Оснащение рабочего места
Для проведения лабораторной работы используется устройство лабораторное К4822-2: измерительные приборы: амперметр, вольтметр, исследуемый диод
Техника безопасности: Без проверки преподавателя схему не включать, т.к. при неправильном включении амперметров они могут выйти из строя. (Приложение 1).
Норма времени: 2 часа.
Ход работы:
Теоретические основы
Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р-п - переходами, имеющий 3 вывода, пригодный для усиления мощности и генерирования электрических колебаний. Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодействия двух близко расположенных р-п -переходов.
Идеализированная модель биполярного транзистора представляет собой трехслойную структуру п—р—п- (рис. 1) или р—п—р-типа.
Принцип работы транзисторов обоих типов одинаков, разница лишь в том, что полярность включения источников питания противоположна. Поэтому в транзисторе типа р-п-р коллекторный ток создается движением дырок, а в транзисторе типа n-р-п движением электронов
Рисунок 1 Модель биполярного транзистора
На рис. 2, а и б даны условные обозначения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).
Рисунок 2 Условное обозначение транзисторов
Средний слой биполярного транзистора называется базой Б, один крайний слой — коллектором К, другой крайний слой — эмиттером Э. Каждый слой имеет вывод, с помощью которого транзистор включается в цепь. В зависимости от полярности напряжений между выводами биполярного транзистора он работает в различных режимах.
Различают четыре режима работы биполярного транзистора
· активный режим, в котором переход эмиттер—база включен в прямом направлении, а переход коллектор—база — в обратном;
· инверсный режим, в котором переход эмиттер—база включен в обратном направлении, а переход коллектор—база — в прямом;
· режим отсечки, в котором оба перехода включены в обратном направлении;
· режим насыщения, в котором оба перехода включены в прямом направлении.
Если транзистор применяется для усиления сигналов, то основным является его активный режим работы, если в качестве ключа — режимы отсечки и насыщения.
При подключении положительного полюса источника постоянной ЭДС E э = − U ЭБ к базе потенциальный барьер p — n -переход (n — p — n -транзистор на рис. 1) между базой и эмиттером понижается. Свободные электроны инжектируются из эмиттера в базу, образуя ток I Э в цепи эмиттера.
Если между коллектором и базой включен источник постоянной ЭДС E K = U KБ отрицательным полюсом к базе, то увеличивается потенциальный барьер p — n -перехода между базой и коллектором.
Бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера в базу, втягивается сильным электрическим полем напряженностью этого p — n -перехода, образуя ток I K в цепи коллектора. Незначительная часть свободных электронов, инжектированных из эмиттера в базу, образует ток I Б в цепи базы.
В рассмотренном случае база является общим электродом входной и выходной цепей. Такая схема включения биполярного транзистора называется схемой с общей базой (ОБ).
:
Схемы включения транзисторов.
Возможны три основные схемы включения транзисторов: (ОБ). схема с общей базой (Рисунок3); (ОК) с общим коллектором (Рисунок7) и (ОЭ). общим эмиттером (Рисунок5)
Название схем показывает, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей. От схемы включения транзистора зависят его характеристики, показывающие зависимости между входными и выходными токами и напряжениями.
1) Схема с общей базой;
Рисунок3Схемам ОБ
Рисунок4 Входные характеристики а)Выходные характеристики б)
Схема с ОБ имеет существенный недостаток входное сопротивление мало, коэффициент усилия по току = 0,9 - 0,95
2) Схема с общим эмиттером; ОЭ
Рисунок5 Схема с общим эмиттером
Рисунок6 Входные и выходные характеристики
Схема с ОЭ наиболее распространенная в усилителях, коэффициент усилия по напряжению - несколько сот, по мощности несколько тысяч.
3) Схема с общим коллектором. OК
Рисунок7 Схема с общим коллектором
Используется для согласования отдельных каскадов.
Преимущества транзисторов перед электронными приборами отсутствие цепи накала, большая механическая прочность, малые размеры и масса, низкое напряжение питания.
Недостатки: зависимость режима работы от температуры окружающей среды, небольшая выходная мощность, разброс параметров.
Порядок проведения работы
Задание 1 Ознакомиться с лабораторной установкой в целом и измерительными приборами, которые используются в работе
- ИП -1 - вольтметры постоянного тока на ЗВ.
- ИП - 2 - миллиамперметр постоянного тока на 10ма.
- ИП-3-миллиамперметр постоянного тока на 300ма
- ИП -4 - вольтметры постоянного тока на 15В.
- КТ801Б - исследуемый транзистор.
Задание 2 Заполнить технические данные измерительных приборов по заданному образцу Таблица 1.Оборудование (Приложение 2).
Задание 3
Собрать электрическую цепь по схеме,приведенной на рисунке 8 и дать проверить преподавателю
Рисунок 8 Схема опыта
Задание 4
ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА И ЗАПИСЬ РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ.
4.1Установить напряжение на коллекторе Uк=0.Изменяя напряжение на базе от 0до1В, фиксируем ток базы. Измерения заносим в таблицу 1. Тоже повторяем для Uк =6В
Таблица 1. Снятие входной характеристики
| Uк=0 | Uб,В | |||||
| IБ, мА | ||||||
| Uк =6В | Uб,В | |||||
| IБ, мА |
4.2 Устанавливаем ток базы IБ =2ма и изменяя коллекторное напряжение UК от 0 до 10В фиксируем ток коллектора. Результат заносим в таблицу2. Тоже повторяем для IБ =4ма
Таблица 2. Снятие выходной характеристики
| IБ =2мА | Uк,В | |||||
| Iк, мА | ||||||
| IБ =4мА | Uк,В | |||||
| Iк, мА |
4. З. Построить характеристики:
IБ = f (UБ ) при UК =const IК=f (U К ) IБ = const
4.4.По характеристикам определить параметры входное и выходное сопротивление, коэффициенты усиления по току и напряжению
Контрольные вопросы:
1.Начертите схему устройства транзистора и объясните, почему он используется как усилительный элемент.
2.Какие возможны способы включения транзистора?
З. Какие основные характеристики транзистора?
4.Какие основные параметры транзистора?
5. Как по характеристикам определить основные параметры?
Задания для отчета
По результатам лабораторной работы выполняется письменный отчет с ответами на контрольные вопросы, устная защита
Система оценивания.
Применяется накопительная система оценки
Основные источники:
1. Немцов М.В. Электротехника и электроника: учебник для СПО (Гриф) ТОП-50/М.В. Немцов, М.Л. Немцова.-М.: ИЦ «Академия», 2017.-480с.
2. ЭУМК: Немцов М.В. Электротехника [Электронный ресурс]:.- М.: Академия, 2018.- 1- изд. Тип лицензии: многопользовательская на 5 лет договор № 0054/СЭО-18 от 18 декабря 2018г.
3. Блохин А.В. Электротехника: [Электронный ресурс]: учебное пособие для неэлектротехнических спец. вузов.- Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2014.-184с. (Формат PDF)