Агеев М. Д. Эс-31 Лабы. Вологодский государственный университет
 Скачать 0.84 Mb.
|
 Рисунок 2.13 – Осциллограмма напряжения с фильтром, без нагрузки  Рисунок 2.14 – Осциллограмма напряжения с нагрузкой RН = 100 Ом  Рисунок 2.15 – Осциллограмма напряжения с нагрузкой RН = 50 Ом  Рисунок 2.16 – Осциллограмма напряжения с нагрузкой RН = 33,3 Ом Выводы В ходе выполнения лабораторной работы были: получены зависимости выпрямительных свойств системы от емкостных и нагрузочных параметров; получены осциллограммы выпрямленного напряжения на нагрузке для различных вариантов емкостей фильтра и величины нагрузки; подтверждены теоретические знания о выпрямляющих свойствах полупроводниковых приборов (диодов) на практике. Кроме проведенных измерений к обеих схемам в качестве нагрузки был подключен подстроечный резистор 1 кОм. При изменении величины его сопротивления было обнаружено, что при увеличении нагрузки пульсации выходного напряжения снижаются. Выяснилось, что при увеличении емкости фильтра поднимается уровень выходного напряжения. При уменьшении нагрузки увеличиваются пульсации на ней и уровень выходного напряжения уменьшается. Кроме того, в ходе работы была обнаружена программная ошибка, из-за которой программа Electronics Workbench выводила на экране осциллографа невозможные формы сигнала напряжения. Проблема была решена путем изменения следующих параметров: «ITL1» со значения «100» до значения «500»; «GMINSTEPS» со значения «10» до значения «15»; «METHOD» со значения «TRAPEZOIDAL» на значение «GEAR». 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРА Цель лабораторной работы Целью работы является изучение принципа действия и характеристик биполярных и полевых транзисторов, а также ознакомление с методикой снятия вольтамперных характеристик транзисторов. Оборудование и программное обеспечение Оборудование и программное обеспечение приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1 – Оборудование и программное обеспечение
Краткие теоретические сведения Транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности, имеющий три и 4ли более выводов. Транзисторы с двумя p-n-переходами носят название биполярных. Этот термин связан с наличием в этих транзисторах двух различных типов носителей зарядов – электронов и дырок. В соответствии с чередованием областей с различным типом электропроводности биполярные транзисторы подразделяются на р-n-р и n-р-n. Условные обозначения биполярных транзисторов (в дальнейшем для простоты транзисторов) показаны на рисунке 3.1 [1].  Рисунок 3.1 – Условные обозначения транзисторов Основной схемой включения транзистора считают схему, в которой общим электродом для входной и выходной цепей по переменному току является эмиттер (рисунок 3.2) [1].  Рисунок 3.2 – Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером Для такой схемы включения соблюдается равенство (3.1) [1]: Iб = IЭ - IК = (1 - α) ⋅ IЭ - IК0; (3.1) Iб << IК ≈ IЭ. Малая величина управляющего тока Iб обусловила широкое применение схемы с общим эмиттером. Коэффициент передачи тока для этой схемы согласно [1] равен β = 10…1000. Зависимость Iб = I(Uбэ) при постоянном напряжении UКЭ называют входной характеристикой, а зависимость тока Iб = f(Uкэ) при постоянном токе Iб называют выходной характеристикой (рисунок 3.3) [1].  Рисунок 3.3 – Семейство ВАХ биполярного транзистора: а) – входные; б) – выходные. Полевым транзистором называют прибор, в котором ток через канал управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком. Если на стержень полупроводника, например, р-типа, нанести поясок примеси n-типа, то на границе раздела областей с разной проводимостью образуется р-n-переход (рисунок 3.4) [1].  Рисунок 3.4 – Структурная схема полевого транзистора Концентрация примеси в n-области делается значительно выше, чем в p- области. При этом запирающий слой, обедненный основными носителями, возникающий под действием приложенного через переход обратного напряжения (U3) будет почти целиком расположен в участке p-типа. При подаче напряжения Uс между точками И и С полупроводниками pтипа проводимость его будет, в основном, определяться проводимостью проводящего канала. Возникающий ток IC будет состоять из потока дырок полупроводника p-типа. Дырки будут двигаться в направлении электрического поля Е. Вывод И, от которого начинается движение дырок - исток; вывод С, носит название сток. Управляющий электрод З носит название затвор. Полевые транзисторы часто называют униполярными, поскольку носителями тока являются заряды одного знака (либо n, либо p). Условное изображение полевого транзистора показано на рисунке 3.5.  Рисунок 3.5 – Условное обозначение полевого транзистора: а) – канал n-типа; б) – канал р-типа. Отключим источник напряжения UЗ и соединим точки И и З накоротко. С увеличением UC будет возрастать ток стока IC и возрастать обратное смещение p-n-перехода (затвор - полупроводниковый стержень). При этом запирающий слой будет расширяться, проводящий канал - сужаться. При определенном токе IC увеличение напряжения UС настолько сузит канал, что ток IC перестанет увеличиваться. Это напряжение называется напряжением отсечки, а ток, соответствующий этому напряжению, называют током насыщения Iнас (рисунок 3.6).  Рисунок 3.6 – Зависимость тока стока от напряжения сток-исток Если отсоединить затвор от истока и подать между И и З напряжение UЗ, то при увеличении UЗ, даже при отсутствии напряжения UСИ, канал будет сужаться. Если одновременно с подачей UЗ, подключить UСИ, то отсечка наступит раньше, чем при отсутствии напряжения UЗ (рисунок 3.7).  Рисунок 3.7 – Семейство стоковых характеристик полевого транзистора Ход выполнения лабораторной работы Исследование биполярного транзистора Собрана схема для снятия входных вольтамперных характеристик биполярного транзистора 2N2218 (рисунок 3.8) [1].  Рисунок 3.8 – Схема для снятия входных ВАХ биполярного транзистора Сняты входные характеристики транзистора Iб = f(Uбэ), U=const. Исследования были произведены следующим образом: напряжение источника питания коллектор-эмиттер устанавливалось равным 0 В, а величина тока базы изменялась путем изменения номинального значения подстроечного резистора (от 0% до 100% с шагом в 20%). При каждом шаге сняты показания вольтметра эмиттер-база и амперметра. Этими значениями заполнены строки 1 и 2 таблицы 3.1 соответственно. Затем устанавливалось напряжение источника питания коллектор-эмиттер равным 5 В и повторялись те же действия [1]. Таблица 3.2 – Исследование входных характеристик транзистора
Для снятия выходных ВАХ транзистора IК = f(UКЭ), ІБ = const [1] была собрана схема, показанная на рисунке 3.9. Установлено значение тока базы (показания амперметра в цепи базы) путем изменения номинального значения сопротивления. При этом следует учитывать, что номинальные значения сопротивления резистора необходимо подбирать такими, чтобы ток базы соответствовал заданным в таблице 3.2 значениям. Затем, изменяя величину напряжения источника питания коллектор-эмиттер от 0 В до 5В, были зафиксированы показания амперметра в коллекторной цепи и эти данные заносим в таблицу 3.2. Затем были установлены следующие значения токов базы и опыты повторялись. |