электроника практикум. Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

• Название: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
• Анкор: электроника практикум
• Дата: 17.03.2023
• Размер: 3.18 Mb.
• Имя файла: Laboratorny_praktikum_Elektronika.docx
• Тип: Лабораторная работа; #996843
• страница: 4 из 4

Лабораторная работа №3

«Исследование полевого транзистора»

1. Цель работы:

Изучить характеристики полевого транзистора (ПТ). Изучить простейший усилитель на ПТ.

2. Задание к работе:

2.1 Исследовать передаточную характеристику полевого транзистора.

Для исследования следует выбирать транзистор с начальным током стока I_c0 не более 10 мА, напряжение отсечки не должно превышать 10 В.

2.1.1 Собрать схему исследования выходных характеристик ПТ. На рисунке 1 приведена схема исследования. В дальнейшей работе предполагается, что исследуется полевой транзистор с затвором на основе p‑n перехода и каналом n‑типа. При исследовании транзистора с каналом p‑типа следует изменить полярности источников напряжения и знак предела шкалы графопостроителя.



Рисунок 17 – Схема исследования передаточной характеристик ПТ

2.1.2 Экспериментальным путем определить напряжение отсечки U_з0 и начальный ток стока I_c0. Для этого следует установить с помощью источника E1 напряжение на затворе 0 В и напряжение на стоке 10 В. Напряжение на стоке устанавливается регулятором E2. Напряжение на затворе контролируется вольтметром V1, напряжение на стоке вольтметром V2. По миллиамперметру mA1 определить начальный ток стока I_c0.

Плавно уменьшая напряжение на затворе с помощью регулятора E1 добиться падения тока стока (контролируется по mA1) до 10 мкА. При необходимости можно переключить шунт амперметра для измерения микротоков, для этого следует нажать кнопку .

Показание вольтметра V1, при котором ток стока уменьшится до 10 мкА, будет соответствовать напряжению отсечки.

2.1.3 Построение передаточной характеристики I_c = f(U_зи). Установить по вертикальной оси графопостроителя mA1, по горизонтальной V1. По вертикальной оси установить диапазон: нижняя граница 0, верхняя +10мА; по горизонтальной оси левый предел следует выбрать исходя из напряжение отсечки, рекомендуется округлить U_з0 в большую сторону; правый предел 1В. Изменяя напряжение на затворе с помощью регулятора E1 в диапазоне от U_з0 до 0,5 В получить график передаточной характеристики полевого транзистора.

2.14 Сохранить результат.

Образец характеристики показан на рисунке 2.



Рисунок 18 – Передаточная характеристика полевого транзистора

2.2 Исследование выходных характеристик ПТ.

2.2.1 Собрать схему исследования выходных характеристик аналогичную предыдущей схеме (см. рисунок 1).

2.2.2 Установить диапазон регулирования источника E1 U_з0..+1В, источника E2 0..+10В. По вертикальной оси графопостроителя выбрать миллиамперметр mA1, диапазон: нижняя граница 0, верхняя +10мА, по горизонтальной оси графопостроителя выбрать V1, диапазон: левая граница 0, правая граница +10В. Пределы вертикальной шкалы можно скорректировать после измерения характеристик.

2.2.3 Снять семейство выходных характеристик полевого транзистора I_с = f(U_СИ) в пологой области для различных фиксированных напряжений затвора U_зи. Рекомендуется выбрать: U_зи1 = 0, U_зи2 = 0,2•U_з0 и U_з3 = 0,4•U_з0, U_зи4 = 0,6•U_зи, U_зи5 = 0,8•U_зи, U_зи6 = U_зи, U_зи7 = -0,2•U_зи и U_зи8 = -0,4•U_зи. Последние две характеристики допустимо снимать, только если U_зи < 0,5 В.

Выходная характеристика получается путем регулирования E2 от 0 до 10В. Сохранить результат. Пример выходных характеристик полевого транзистора показан на рисунке ниже:



Рисунок 19 – Выходные характеристики ПТ

2.2.5 Исследовать выходные характеристики полевого транзистора в крутой области. Здесь транзистор ведет себя как сопротивление, управляемое напряжением U_зи.

Не очищая результат предыдущего исследования изменить масштаб графика таким образом, что бы выходные характеристики были представлены в крутой области. При необходимости повторить измерение для тех же значений U_зи, что и в предыдущем пункте, но более точно выставить диапазон регулирования E2, например, от 0В до 1 В.

Сохранить результат исследования. Пример выходных характеристик в крутой области показан на рисунке ниже:



Рисунок 20 – Семейство выходных характеристик ПТ в крутой области

2.2.5 Для каждой характеристики определить сопротивление канала.

2.3 Исследование усилителя на полевом транзисторе в схеме с общим истоком.

2.3.1 Собрать схему, показанную на рисунке 5. В этой схеме генератор E2 задает напряжение питание, переменная компонента его должна быть уменьшена до нуля. Генератор E1 задает входной сигнал и постоянное напряжение для формирования рабочей точки схемы.



Рисунок 21 – Схема исследования усилителя на полевом транзисторе

2.3.2 Перевести графопостроитель в режим временных характеристик.

2.3.3 Установить диапазон регулирования E2 от U_з0 до1 В. Выбрать по вертикальной оси верхнего экрана графопостроителя V1, здесь будет отображаться входной сигнал. Выбрать по вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя V2, здесь будет отображаться выходной сигнал, диапазон следует установить 0..+10 В.

2.3.4 Задать рабочий режим. Для этого установить напряжение источника питания усилителя E2 = 10 В. Переменную компоненту генератора E1 установить в ноль. Вращая ручку регулятора постоянной компоненты источника E1 установить напряжение на стоке транзистора равным половине напряжения питания, напряжение контролируется по вольтметру V2.

2.3.5 Регулируя амплитуду источник E1 подобрать такие параметры синусоидального входного сигнала, что бы на выходе был неискаженный синусоидальный сигнал с максимально возможной амплитудой. При этом следует следить, чтобы входной сигнал не превышал напряжение 0,5 В. Скорректировать масштаб верхнего графика. Затем можно сохранить полученные графики.



Рисунок 22 – Осциллограмма входного и выходного сигнала усилителя на ПТ

2.3.6. Изменяя постоянную составляющую входного сигнала, анализируя искажения синусоиды по осциллограмме выходного сигнала установить режим работы транзистора вблизи отсечки и вблизи насыщения. Установить рабочую точку транзистора посередине рабочего участка подать на вход усилителя такой сигнал, что бы были видны ограничения сигнала на выходе снизу и сверху. Для каждого случая сохранить полученные графики.



Рисунок 23 – Осциллограмма входного и выходного сигнала при искажениях "сверху"



Рисунок 24 – Осциллограмма входного и выходного сигнала при искажениях "снизу"



Рисунок 25 – Осциллограмма входного и выходного сигнала при искажениях

3 Содержание отчета.

3.1 Схемы исследования.

3.2 Передаточная характеристика полевого транзистора.

3.3. По передаточной характеристике определить крутизну S для различных напряжений U_зи.

3.4 Семейство выходных характеристик. Каждая характеристика должна быть подписана.

3.5 На выходных характеристиках выделить крутую и пологую области.

3.6 Семейство выходных характеристик ПТ в крутой области. Для каждой характеристики определить сопротивление канала.

3.7 Построить график зависимости сопротивления канала в пологой области от напряжения на затворе U_зи.

3.8 Результаты исследования усилителя.

3.9 По осциллограммам усилителя определить коэффициент усиления усилителя по напряжению.

Вопросы для самопроверки.

1. 
   Чем отличаются ПТ с каналом тира «n» от ПТ с каналом типа «р»?
   
2. 
   Как зависит проводимость канала от напряжения на затворе?
   
3. 
   Что такое крутизна характеристики?
   
4. 
   Почему в усилителе происходит инвертирование входного сигнала?
   
5. 
   Как правильно выбрать положение рабочей точки усилителя?
   
6. 
   Почему в усилителе могут быть искажение сигнала?
   
7. 
   Изобразить передаточную характеристику ПТ и отметить напряжение отсечки.
   
8. 
   Почему ток затвора ПТ очень мал?
   
9. 
   Почему на выходной характеристики ПТ имеется крутой и пологий участки?
   
10. 
    Объяснить почему проводимость канала зависит от напряжения на затворе.
    

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ».

Задание к работе.

1. 
   Собрать схему усилителя (Рис.1) с коэффициентом усиления в диапазоне
   

K_u =2…10



Рисунок 1. Усилитель на основе ОУ.

Коэффициент усиления для инвертирующего входа равен:

K_u =-R2/R1

Для не инвертирующего входа:

K_u =R2/R1+1

K_u можно плавно регулировать, изменяя сопротивление переменного резистора R2.

2. 
   Исследовать характеристику прямой передачи U_вых =f(U_вх) для инвертирующего и не инвертирующего входов. При измерении характеристики инвертирующего усилителя, на не инвертирующем входе следует установить нулевое напряжение. И, наоборот, при измерении характеристики не инвертирующего усилителя, на инвертирующем входе должно быть нулевое напряжение. Графики должны быть построены на одних осях (Рис 2.). По графикам определить коэффициенты усиления для обоих случаев. Сравнить измеренные результаты с расчетными.
   

Рисунок 2. Характеристика прямой передачи.

3. 
   Исследовать временные диаграммы работы инвертирующего (Рис 3.) и не инвертирующего (Рис 4.) усилителей, подавая на вход синусоидальный сигнал. Получить осциллограммы входного и выходного напряжения (одна под одной). Для обоих случаев определить коэффициенты усиления амплитуды синусоидального сигнала:
   

K_u = U_вых / U_вх



Рисунок 3. Временные диаграммы инвертирующего усилителя



Рисунок 4. Временные диаграммы не инвертирующего усилителя.

4. 
   Изменяя постоянную составляющую и амплитуду входного синусоидального напряжения, получить на выходе искаженный сигнал, обрезанный сверху (Рис5.), снизу (Рис6.) и с двух сторон (Рис7). Сделать выводы.
   

Рисунок 5. Сигнал, обрезанный сверху.



Рисунок 6.Сигнал, обрезанный снизу.



Рисунок 7. Сигнал, обрезанный с двух сторон.

5. 
   Исследовать схему компаратора. Для этого собрать схему:
   

Подать на один из входов треугольный сигнал, а на другой – постоянное напряжение (U_{пороговое}).

При U_{вх 2}> U_{пороговое} U_вых=+ Е_{питания}

При U_{вх 2} < U_{пороговое} U_вых=- Е_{питания}



Инв. вход



Не инв. вход



Выход

Исследование компаратора.

6. 
   Исследовать схему вычетателя. Для этого в схеме (Рис 1.) на не инвертирующий вход подать прямоугольные импульсы, а на инвертирующий – синусоидальный сигнал (Рис 8.). При этом выходное напряжение равно:
   

U_вых =(R2/R1+1) ·U_вх1 – (R2/R1)·U_вх2



Не инвертирующий вход



Инвертирующий вход



Выход

Рисунок 8. Осциллограммы работы вычетателя.

7. 
   Исследовать схему сумматора. Для этого собрать схему (Рис.10).
   

На один вход подать синусоидальный сигнал, а на другой - прямоугольный (Рис.9). Напряжение на выходе сумматора равно:

U_вых = - ((R2/R1) ·U_вх1 + (R2/R3)·U_вх2)



Рисунок 10. Схема сумматора

Не инв. вход

Инв. вход

Выход

Рисунок 9. Осциллограмма работы сумматора.

8. 
   Исследовать схему повторителя. Для этого собрать схему (Рис.11)
   

Рисунок 11. Схема повторителя.

На вход повторителя подать синусоидальный сигнал (Рис.12).

Определить коэффициент усиления повторителя.

K_u = U_вых / U_вх=1

U_вых = U_вх



Рисунок 12. Осциллограмма работы повторителя.

9. 
   Исследовать схему интегратора.
   

Собрать схему (Рис.13)



Рисунок 13. Схема интегратора.

Подать на вход прямоугольные импульсы (Рис.14).



При выборе R и C следует иметь в виду, что время импульса составляет около 1 секунды. Таким образом, если RC=1, то U_out может достигать величины U_in . При меньшем значении постоянной времени RC, напряжение на выходе может быть ограничено величиной E питания (9 вольт).



Рисунок 14. Осциллограмма работы интегратора.

10. 
    Исследовать схему дифференциатора.
    

Собрать схему (Рис. 15). Подать на вход прямоугольные импульсы (Рис 16.).



Рисунок 15. Схема дифференциатора.





Рисунок 16. Осциллограммы работы дифференциатора.

11. 
    Исследовать схему детектора.
    

Собрать схему (Рис17.). Подать на вход синусоидальный сигнал (Рис.18)



Рисунок 17. Схема детектора.



Рисунок 18. Осциллограмма работы детектора.

Вопросы для самопроверки.

1. 
   Чему равно входное сопротивление идеального ОУ?
   
2. 
   Чему равно выходное сопротивление идеального ОУ?
   
3. 
   Чему равен коэффициент усиления идеального ОУ?
   
4. 
   Изобразить условное графическое изображение ОУ.
   
5. 
   Чему равен Кu для схемы инвертирующего усилителя.
   
6. 
   Чему равен Кu для схемы инвертирующего усилителя.
   
7. 
   Для чего используется повторитель напряжения.
   
8. 
   Как по передаточное характеристике определить коэффициент усиления
   
9. 
   Изобразить схему вычитателя.
   
10. 
    Изобразить схему сумматора.
    

Литература:

1. 
   Электроника : учебное пособие / А. Н. Игнатов, Н. Е. Фадеева, В. Л. Савиных ; Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. - Новосибирск : СибГУТИ, 2019. - 344 с.
   
2. 
   Физические основы электроники: учебное пособие/ В.Л. Савиных Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. - Новосибирск : СибГУТИ, 2003. - 76 с.
   

Лабораторный практикум

Борисов Александр Васильевич

Электроника

Редактор С.С. Александров

Корректор



Подписано в печать 01.01.2019.

Формат бумаги 62 × 84/16, отпечатано на ризографе, шрифт № 10,

п. л. – 2,3, заказ № , тираж – 50.

Редакционно-издательский отдел СибГУТИ
630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, офис 107, тел. [phone]