значений = 0 В, минус 5 В, минус 10 В.
Чтобы обеспечить равенство нулю, нужно отключить проводник от хорошего зажима mA и подсоединить его к неспециализированному проводу так, дабы выводы эмиттер и коллектор были закорочены. Задаваясь рядом значений токов , в соответствии с таблицей 1 измерять напряжение . За тем вернуть схему и установить напряжение , и снова повторять опыт при тех же значениях базисных токов
| При | |||||||||
| При | |||||||||
| При |
По взятым разрешённым построить семейство входных вольтамперных черт.
Снять выходные чёрта для значений = 0, 20, 40, 60, 80, 100 ?A.
Для обеспечения равенства нулю порвём цепь питания базы, отключим источник напряжения 2 В. Полученный ток коллектора именуют сквозным током, он будет так мелок, что для его измерения нужно применять микроамперметр. Задаваясь рядом значений , в соответствии с таблицей 2, измерить ток . Вернуть схему совершить указанный опыт при заданных значениях базисных токов. В ходе опыта принципиально важно смотреть за постоянством тока базы.
Таблица 2
По взятым разрешённым построить семейство выходных вольтамперных черт биполярного транзистора.
2. Изучение усилительных особенностей транзистора
Собрать схему усилителя с емкостной связью (рис.3)
Рис.3. Схема усилителя с емкостной связью
Выяснить режим работы усилителя по постоянному току.
Для этого направляться:
- пользуясь снятыми статическими чертями транзистора, выстроить нагрузочную чёрта в соответствии с уравнением
при ,
- измерить напряжение коллектора спокойствия вольтметром В7-26 при ;
- отметить на оси абсцисс, определённое значение , вернуть перпендикуляр и отыскать точку пересечения с нагрузочной прямой, отыскать ток коллектора спокойствия ;
- через отысканную точку, которая есть точкой спокойствия, совершить статическую чёрта параллельно ближайшей и, применяя экстерполяцию, выяснить примерное значение тока базы спокойствия ;
- на статических входных чертях по известному току отыскать точку спокойствия и выяснить напряжение база-эмиттер спокойствия
Выяснить численные значения — параметров с ОЭ в точке спокойствия, которая имеет координаты в совокупности входных черт , а в совокупности выходных черт .
При нахождении – параметров по чертям нужно знать математическую запись определяемого – параметра, и мочь задавать и обнаружить соответствующие приращения, каковые должны быть малыми.
Вычислить главные параметры усилителя с емкостной связью с учетом .
3.Экспериментальное изучение усилителя
с емкостной связью по схеме с ОЭ
Собрать схему изучения усилителя, для чего на вход подсоединить генератор переменного напряжения Г3-36 и вольтметр В3-38, а на выход — вольтметр и осциллограф В7-26.
Измерение коэффициента усиления по напряжению . По окончании подключения устройств задать напряжение на входе порядка 1 В, частотой 1 кГц, настроить осциллограф для наблюдения формы выходного сигнала. При отключенной нагрузке (резистор ), регулируя входное напряжение, добиться, дабы выходной сигнал имел синусоидальную форму. Измерить входное напряжение. Выходное напряжение измеряется два раза при отключенной нагрузке (таковой режим именуют холостым ходом) и включенной нагрузке. Выяснить коэффициент усиления в режиме холостого хода
,
и коэффициент усиления по напряжению с учетом нагрузки
.
Измерение выходного сопротивления . Как видно из прошлого опыта, выходное напряжение при подключении нагрузки значительно уменьшается. Это является следствием падения напряжения на выходном сопротивлении усилителя. Эквивалентную схему выходной цепи усилителя возможно представить в виде (рис.4, b), пользуясь которой возможно отыскать
.
Рис.4. Эквивалентная схема входной (а) и выходной (b) цепей усилителя
Определение входного сопротивления усилителя . Яркое измерение входного сопротивления нереально. Воспользуемся косвенным способом измерения, в соответствии с эквивалентной схемой (рис.4, а). Измерив посредством вольтметра В3-38 переменные напряжения , полагая известным , последовательно отыщем
;
.
Коэффициент усиления по току
,
где 
— выходной ток.
Сравните расчетные значения по пункту 2.4, полученные из анализа эквивалентной схемы усилителя с емкостной связью, с экспериментальными данными. Они смогут различаться на 10…15% из-за технологического разброса сопротивлений резисторов.
4. Изучение влияния обратной связи на особенности усилителя
Резистор в цепи эмиттера устанавливается для ведения отрицательной обратной связи по постоянному току, что разрешает стабилизировать ток коллектора спокойствия.
Изучить влияние эмиттерного резистора на напряжение база — эмиттер спокойствия . Измерить напряжение при подключенном и шунтированным резисторе . Сделать вывод о влиянии обратной связи на значение напряжения , которое определяет положение точки спокойствия. Растолковать полученный итог.
Изучить влияние эмиттерного резистора на динамический режим работы. Отключить эмиттерный конденсатор , выяснить коэффициент усиления по напряжению . Сравнить с для случая, в то время, когда включен конденсатор . Сделать выводы и растолковать полученный итог.
Требования к отчету
Отчет обязан содержать:
- схему для снятия статических черт биполярного транзистора,
- таблицы с взятыми результатами,
- входные и выходные статические характеристики транзистора,
- результаты расчетов — параметров транзистора,
- схему усилителя с емкостной связью,
- вычисленные значения параметров усилителя с емкостной связью,
- выводы по экспериментальным результатам.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте определение биполярного транзистора. Каково область и назначение применения транзисторов.
2. Поясните принцип и структуру действия биполярного транзистора.
3. Дайте определение входных и выходных вольт – амперных черт.
4. Сопоставьте входные характеристики транзистора с физическими процессами, протекающими в нем. Дайте объяснение виду входных черт.
5. Выделите на выходных чертях характерные участки, объясните их вид, связав с физическими процессами, протекающими в транзисторе.
6. Какой режим работы транзистора именуют режимом спокойствия? Как графически выяснить координаты точки спокойствия?
7. Как изменится положение нагрузочной прямой, при трансформации и ?
8. Напишите выражения для определения — параметров при схеме включения с ОЭ.
9. Изобразите эквивалентную схему усилителя и транзистора с емкостной связью.
10. Приведите формулы, определяющие , , для схемы включения транзистора с ОЭ.
11. Объясните назначение элементов схемы усилителя с емкостной связью.
12. Объясните влияние резистора и конденсатора , включенного в цепь эмиттера на работу усилителя.
Виртуальный опыт
Цель работы: изучение характеристик методов и исследование транзистора анализа схем, содержащих транзистор; исследования навыков и получение моделирования электронных схем посредством программы Electronics Workbench.
Порядок исполнения работы
1.Изучение статических черт транзистора,
включенного по схеме с ОЭ
Составить схему для снятия статических черт транзистора с неспециализированным эмиттером (ОЭ) (рис.5).
Рис.5. Схема для изучения черт транзистора
Снять входные характеристики транзистора при – const для значений = 0 В, минус 5 В, минус 10 В.
Задаваясь рядом значений токов в соответствии с таблицей 3, измерять напряжение .при фиксированных значениях напряжений .
Таблица 3
| При | |||||||||
| При | |||||||||
| При |
По взятым разрешённым построить семейство входных вольтамперных черт.
Снять выходные чёрта для значений = 0, 20, 40, 60, 80, 100 ?A.
Устанавливая последовательность значений напряжения ,в соответствии с таб.4, измерять ток коллектора при фиксированных токах базы
Таблица 4
По взятым разрешённым построить семейство выходных вольтамперных черт биполярного транзистора.
2. Изучение усилительных особенностей транзистора
Расчет схемы усилителя с емкостной связью. Вычислить и выбрать номинальные значения элементов образующих усилитель с емкостной связью (рис.6). Данные:
Рис.6. Схема усилителя с емкостной связью
Последовательность расчета следующая:
Отметить на осях координат семейства выходных черт (рис. 7) заданные значения , , соединить их прямой, эта прямая есть нагрузочной прямой, угол наклона которой зависит от резистора ; из этого следует
,
потом номинальное значение резистора выбирается по последовательности номинальных значений.
Рис.7. Построение нагрузочной прямой
На нагрузочной прямой выделяем рабочий участок , приблизительно на середине этого участка отмечаем точку спокойствия и находим ее координаты . По входной характеристике по известному току отыщем . В данной точке определяем значение — параметров при схеме включения с ОЭ.
При нахождении – параметров по чертям нужно знать математическую запись определяемого – параметра и мочь задавать и обнаружить соответствующие приращения, каковые должны быть малыми.
В будущем расчет содержится в том, что направляться так подобрать элементы делителя напряжения и , дабы обеспечить ток . Сперва находим значение резистора , а после этого из выражений
,
,
,
,
задавшись (дабы не шунтировать входное сопротивление транзистора) находим . Все резисторы выбираются из последовательности номинальных значений.
Расчет конденсаторов производится так, дабы их сопротивления на нижней рабочей частоте были довольно много меньше сопротивлений резисторов, подключенных к ним
,
,
.
Емкость конденсаторов рассчитывается из вышеприведенных формул и выбирается по таблице номинальных значений. На схеме усилителя с емкостной связью (рис.6)
Вычислить главные параметры усилителя с емкостной связью с учетом .
3. Изучение усилителя с емкостной связью по схеме с ОЭ
Собрать схему изучения усилителя (рис.6), установить выбранные и заданные значения конденсаторов и резисторов. На вход подсоединить генератор переменного напряжения, подключить осциллограф, так, дабы один из входов был подсоединен ко входу усилителя, а второй — к его выходу. Для удобства наблюдения нужно задать разные цвета осциллограммам входного и выходного напряжений. Цвет задается подводящим проводам, для чего направляться щелкнуть два раза мышкой по проводнику и задать цвет на выпадающем меню.
Измерение коэффициента усиления по напряжению . По окончании подключения устройств задать напряжение на входе порядка 1 В, частотой 1 кГц, настроить осциллограф для наблюдения форм входного и выходного сигнала. При отключенной нагрузке (резистор ), регулируя входное напряжение, добиться, дабы выходной сигнал имел синусоидальную форму. Измерить входное напряжение посредством осциллографа. Выходное напряжение измеряется два раза при отключенной нагрузке (таковой режим именуют холостым ходом) и включенной нагрузке. Выяснить коэффициент усиления в режиме холостого хода
,
и коэффициент усиления по напряжению с учетом нагрузки
.
Измерение выходного сопротивления . Как видно из прошлого опыта, выходное напряжение при подключении нагрузки значительно уменьшается. Это является следствием падения напряжения на выходном сопротивлении усилителя. Эквивалентную схему выходной цепи усилителя возможно представит в виде (рис.8, b), пользуясь которой возможно отыскать
.
Рис.8. Эквивалентная схема входной (а) и выходной (b) цепей усилителя
Определение входного сопротивления усилителя . Яркое измерение входного сопротивления нереально. Воспользуемся косвенным способом измерения в соответствии с эквивалентной схемой (рис.8, а). Измерив посредством вольтметра В3-38 переменные напряжения , полагая известным , последовательно отыщем
;
.
Определение коэффициента усиления по току
,
где 
— выходной ток.
Сравните расчетные значения по пункту 2, полученные из анализа эквивалентной схемы усилителя с емкостной связью, с экспериментальными данными. Они смогут различаться на 10…15% из-за технологического разброса сопротивлений резисторов.
4. Изучение влияния обратной связи на особенности усилителя
Резистор в цепи эмиттера , устанавливается для ведения отрицательной обратной связи по постоянному току, что разрешает стабилизировать ток коллектора спокойствия.
Изучить влияние эмиттерного резистора на напряжение база эмиттер спокойствия . Измерить напряжение при подключенном и шунтированном резисторе . Сделать вывод о влиянии обратной связи на значение напряжения , которое определяет положение точки спокойствия. Растолковать полученный итог.
Изучить влияние эмиттерного резистора на динамический режим работы. Отключить эмиттерный конденсатор , выяснить коэффициент усиления по напряжению . Сравнить с для случая, в то время, когда включен конденсатор . Сделать выводы и растолковать полученный итог.
Требования к отчету
Отчет обязан содержать:
1. схему для снятия статических черт биполярного транзистора,
2. таблицы с взятыми результатами,
3. входные и выходные статические характеристики транзистора,
4. результаты расчетов — параметров транзистора,
5. схему усилителя с емкостной связью,
6. вычисленные значения параметров усилителя с емкостной связью,
7. выводы по экспериментальным результатам.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте определение биполярного транзистора. Каково область и назначение применения транзисторов?
2. Поясните принцип и структуру действия биполярного транзистора.
3. Дайте определение входных и выходных вольт – амперных черт.
4. Сопоставьте входные характеристики транзистора с физическими процессами, протекающими в нем. Дайте объяснение виду входных черт.
5. Выделите на выходных чертях характерные участки, объясните их вид, связав с физическими процессами, протекающими в транзисторе.
6. Какой режим работы транзистора именуют режимом спокойствия? Как графически выяснить координаты точки спокойствия?
7. Как изменится положение нагрузочной прямой при трансформации и ?
8. Напишите выражения для определения — параметров при схеме включения с ОЭ.
9. Изобразите эквивалентную схему усилителя и транзистора с емкостной связью.
10. Приведите формулы, определяющие , , для схемы включения транзистора с ОЭ.
11. Объясните назначение элементов схемы усилителя с емкостной связью.
12. Объясните влияние резистора и конденсатора , включенного в цепь эмиттера, на работу усилителя.