ЗАДАНИЕ. Выполняется при подготовке к работе.

1) Изучить теоретические сведения о принципе действия и классификации биполярных транзисторов, о принципе работы усилительного каскада переменного тока.

2) Познакомиться с макетом лабораторной работы, разобраться с назначением элементов, размещенных на печатной плате, сопоставив их с элементами принципиальной схемы, уяснить назначение контрольных точек.

3) Выписать из справочника паспортные данные исследуемого транзистора.

4) Начертить в тетради принципиальные электрические схемы экспериментов, указав на них соединения контрольных точек с определенными гнездами лабораторного стенда.

 

 

5.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Выполняется в лаборатории.

5.3.1. Снятие семейства входных характеристик биполярного транзистора I_Б=f(U_БЭ).

1) Для снятия входных характеристик необходимо подключить вход «Вх.X», соблюдая полярность, к точкам КТ2 (база) и КТ6 (эмиттер), а «Вх.Y» - параллельно измерительному сопротивлению R1 (точки КТ1, КТ2). Гнездо « » следует соединить с точкой КТ1. При этом эмиттер транзистора должен быть соединен с общим проводом, т.е. ключ S4 должен быть замкнут.

2) Далее необходимо включить питание кнопкой «Prototyping board power» и запустить на компьютере файл «Входная ВАХ.vi», находящийся в соответствующей папке на рабочем столе пользователя (Рабочий стол/Лаб_Работы/ЛР3_транзистор).

3) Установить диапазон изменения пилообразного напряжения от 0 до 5 В. Снять характеристику при E_К=0 В (ключом S6 соединить коллектор с общим проводом) и при E_К=5 В (для подачи на коллектор напряжения 5 В необходимо разомкнуть ключ S6 и замкнуть S2).

5.3.2. Снятие семейства выходных характеристик транзистора I_К=f(U_КЭ).

1) Для снятия семейства выходных характеристик используется программное средство «Three-Wire Current-Voltage Analyzer».

2) Для запуска программы необходимо запустить ярлык «NI ELVIS», находящийся в папке с лабораторной работой. В появившемся меню необходимо выбрать «Three-Wire Current-Voltage Analyzer».

3) Для снятия выходных характеристик необходимо подключить гнёзда «Э», «Б», «К» соответственно к эмиттеру (КТ5), базе (КТ2) и коллектору (КТ4). При этом все ключи должны быть разомкнуты.

4) В правой части окна (рис.8) программы имеется меню, предназначенное для основных настроек снятия характеристик.

5) «Base Current (Ib) Settings» - настройки изменения тока базы. Здесь «Start» - ток базы, при котором снимается первая кривая. «Increment» - шаг, то есть значение, на которое ток базы для каждой следующей кривой превышает значение для предыдущей. Рис.8. Настройки программы. «Number of Curves» - количество наблюдаемых характеристик (количество ступеней изменения тока базы). Исходя из условия, что характеристики снимаются для установки рабочей точки каскада, где R_К=2 кОм, нужно опытным путём выбрать такое количество кривых, при котором по вертикальной оси можно будет отложить ток коллектора I_КН=E_К/R_К=5В/2000 Ом=2,5 мА.

6) «Collector Voltage (Vc) Settings» - настройки изменения напряжения коллектор-эмиттер. При снятии выходных характеристик для каждого тока базы напряжение коллектор-эмиттер квазиплавно увеличивается и при каждом таком увеличении измеряется ток коллектора. Здесь «Start» - начальное значение напряжения, «Stop» - конечное значение напряжения, «Increment» - шаг, с которым это напряжение возрастает. Чтобы соблюсти соотношение между временем снятия характеристик и точностью, рекомендуется устанавливать шаг порядка 0,25 В. Начальный и конечный предел, соответственно, выбираются исходя из значения напряжения питания каскада, т.е. от 0 до 5 В.

7) Для снятия характеристик необходимо нажать кнопку «Run» и дождаться завершения процесса измерения. Кнопка «Autoscale» предназначена для автоматического масштабирования по обеим осям, рекомендуется использовать эту функцию. В связи с особенностями программного обеспечения формирование характеристик на экране компьютера занимает несколько минут.

 

5.3.3. Снятие передаточной характеристики по току I_К=f(I_Б).

1) Для снятия передаточной характеристики по току необходимо подключить вход «Вх.X», соблюдая полярность, к точкам КТ1, КТ2. Вход Y необходимо подключить, соблюдая полярность, к точкам КТ3, КТ4. Пилообразное напряжение амплитудой 1 В нужно подать в КТ1. При этом должны быть включены ключи S2, S4 для подачи питания на схему.

2) Передаточная характеристика снимается с помощью файла «Передаточная_по_току.vi», находящегося в папке с лабораторной работой.

 

5.3.4. Графический расчет режимов покоя усилительного каскада переменного тока с общим эмиттером.

1) Для определения тока базы покоя необходимо на семействе графиков выходных характеристик (рис. 4) построить нагрузочную прямую. Для этого по оси напряжения U_КЭ необходимо отложить E_К, по оси тока – отложить I_КН= E_К/R_К, после чего полученные точки соединить прямой линией. По оси напряжения U_КЭ необходимо так же отложить значение U_0К=E_К/2, при котором транзистор работает в классе А, и провести линию, перпендикулярную оси напряжения, до пересечения с нагрузочной прямой. Далее необходимо найти ближайшую к точке пересечения характеристику зависимости I_К(U_КЭ) и определить ток базы покоя для этой кривой.

2) Определить отношение тока коллектора покоя к току базы покоя и рассчитать для этой точки коэффициент передачи тока b= I_К/ I_Б.

3) По токовой передаточной характеристике определить b для найденного тока базы покоя по формуле (2) и сравнить результаты с полученными в п.2. Расхождение должно составлять не более 5%.

4) По входной характеристике определить входное сопротивление по формуле (4).

5) Рассчитать коэффициенты усиления по напряжению и мощности по формулам (3) и (5) соответственно.

 

5.3.5. Установка рабочей точки усилительного каскада.

1) Подать напряжение питания и базового смещения на транзистор, замкнув ключи S4, S2 , S1.

2) Подключить мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения (DCV 20V) к точкам КТ5 (или КТ6) и КТ4. Плавно вращая рукоятку переменного резистора R3, добиться напряжения U_0К= E_К/2=2,5 В.

3) Подключив мультиметр параллельно резистору R2, измерить на нём падение напряжения. Рассчитав по закону Ома фактический ток базы покоя, сравнить его с определённым по характеристикам.

 

5.3.6. Изучение усилительных свойств транзисторного каскада.

1) Для исследования усилительных свойств каскада и влияния положения рабочей точки покоя на эти свойства, после установки режима по постоянному току (п. 5.3.5.) на вход схемы через разделительный конденсатор подаётся синусоидальный сигнал от генератора. Для этого необходимо замкнуть ключ S8 и запустить программу управления функциональным генератором.

2) Программа управления генератором (рис. 9) запускается из меню «NI ELVIS», где необходимо выбрать пункт «Function Generator».

 

Рис.9. Программное управление функциональным

генератором.

 

3) Установив программно частоту (Frequency) f=3000 Гц, амплитуду сигнала порядка 0,01…0,03 В, необходимо нажать кнопку «Оn» в верхней части окна программы для включения генератора.

4) Используя внешнюю синхронизацию (вход внешней синхронизации осциллографа С1-112 подключается к КТ4), необходимо получить осциллограммы напряжений на входе каскада (КТ7), на базе транзистора (КТ2), на коллекторе (КТ4) и на выходе каскада (КТ10 при замкнутом S7). Измерения нужно производить в режиме открытого входа. Положение рукоятки «Время/дел» должно быть одним и тем же, положение рукоятки «В/дел» выбирается в зависимости от значения амплитуды измеряемого сигнала.

5) Рассчитать коэффициент усиления по напряжению данной схемы как отношение амплитуды выходного сигнала (КТ10) к амплитуде входного сигнала (КТ7), и сравнить с рассчётным (п. 5.3.4.).

.

6) Плавно изменяя положение рукоятки переменного резистора R3, снять осциллограммы напряжения на коллекторе (КТ4) и на выходе (КТ10) при положении рабочей точки вблизи режима отсечки (осциллограмма смещается вверх) и вблизи режима насыщения (осциллограмма смещается вниз). Зарисовав полученные осциллограммы, сделать выводы о наблюдаемых искажениях сигнала.

7) Установить рабочую точку каскада так, как это делалось в п. 5.3.5., подать на вход синусоидальный сигнал амплитудой 0,5…1 В. Сделать вывод о наблюдаемых искажениях.