Метод. пособ ОЭТ_лаб. Методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине Основы электронной техники для студентов направления подготовки бакалавра

• Название: Методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине Основы электронной техники для студентов направления подготовки бакалавра
• Дата: 21.04.2022
• Размер: 5.09 Mb.
• Имя файла: Метод. пособ ОЭТ_лаб.doc
• Тип: Методическое пособие; #488675
• страница: 9 из 10

3.3 Лабораторная работа № 3. Определение свойств, параметров и семейств статических вольт - амперных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

1 Цель работы
Цель работы - достичь понимания свойств и характеристик биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером, приобрести навыки экспериментального определения семейств их статических вольт - амперных характеристик (ВАХ) и научиться использовать их для практического определения соответствия параметров биполярных транзисторов техническим условиям или справочным данным.
2 Задачи работы
2.1 Изучить теоретический материал по биполярным транзисторам, схемам их включения и семействам ВАХ.

2.2 Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.

2.3 По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.
3 Программа работ
3.1 Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы.

3.2 Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениям в биполярных транзисторах, свойствам и параметрам полупроводниковых биполярных транзисторов, включенных в схеме с общим эмиттером по конспекту лекций по дисциплине "Твердотельная электроника" и литературе [1-4].

3.3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.

3.4 Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и подготовить его к работе.

3.5 Снять семейство входных статических ВАХ биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.

3.6 Снять семейство выходных ВАХ этого же транзистора.

3.7 Построить графики полученных ВАХ.

3.8 Рассчитать по семействам выходных ВАХ зависимости статического R_c и динамического R_д сопротивлений, а также выделяемой в транзисторе мощности Р_vт от тока коллектора.

3.9 Определить по справочнику параметры предельных режимов работы транзистора и отметить их на семействах ВАХ.

3.10 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованного транзистора техническим условиями.

3.11 Защитить отчет.
4 Методические рекомендации
4.1 При изучении теоретического материала обратить внимание на принцип работы биполярного транзистора, свойства биполярных транзисторов в различных схемах включения и их параметры. Повторить условные обозначения элементов в электрических цепях и их буквенные обозначения по действующим ГОСТам.

4.2 Работа выполняется на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы необходимо использовать сменный планшет №6. Рекомендуемые приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения ГН2 (0,5-15 В), находящиеся на нижней панели стенда, 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3) биполярный транзистор, выдаваемый преподавателем (типа n-p-n либо p-n-p), 4) соединительные провода.

4.3 Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин необходимо устанавливать переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения.

4.4 При снятии входных ВАХ необходимо обратить внимание на полярности источников и приборов, указанные на схеме планшета (рисунки 1 и 2) и собрать схему в строгом соответствии с этими полярностями. Переключатель мультиметра – измерителя напряжения установить в положение 0,2 В, а измерителя тока в положение 0,5 мА. Для измерения выходных напряжений использовать мультиметр – измеритель напряжения, переключив его на соответствующий предел (20 В). Перед началом эксперимента подключить стенд к сети 220 В, 50 Гц. Установить рукоятки источников ГТ и ГН2 "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее положение против часовой стрелки.



Рисунок 1 – Схема снятия входных характеристик p-n-p транзистора


Рисунок 2 - Схема снятия входных характеристик n-p-n транзистора
После проверки собранной схемы преподавателем включить стенд, поставив включатель «Сеть» в положение "I". При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, снять показания мультиметров в 10 -12 точках в диапазоне тока базы от 0 до 0,5 мА. Поскольку семейство входных характеристик должно сниматься при постоянном выходном напряжении, то при изменении тока базы необходимо периодически следить с помощью мультиметра – вольтметра за тем, чтобы выходное напряжение не изменялось. При обнаружении его изменения необходимо ручкой регулятора ГН2 восстановить первоначально установленную его величину. Рекомендуется семейство входных ВАХ снимать при следующих постоянных напряжениях коллектор-эмиттер ¾ 0; 0,5; 5; 10; 15 В. Затем выключить стенд, полученные значения токов и напряжений занести в таблицу.

4.5 Перед проведением эксперимента по определению семейства выходных ВАХ необходимо разобрать схему, собранную для проведения предыдущего эксперимента и установить все рукоятки регуляторов в исходное положение.

4.6 Для определения выходных статических ВАх биполярного транзистора ток коллектора рекомендуется измерять на пределе мультиметра 20 мА. После проверки собранной схемы (рисунок 2 или 3 в зависимости от типа транзистора) необходимо включить стенд, задать с помощью генератора тока ГТ ток базы и поддерживать его постоянным в ходе эксперимента по определению каждой выходной ВАХ всего семейства. Рекомендуемый ряд задаваемых в этом эксперименте токов базы - 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мА. Контролировать ток необходимо мультиметром – амперметром, включаемым вместо перемычки П.



Рисунок 3 - Схема снятия выходных характеристик p-n-p транзистора
При каждом из этих значений тока базы необходимо снять 10-15 точек ВАХ в диапазоне изменения напряжения коллектор-эмиттер от 1 до 15 В. Поскольку ток коллектора наиболее круто возрастает в диапазоне от 0 до 1 В, то в этом диапазоне рекомендуется снять 10 точек с шагом 0,1 В. Не следует забывать о поддержании тока базы постоянным.



Рисунок 4 - Схема снятия выходных характеристик n-p-n транзистора
4.7 Определить начальный ток эмиттера при 10 В напряжения коллектор-эмиттер и разомкнутой цепи базы. Эксперимент проводить как можно быстрее во избежание излишнего саморазогрева транзистора.

4.8 После окончания экспериментов отключить стенд. Построив от руки в рабочей тетради графики полученных семейств ВАХ, показать преподавателю.

4.9 По экспериментальным данным, полученным в ходе выполнения данной лабораторной работы, построить графики семейств статических ВАХ прямой передачи и обратной связи.

4.10 Построить графики семейства зависимостей статического коэффициента передачи тока базы от тока коллектора.

4.11 Построить графики семейства зависимостей мощности рассеяния на транзисторе от напряжения коллектор-эмиттер. При расчетах учитывать потери не только от тока коллектора, но и от тока базы.

4.12 На графиках семейства выходных ВАХ отметить границы предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора.

4.13 Рассчитать значения статического и динамического сопротивлений от входного и выходного напряжений по входным и выходным ВАХ и построить их графики.

4.14 При оформлении отчета руководствоваться требованиями к оформлению отчетов по лабораторным работам кафедры «Промышленная электроника».
5 Содержание отчета
Отчет должен содержать следующие разделы:

· цель и программа работ,

· описание методики, принципиальных электрических схем для определения семейств ВАХ транзистора в схеме с ОЭ с приведением всех используемых приборов, разъемов и их буквенных обозначений, а также таблиц со значениями экспериментальных данных.

· графики семейств статических ВАХ транзистора в схеме с ОЭ с обозначенными на них границами предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора.

· расчет зависимостей Rc и Rд от входного и выходного напряжений и графики этих зависимостей.

· справочные данные исследуемого транзистора и его эскизы с указанием названия электродов,

· расчет коэффициента В прямой передачи тока базы и графики его изменения,

· расчет мощности, выделяемой в транзисторе и графики ее изменения без нагрузки и с нагрузкой,

· выводы по работе,

· список литературы, использованной при проведении работы.
6 Вопросы для самоконтроля
6.1 Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы.
· В чем заключается цель лабораторной работы?

· Какие приборы используются при выполнении лабораторной работы?

· Как определяется семейства входных ВАХ транзистора?

· Как определяется семейства выходных ВАХ диода?

· Какие пределы измерения выставляются на приборах при определении входных и выходных ВАХ транзистора?

· Как определить начальный ток эмиттера?
6.2 Вопросы для защиты лабораторной работы
· В чем заключается принцип действия биполярного транзистора и особенности физических процессов в нем при различных режимах?

· Каковы особенности работы биполярного транзистора в схеме с ОЭ по сравнению с другими схемами включения?

· Какими причинами объясняется нелинейный характер ВАХ ?

· Какие параметры биполярного транзистора в схеме с ОЭ ВЫ знаете?

· Что такое предельные режимы работы транзистора?

· Какие области на графиках семейств ВАХ каким режимам соответствуют?

· Как по двум различным семействам ВАХ построить остальные семейства?

· Каковы области применения транзисторов в схеме с ОЭ ?

· В чем заключаются методики проведения экспериментальной и расчетной частей лабораторной работы ?

· Как биполярные транзисторы маркируются и обозначаются в схемах электрических цепей ?

· Каковы схемы замещения биполярных транзисторов ?
7 Приложение
Справочные данные транзисторов КТ315 и КТ361

КТ315А, КТ315Б, КТ315В, КТ315Г, КТ315Д, КТ315Е, КТ315К, КТ315И
Транзисторы кремниевые эпитаксиально - планарные n-p-n усилительные высокочастотные маломощные.



Предназначены для работы в схемах усилителей высокой, промежуточной и низкой частоты.

Выпускаются в пластмассовом корпусе с гибкими выво­дами. Обозначение типа приводится на этикетке.

Масса транзистора не более 0.18 г.

Электрические параметры

Граничное напряжение при I_э = 5 мА не менее:

КТЗ15А, КТ315Б, КТ315Ж 15 В

КТЗ15В, КТ315Д, КТ315И 30 В

КТ315Г, КТ315Е 25 В

Напряжение насыщения коллектор - эмиттер при I_к = 20 мА, I_б = 2 мА не более:

КТ315А, КТ315Б, КТЗ 15В, КТ315Г 0,4 В

КТ315Д, КТ315Е 1В

КТ315Ж 0,5 В

Напряжение насыщения база - эмиттер при Iк = 20 мА, I_Б - 2 мА не более:

КТ315А, КТ315Б, КТ315В, КТ315Г 1,1 В

КТ315Д, КТ315Е 1,5 В

КТ315Ж 0,9 В

Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при U_кэ = 10 В, I_к = 1 мА:

КТ315А, КТ315В, КТ315Д 20 - 90

КТ315Б, КТ315Г, КТ315Е 50 - 350

КТ315Ж 30 - 250

КТ315И не менее 30

Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте при U_кб = 10 В, I_э = 5 мА не более:

КТ315А 300 нс

КТ315Б, КТ315В, КТ315Г 500 нс

КТ315Д, КТ315Е, КТ315Ж 1000 нс

Модуль коэффициента передачи тока при U_кэ =10 В, I_к = 1 мА, f= 100 МГц не менее:

КТ315А, КТ315Б, КТ315В, КТ315Г, КТ315Д, КТ315Е, КТ315И 2,5

КТ315Ж 1,5

Емкость коллекторного перехода при U_кб = 10 В, f= 10 МГц не более:

КТ315А, КТ315Б, КТ315В, КТ315Г, КТ315Д, КТ315Е, КТ315И 7 пФ

КТ315Ж 10 пФ

Входное сопротивление при U_кэ = 10 В, I_к = 1 мА, не менее 40 Ом

Выходная проводимость при U_кэ = 10 В, I_к = 1 мА 0,3 мкСм

Обратный ток коллектора при U_кб = 10 В не более 1 мкА
Предельные эксплуатационные данные

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер при U_бэ = 10 кОм, Т= 213 … 373 К:

КТ315А 25 В

КТ315Б 20 В

КТ315В, КТ315Д 40 В

КТ315Г, КТ315Е 35 В

КТ315Ж 15 В

КТ315И 60 В

Постоянное напряжение база-эмиттер при Т = 213 … 373К 6В

Постоянный ток коллектора при Т =213 … 373 К:

КТ315А, КТ315Б, КТ315В, КТ315Г, КТ315Д, КТ315Е 100 мА

КТ315Ж, КТ315И 50 мА

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора при Т =213 … 298 К:

КТ315А, КТ315Б, КТ315В, КТ315Г, КТ315Д, КТ315Е 150 мВт

КТ315Ж, КТ315И 100 мВт

Температура перехода 393 К.

Температура окружающей среды От 213 до 373 К

Примечания: 1. Постоянная рассеиваемая мощность коллекто­ра, мВт, при Т =298 … 373 К определяется по формуле

Р_К.макс = (393 - Т)/0,67.

Допускается эксплуатация транзисторов в режиме Р_к = 250 мВт при U_КБ = 12,5 В, I_к = 20 мА.

2. Пайка выводов допускается на расстоянии не менее 2 мм от корпуса транзистора.

При включении транзистора в схему, находящуюся под напря­жением, базовый вывод должен подсоединяться первым и отсоеди­няться последним.

Не рекомендуется работа транзисторов при рабочих токах, соизмеримых с неуправляемыми обратными токами во всем интервале температур

Зависимость статического коэф­фициента передачи тока от тока эмиттера.

Зависимость напряжения насы­щения коллектор-эмиттер от то­ка коллектора.



Зависимость статического коэффициента передачи тока от тока эмиттера


Зависимость напряжения насы­щения база-эмиттер от тока коллектора


Зависимость напряжения насы­щения база-эмиттер от тока базы
Транзисторы КТ361А, КТ361Б, КТ361В, КТ361Г, КТЗ61Е



Транзисторы кремниевые эпитаксиально - планарные p-n-p усилительные высокочастотные.

Предназначены для работы в усилителях высокой частоты. Выпускаются в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Обозначение типа приводится в этикетке.

Масса транзистора не более 0,3 г.

Электрические параметры

Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при U_кб =10 В, I_э = 1 мА:

при Т =298 К:

КТ361А, КТ361Д 20 - 90

КТ361Б, КТ361Г, КТ361Е . 50 - 350

КТ361В 40 - 160

при Т =373 К:

КТ361А, КТ361Д 20 - 250

КТ361Б, КТ361Г, КТ361Е 50 - 500

КТ361В 20 - 300

при Т=213 К:

КТ361А, КТ361Д 10 - 90

КТ361Б, КТ361Г, KT361E 15-350

КТ361B 10-160

Модуль коэффициента передачи тока при f=100 МГц, U_кб = 10 В, I_э = 5 мА,

не менее 2,5

Постоянная времени цепи обратной связи при f= 5 МГц, U_кб = 10 В, I_э = 5 мА не более:

КТ361А, КТ361Б, КТ361Г , 500 пс

КТ361В, KT361E 1000 пс

КТ361Д 250 пс

Емкость коллекторного перехода при U_КБ = 10 В, f = МГц не более:

КТ36IA, КТ361Б 9 пФ

КТ361В, КТ361Г, КТ361Д, КТ361Е 7 пФ

Обратный ток коллектора при U_кб =10 В не более

при Т=298 К и Т=213 К 1 мкА

при Т = 373 К 25 мкА

Обратный ток коллектор-эмиттер при R_бэ = 10 кОм, U_кэ = U_{кэ.макс}, не более 1 мкА

Предельные эксплуатационные данные

Постоянные напряжения коллектор-база, коллектор-эмиттер при R_бэ = 10 кОм:

при Т= 213 … 308 К:

КТ361А 25 В

КТ361Б 20 В

КТ361В, КТ361Д 40 В

КТ361Г, КТ361Е 35 В

при Т=373 К:

КТ361А 20 В

КТ361Б 15 В

КТ361В, КТ361Д 35 В

КТ361Г, КТ361Е 30 В

Постоянное напряжение база-эмиттер при Т = 213 … 373 К 4В

Постоянный ток коллектора при Т= 213 … 373 50 мА

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора:

при Т =213-=- 308 К 150 мВт

при Т=373 К 30 мВт

Температура перехода 393 К

Температура окружающей среды От 213 до 373 К

Примечание. Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора, мВт, при Т =308 … 373 К определятся по формуле

Р_к.макс = (393 - Т) / 0,67.

Допускается производить пайку на расстоянии не менее 2 мм корпуса транзистора. Допускается трехкратный изгиб выводов на расстоянии не менее 2 мм от корпуса при радиусе изгиба 1,5 — 2 мм. Категорически запрещается кручение выводов вокруг оси.



Входные характеристики


Зависимость статического коэффициента передачи тока от тока эмиттера


Зависимость напряжения насы­щения коллектор-эмиттер от температуры



Зависимость постоянной времени цепи обратной связи от тока эмиттера



Зависимость граничной частоты от тока эмиттера


Зависимость максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер от температуры

ЛИТЕРАТУРА
1 Электронные приборы: Учебник для вузов/ В.Н. Дулин, Н.А.Аваев, В.П. Демин и др. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С.12-82, с.97-113.

2 Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - С.19-50.

3 Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1986. - С.8-48.

4 Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник. П/р Н. Н. Горюнова. М:, Энергоиздат 1982 г.