3.2. Порядок выполнения работы

1) Исследовать ВАХ стабилитрона KC147A. Для этого собрать динами-ческий построитель характеристики (см. рис. 2.4), заменив диод стабилитроном. Исследования выполняются аналогично заданию п. 1 подразд. 2.2 при R_=_100_Ом.

2) Снять ВАХ двуханодного стабилитрона KC162A (см. задание п. 1). Построить ВАХ KC147A, KC162A.

3) Исследовать параметрический стабилизатор напряжения (см. рис. 3.2). Балластное сопротивление определить по формуле:

.

(3.3)

Для расчета R_б принять U_вх = 8 В; I_ст = 30 мА.

Собрать схему (см. рис. 3.2). Изменяя U_вх от 5 до 11 В, определить U_вых, значения записать в табличной форме. Построить график U_вых = f (U_вх). По графику на участке стабилизации определить значение К_ст (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Характеристика «вход – выход» стабилизатора

Исследовать влияние сопротивления нагрузки R_н на выходное напряжение стабилизатора. При U_вх = 8 В; R_б = 100 Ом, изменяя значение R_н, определить значения U_вых. Результаты измерений оформить в табличной форме.

Повторить аналогичные исследования для R_б = 1 Ом; 3,3 кОм. Данные записать в табличной форме, по ним построить семейство графиков U_вых = f (R_н) для разных значений R_б.

4) Исследовать работу ограничителя на двуханодном стабилитроне (рис._3.4), приняв R = 100 Ом.

Рис. 3.4. Схема ограничителя напряжения

Собрать схему (рис. 3.4), с генератора на вход подать синусоидальный сигнал с действующим напряжением 10 В и частотой 500 Гц. Форму выходного напряжения наблюдать с по-мощью осциллографа. Зарисовать осциллограмму в соответствующем масштабе.

5) Зарисовать осциллограммы при подключении к выходу схемы сопротивления нагрузки R_н_=_100 Ом; 1 кОм.

3.3. Содержание отчета

1) Паспортные данные стабилитронов KC147A, KC162A.

2) Принципиальные схемы динамического построителя ВАХ и параметрического стабилизатора напряжения.

3) Осциллограммы на входе и выходе ограничителя, полученные при исследованиях стабилитронов.

4) Заполненные таблицы и графики, полученные при выполнении исследований (см п. 1 – 5 подразд. 3.2).

5) Выводы по результатам исследований.

3.4. Контрольные вопросы

1) Каковы основные характеристики, параметры и разновидности стабилитронов?

2) Каков принцип действия схемы параметрического стабилизатора нап-ряжения?

3) Как определяются номинальные значения элементов схемы параметрического стабилизатора напряжения?

Лабораторная работа 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Цель работы: экспериментальные исследования вольт-амперных характеристик и расчет параметров биполярных транзисторов.

Оборудование: универсальный лабораторный макет, транзистор КТ801А.

4.1. Теоретические сведения

Биполярным транзистором (БТ) называют полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами и тремя или более выводами. Условные графические обозначения БТ приведены на рис. 4.1. БТ имеет три вывода – базу (Б), эмиттер (Э), коллектор (К).

Транзистор – активный элемент, усиливающий мощность электрического сигнала за счет энергии внешних источников питания. Изменяя ток во входной цепи по определенному закону, можно получить усиленный сигнал той же формы на выходе.

В электрическую цепь транзистор включают таким образом, что один из его выводов является входным, второй – выходным, а третий – общим для входной и выходной цепей.

а	б
Рис. 4.1. Условные графические обозначения БТ

В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Эти схемы для транзистора типа p-n-p приведены на рис._4.2. Для транзистора в различных схемах включения изменяются лишь полярность напряжения и направление токов. Самой распространенной является схема с ОЭ (рис._4.2, б), имеющая наибольшее усиление мощности.

а	б	в
Рис. 4.2. Схемы включения БТ: а – с ОБ; б – с ОЭ; в – с ОК

Каждая схема включения транзисторов характеризуется двумя семействами статических ВАХ: выходными и входными (рис. 4.3).

Статические ВАХ снимаются при отсутствии сопротивления нагрузки в выходной цепи. При наличии этого сопротивления (рис. 4.4, а) говорят о динамическом режиме работы транзистора. В таком режиме изменение коллекторного тока при E_к = const и R_к = const происходит не только от изменения базового тока, но и от изменения напряжения на коллекторе:

,

(4.1)

которое в свою очередь зависит от базового и коллекторного тока, т. е. в динамике одновременно изменяются все токи и напряжения на транзисторе. Характеристики, определяющие связь между током и напряжением транзистора при наличии сопротивления нагрузки, называются динамическими, они строятся на семействах статических ВАX при заданных значениях Е_к и R_к. Для построения динамической выходной характеристики схемы с ОЭ (рис. 4.4, б) использовано уравнение динамического режима (4.1), которое представляет собой уравнение прямой. Точка пересечения динамической характеристики (нагрузочной прямой) с одной из статических ВАХ называется рабочей точкой транзистора (см. рис. 4.4, б, точка Р). Изменяя ток I_б, можно перемещать точку P по наг-рузочной прямой. Начальное положение точки P при отсутствии входного переменного сигнала называют точкой покоя.

Рис. 4.3. Семейства ВАХ БТ:

а – входные; б – выходные характеристики схемы с ОБ;

в, г – соответственно выходные и входные характеристики схемы с ОЭ

Существует три основных режима работы транзистора: активный (линейный, усилительный), отсечки и насыщения, на рис. 4.4, б они обозначены соответственно I, II и III. В активном режиме точка покоя Р транзистора находится примерно посередине участка нагрузочной прямой MN (cм. рис. 4.4, б), а рабочая точка не выходит за пределы участка MN. В режиме насыщения рабочая точка находится в области насыщения, а в режиме отсечки – в области отсечки.

а	б
Рис. 4.4. Динамический режим работы БТ

Характеристические параметры транзистора можно найти, если формально представить его в виде активного линейного четырехполюсника, а связь между напряжениями и токами на его входе и выходе – в виде системы уравнений:

(4.2)

где h₁₁ – входное сопротивление;

h₂₁ – коэффициент передачи (усиления) по току;

h₁₂ – коэффициент обратной cвязи по напряжению;

h₂₂ – выходная проводимость.

Приближенные значения h-параметров можно определить графоаналитическим способом на линейных участках входных и выходных характеристик транзистора.

Параметры рассчитываются по конечным приращениям тока и напряжения вблизи рабочей точки транзистора. В этом случае для схемы с ОЭ справедлива следующая система уравнений:

			(4.2)
где

Например, для определения параметров h₁₁ и h₁₂ в схеме с ОЭ на семействе входных характеристик (рис. 4.5, а) в рабочей точке А строят треугольник ABC (из А проводят прямые, параллельные осям абсцисс и ординат, до пересечения со второй характеристикой в точках В и С).

а	б
Рис. 4.5. Определение параметров по ВАХ

Из полученного характеристического треугольника определяют все значения, необходимые для расчета h₂₂ и h₂₁:

(4.3)

(4.4)

В рабочей точке А на выходных характеристиках (рис. 4.5, б) определяют параметры h₂₂ и h₂₁:

(4.5) (4.6)

Аналогично можно определять h-параметры для схемы с ОБ.