Исследование биполярного транзистора

Лабораторная работа выполняется с помощью учебного лабораторного стенда LESO3.

• Исследование входных характеристик БТ в схеме с ОБ.
• Исследование выходных характеристик БТ в схеме с ОБ.
• Исследование входных характеристики БТ в схеме с ОЭ.
• Исследование выходных характеристик БТ в схеме с ОЭ.
• Исследование передаточной характеристики БТ в схеме с ОЭ.
• Исследование усилителя на БТ в схеме с ОЭ.

1 Цель работы

С помощью учебного лабораторного стенда LESO3 ознакомиться с принципом действия биполярного транзистора (БТ). Изучить его вольтамперные характеристики в схемах включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ). Изучить особенности работы простейшего усилителя на биполярном транзисторе.

2. Задание к работе

2.1 Исследование входных характеристик биполярного транзистора в схеме с общей базой

2.1.1 Собрать схему исследования входных характеристик БТ. На рисунке 1 приведена схема исследования для n-p-n транзистора. В дальнейшей работе предполагается, что исследуется n-p-n транзистор. При исследовании p-n-p транзистора следует изменить полярности источников напряжения и знак предела шкалы графопостроителя.

Рисунок 1 – Схема исследования входных характеристик БТ в схеме с ОБ.   Рисунок 2 – Вид собранной на стенде схемы.

2.1.2 Установить диапазон регулирования источника E1 0..-1 В, источника E2 0..+5 В. По вертикальной оси графопостроителя выбрать миллиамперметр mA1, диапазон: нижняя граница 0, верхняя +10 мА, по горизонтальной оси графопостроителя выбрать V1, диапазон: левая граница 0, правая граница -1 В.

2.1.3 Снять две входные характеристики I_э = f (U_эб) , для U_кб = 0 и U_кб = 5 В. Для этого с помощью источника E2 установить фиксированное напряжение V2. Далее плавно поворачивать ручку управления источника E1 против часовой стрелки до тех пор, пока ток эмиттера (mA1) не достигнет 10 мА. Результат измерения показан на рисунке 3.

Рисунок 3 – Входные характеристики БТ в схеме с ОБ.

2.1.4 Сохранить графики.

2.2 Исследование выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общей базой

2.2.1 Собрать схему исследования выходных характеристик в схеме с ОБ (рисунок 4).

Рисунок 4 – Схема исследования выходных характеристик БТ в схеме с ОБ.   Рисунок 5 – Вид собранной на стенде схемы.

2.2.2 По горизонтальной оси графопостроителя выбрать V2, установить диапазон: левая граница -1 В, правая +10 В. По вертикальной оси графопостроителя выбрать mA2, установить диапазон: нижняя граница -1 мА, верхняя граница +10 мА. Установите диапазон регулирования источника E1: 0..-10 В. Диапазон E2: -1..10 В.

2.2.3 Снимите 5 выходных характеристик в схеме с ОБ I_к = f (U_кб) при фиксированных тока I_э, равных 0, 2, 4, 6, 8 мА. Для этого сначала с помощью источника E2 установить ток mA2 равный -1 мА. Затем установите значение тока эмиттера I_э = 2 мА с помощью источника E1, контроль осуществляется по mA1. Плавно вращая ручку регулирования E2 по часовой стрелке до тех пор пока V2 не станет равным 10 В. На графопостроителе Вы получите требуемую характеристику. Для более точного позиционирования регулятора E2 можно менять диапазон регулирования. Затем, не изменяя напряжение источника E1, плавно поворачивая ручку регулятора E2 против часовой стрелки установить ток mA2 равный -1 мА. Установить следующее значение тока эмиттера I_э = 4 мА с помощью источника E1. Вновь измерьте характеристику и так далее.
Сохранить графики. Образец выходных характеристик показан на рисунке 6.

Рисунок 6 – Выходные характеристики БТ в схеме с ОБ. Образец.

2.3 Исследование входных характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

2.3.1 Соберите схему исследования входных характеристик БТ в схеме с ОЭ (рисунок 7).

Рисунок 7 – Схема исследования входной характеристики БТ в схеме с ОЭ.   Рисунок 8 – Вид собранной на стенде схемы.

2.3.2 Установите диапазон регулирования источника E1 0..+1 В, источника E2 0..+5 В. По горизонтальной оси графопостроителя следует выбрать V1, установите диапазон 0..+1 В, по вертикальной оси графопостроителя нужно выбрать mA1, установите диапазон 0..0,1 мА. Переключите шунт амперметра для измерения малых токов, для этого следует нажать кнопку , на кнопке появится надпись "мкА".

2.3.3 Снимите две входные характеристики I_б = f (U_бэ) при U_кэ = 0 В и U_кэ = +5 В.Для этого следует поворачивать ручку регулирования источника E1 до тех пор пока ток мА1 не достигнет 100 мкА, контроль можно вести по mA1. Оба графика должны быть построены на одних осях, как показано на рисунке 9.
Сохраните графики.

Рисунок 9 – Входные характеристики БТ в схеме с ОЭ. Образец.

2.4 Исследование выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

2.4.1 Собирите схему для исследования выходных характеристик в схеме с ОЭ (Рисунок 10)

Рисунок 10 – Схема исследования выходных характеристик БТ в схеме с ОЭ.   Рисунок 11 – Вид собранной на стенде схемы.

2.4.2 Установите диапазон регулирования E1 0..+10 В, E2 0..+10 В. По горизонтальной оси графопостроителя нужно выбрать V2, установите диапазон 0..+10 В, по вертикальной оси поставьте mA2, установите диапазон 0..+10 мА. Пределы вертикальной шкалы можно скорректировать после измерения характеристик.

2.4.3 Снимите семейство выходных характеристик в схеме с ОЭ и I_к = f (U_кэ) для различных фиксированных токов базы. Предварительно определите экспериментально максимальный ток базы I_{б max} при котором ток выходной характеристики не выходит за пределы 10 мА. Ток базы задается источником E1 и контролируется по mA1. Устанавливая фиксированные значения тока базы в диапазоне 0 .. I_{б max} , с равным шагом получите десять выходных характеристик. Выходная характеристика получается путем регулирования E2 от 0 до 10 В.
Сохраните полученные графики. На рисунке 12 показан пример выходных характеристик для транзистора П308.

Рисунок 12 – Выходные характеристики БТ в схеме с ОЭ. Образец.

2.4.4 Исследовать зависимость выходных характеристик БТ от температуры. Для этого снять две характеристики при комнатной и повышенной температурах. Повышения температуры можно добиться, прикоснувшись на несколько секунд пальцами руки к корпусу транзистора.
Сохраните графики.

2.5 Исследование передаточной характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

2.5.1 Собририте схему, показанную на рисунке 10. По вертикальной оси графопостроителя нужно выбрать mA2, и установить диапазон 0..+10 мА. По горизонтальной оси графопостроителя выберите mA1, диапазон 0 .. I_{б max} . С помощью источника E2 установить напряжение V2, равное 5 В. При необходимости переключить шунт mA1.

2.5.2 Снять передаточную характеристику I_к = f(I_б), при U_кэ = 5 В.
Сохраните графики.

Рисунок 13 – Передаточная характеристика БТ в схеме с ОЭ. Образец.

2.6 Исследование усилителя на биполярном транзисторе в схеме с общим эмиттером

2.6.1 Собририте схему, показанную на рисунке 14.

Рисунок 14 – Схема исследования усилителя на БТ.   Рисунок 15 – Собранная схема усилителя.

2.6.2 Переведите графопостроитель в режим временных характеристик.

2.6.3 Установите диапазон регулирования E2 от 0..+10 В. Выберите по вертикальной оси верхнего экрана графопостроителя V1, диапазон: 0..+10 В; по вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя - V2, диапазон 0..+10 В.

2.6.3 Установите напряжение источника питания усилителя E2 = 10 В.

2.6.4 Регулируя источник E1 (амплитуду и постоянную составляющую) нужно подобрать такие параметры синусоидального входного сигнала, что бы на выходе был неискаженный синусоидальный сигнал с амплитудой близкой к 5 В.
Сохраните полученные графики.

Рисунок 16 – Сигнал на входе и выходе усилителя. Образец.

2.6.5 Не изменяя параметров входного сигнала установите на вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя mA1, получите осциллограмму входного тока усилителя.
Сохраните осциллограммы.

Рисунок 17 – Осциллограмма входного тока усилителя. Образец.

2.6.6 Выбрерите по вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя mA2, получите осциллограмму выходного тока усилителя.

Сохраните осциллограммы.

Рисунок 18 – Осциллограмма выходного тока усилителя. Образец.

2.6.7. Выберите по вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя mA2, диапазон 0..+10 мА. Изменяя постоянную составляющую входного сигнала, анализируя искажения синусоиды по осциллограмме выходного сигнала установите режим работы транзистора вблизи отсечки и вблизи насыщения. Установите рабочую точку транзистора посередине рабочего участка подайте на вход усилителя такой сигнал, что бы были видны ограничения сигнала на выходе снизу и сверху. Для каждого случая сохранить полученные графики.

Рисунок 19 – Осциллограмма выходного тока усилителя при искажениях снизу. Образец.   Рисунок 20 – Осциллограмма выходного тока усилителя при искажениях сверху. Образец.   Рисунок 21 – Осциллограмма выходного тока усилителя при искажениях сверху и снизу. Образец.

3 Содержание отчета

1. Схемы исследования.
2. Выходные и входные характеристики БТ в схеме с ОБ (каждую характеристику подписать!).
3. Семейство выходных характеристик БТ в схеме с ОБ (подписать каждую характеристику в семействе).
4. Входные характеристики БТ в схеме с ОЭ.
5. Семейство выходных характеристик БТ в схеме с ОЭ (каждую характеристику семейства подписать).
6. Результаты исследования зависимости выходной характеристики БТ в схеме с ОЭ от температуры.
7. Передаточная характеристика БТ в схеме с ОЭ.
8. Результаты исследования усилителя.
9. По характеристикам транзистора определить его дифференциальные h-параметры для схем с ОБ и ОЭ.
10. По осциллограммам усилителя определить коэффициент усиления усилителя по напряжению, току и мощности.