Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 22
Министерство образования и науки Российской Федерации
Муромский Институт (филиал)
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени
Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(МИ (филиал) ВлГУ)
Кафедра «Радиотехника»
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине
«электроника»
Составители:
В.В. Ромашов
К.К. Храмов
Муром 2011
Лабораторная работа № 1. Исследование характеристик и параметров
полупроводниковых диодов.
Цель работы: исследование экспериментальных вольт-амперных характеристик полупроводниковых выпрямительных диодов, полупроводниковых стабилитронов и их параметров.
1.1. Описание прибора, применяемого при выполнении работ.
При выполнении лабораторных работ по данному курсу применяется характериограф-Z типа 1575 (TR-4805), который представляет собой прибор общего назначения, служащий для исследования вольт-амперных характеристик (ВАХ) различных элементов: резисторов, диодов, стабилитронов, тиристоров, биполярных и полевых транзисторов, а также переключателей, разъёмов.
1.1.1. Принцип работы прибора.
Структурная схема прибора приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1. Структурная схема прибора TR – 4805.
Прибор состоит из цепи управления (генератора ступенек Us и блока питания коллекторной цепи Us), измерительной цепи (усилитель горизонтального отклонения HOR и усилитель вертикального отклонения VERT) и блока индикации – электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).
Работу прибора рассмотрим на примере измерения характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Измеряемая функция Ic=f(Ucc). Коллекторный ток Ic измеряется усилителем вертикального отклонения на сопротивлении Rc. Коллекторное напряжение питания Ucc создаётся блолком питания коллекторной цепи Uc и измеряется усилителем горизонтального отклонения HOR.
Управляющий ток базы Ig вырабатывается генератором ступенек Us. Генератор ступенек из сетевого напряжения формирует напряжение ступенек с длительностью 5 мс. Горизонтальным отклоняющим напряжением характеристики также является двухполупериодновыпрямленное сетевое напряжение.
В результате по горизонтальной оси откладывается напряжение Ucc, а по вертикальной – напряжение на резисторе Rc, пропорциональное коллекторному току.
1.1.2. Назначение органов управления:
|
Надпись на приборе |
Назначение |
|
MAINS OFF |
Сетевой выключатель |
|
SKALE ILLUM |
Орган управления, встроенный вместе с сетевым выключателем и предназначенный для регулировки освещения растровой сетки экрана |
|
INTENSITY |
Регулятор яркости изображения на экране ЭЛТ |
|
FOCUS |
Фокусировка изображения |
|
ASTIGM |
Регулировка астигматизма |
|
HOR POS |
Горизонтальное смещение изображения |
|
VERT POS |
Вертикальное смещение изображения |
|
VERT.CURRENT/DIV |
Переключатель коэффициента отклонения ЭЛТ по вертикали (цены деления тока А –мА-мА/дел.) |
|
HOR.VOLTS/DIV |
Переключатель коэффициента отклонения ЭЛТ по горизонтали и напряжение питания используемого прибора, т.е. цены деления напряжения(В/дел.) Одновременно обеспечивает управление сигнальными лампами PEAK WATTS, индицирующими пределы мощности рассеивания |
|
SERIES RESISTOR |
Предназначен для установки последовательных сопротивлений, служащих для защиты прибора. Переключатели SERIES RESISTOR и HOR. VOLTS / DIV совместно устанавливают мощность рассеивания на испытываемом приборе |
|
COLLECTOR SUPPLY VARIABLE |
Плавно регулирует напряжение питания испытываемого прибора, начиная с 0 В |
|
Надпись на приборе |
Назначение |
|
COLLECTOR SUPPLY ±DC ±AC |
Переключает режим работы и полярность напряжения питания испытываемого прибора. Измерения могут производиться постоянным напряжением (DC) или переменным (AC) |
|
Vce – Vbe |
Подключает напряжение между выводами коллектор-база (СВ) или база-эмиттер (ВЕ) к схеме горизонтального отклонения ЭЛТ |
|
STEP AMPLITUDE |
Устанавливает амплитуду ступеньки напряжения или тока управления базой испытываемого прибора |
|
STEP POL |
Переключает полярность управляющих сигналов базы |
|
BASE STEPS |
Устанавливает число управляющих сигналов, поступающих на базу испытываемого прибора |
|
OFFSET |
Позволяет смещать характеристики испытываемого прибора в рабочую точку с нулевым базовым током или с нулевым базовым напряжением |
|
ONE CURVE |
Переключатель режима работы, позволяющий изображать семейство кривых или одну выбранную кривую |
|
GATE CHECK |
Служит для контроля тока затвора полевых транзисторов |
|
LOOPING |
Потенциометр, с помощью которого может быть компенсировано действие помех, вызванных паразитной ёмкостью, при исследовании характеристик приборов в рабочей точке с малым током |
|
-OFF- |
Подключает напряжение к испытываемому прибору |
1.2. Методика измерения вольт-амперных характеристик
полупроводниковых диодов прибором типа TR – 4805.
Исследуемые диоды размещены в стенде № 1. С применяемым прибором TR -4805 стенд соединен кабелем, подключаемым к разъемам «С» и «Е» прибора. Параметры исследуемых полупроводниковых диодов приведены в табл.1.1 – 1.4.
В исходном состоянии ручка COLLECTOR SUPPLY VAR. Должна быть в повернутом против часовой стрелки до упора положении, а выключатель OFF – в среднем положении. Переключатель Vce – Vbe в положении Vce. Переключатель COLLECTOR SUPPLY±AC±DC следует установить в зависимости от того, исследуется прямая или обратная часть вольт-амперной характеристики прибора, в положении +АС или –АС.
Положение переключателя VERT CURREVT/ DTV определяется как максимально допустимый ток через прибор (прямой или обратный), поделенный на 10. Положение переключателя HOR.VOLTS/DTV – как максимально допустимое напряжение на приборе (прямое или обратное), поделенное на 10. В связи с тем, что в стенде использованы полупроводниковые диоды небольшой мощности, переключатели HOR.VOLTS/DTV и SERIES RESISTOR необходимо переключать ТОЛЬКО совместно. При этом сигнальные лампы PEAK WATTS не горят.
Выбор типа испытываемого прибора осуществляется набором соответствующего ему кода, приведенного в табл.1.1. – 1.2.
С помощью выключателя OFF на испытываемый прибор подключается напряжение. Ручкой COLLECTOR SUPPLU VAR., согласно положению переключателя HOR.VOLTS/DTV, на прибор подключается напряжение, нарастающее от 0В.
На экране ЭЛТ изображается кривая, соответствующая прямой или обратной ветвям вольт-амперной характеристики диода.
При исследовании обратных характеристик при малых токах в случае необходимости потенциометра LOOPING можно скомпенсировать действие помех.
1.3. Выполнение работы.
1.3.1. В лабораторной работе необходимо исследовать характеристики и определить параметры двух полупроводниковых выпрямительных диодов (германиевого и кремниевого) и одного стабилитрона.
1.3.2. В соответствии с методикой измерения вольт-амперных характеристик получить на экране характериографа-Z и зарисовать вольт-амперные характеристики исследуемых приборов (прямую и обратную ветви).
1.3.3. Для выпрямительных диодов определить:
- величину обратного тока при фиксированном обратном напряжении;
- величину напряжения электрического пробоя;
- дифференциальное (динамическое) сопротивление и сопротивление постоянному току в произвольной точке прямой ветви ВАХ диодов;
- сравнить характеристики и параметры германиевого и кремниевого диодов.
1.3.4. Для стабилитронов определить:
- диапазон токов, в котором возможна стабилизация напряжения;
- номинальный ток стабилизации;
- напряжение стабилизации при номинальном токе стабилизации;
- дифференциальное (динамическое) сопротивление.
1.4. Содержание отчета.
1. Название, цель работы.
2. Справочные данные исследуемых полупроводниковых диодов.
3. Вольт-амперные характеристики исследуемых полупроводниковых диодов.
4. Построения на вольт-амперных характеристиках для определения параметров полупроводниковых диодов.
5. Расчеты значений параметров полупроводниковых диодов.
6. Выводы: сравнить экспериментально определенные параметры полупроводниковых диодов со справочными данными; в случае расхождения данных привести объяснение полученных результатов.
1.5. Контрольные вопросы.
Для подготовки ответов на контрольные вопросы по лабораторной работе необходимо изучить соответствующие лекции.
Для углубленного изучения контрольных вопросов необходимо изучить соответствующий материал из рекомендуемой литературы [1 – 5].
Таблица 1.1. Параметры выпрямительных и универсальных диодов.
|
код |
диод |
материал |
Iмах пр., мА |
Iобр., мкА |
Uобр., В |
Uпр., В |
|
1 |
Д223А |
кремний |
50 |
1 |
100 |
1 |
|
2 |
КД510 |
кремний |
200 |
5 |
70 |
1,1 |
|
3 |
Д312 |
германий |
50 |
10 |
100 |
0,5 |
|
4 |
Д219А |
кремний |
50 |
1 |
70 |
1 |
|
5 |
КД106А |
кремний |
300 |
10 |
100 |
1 |
Таблица 1.2. Параметры стабилитронов.
|
код |
диод |
Uст., В |
Iст., мА |
rдиф., Ом |
Pмах., мВт |
|
1 |
Д814А |
7 - 8,5 |
3 - 40 |
6 |
340 |
|
2 |
Д814Б |
8 - 9,5 |
3 - 36 |
10 |
340 |
|
3 |
КС168А |
6,12 - 7,48 |
3 -45 |
28 |
300 |
|
4 |
2С515А |
12,3 - 16,5 |
1 - 53 |
25 |
1000 |
|
5 |
КС456А |
5,6 |
3 - 140 |
10 - 145 |
1000 |
Лабораторная работа № 2. Исследование работы выпрямителей на
полупроводниковых диодах.
Цель работы: изучение принципа работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром.
2.1. Теоретические сведения.
Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры осуществляется в большинстве случаев постоянным напряжением. В качестве источника такого питания может быть использована аккумуляторная батарея. Достоинством аккумуляторной батареи является мобильность ее применения, а недостатком – необходимость ее подзарядки и большие затраты на утилизацию.
В настоящее время электростанции вырабатывают переменное во времени гармоническое (косинусоидальное или синусоидальное) напряжение питающей сети с действующим значением 220 ± 22 В и частотой 50 ± 0,5 Гц. Такое напряжение непригодно в качестве непосредственного питающего напряжения бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Поэтому для получения постоянного во времени напряжения необходимо преобразующее устройство. Выпрямительное устройство, как правило, входит в состав зарядных устройств для аккумуляторов, а также блоков питания бытовой радиоэлектронной аппаратуры, и предназначено для преобразования переменного напряжения сети в постоянные напряжения требуемой величины (обычно, единицы вольт).
Выпрямительное устройство в общем случае состоит из трех основных узлов: трансформатора, преобразующего переменное двухполярное напряжение питающей сети в переменное двухполярное напряжение с более высокой или низкой амплитудой; выпрямителя, преобразующего переменное двухполярное напряжение в переменное напряжение одной полярности; сглаживающего фильтра, уменьшающего пульсации выпрямленного напряжения. Выпрямленное напряжение на выходе сглаживающего фильтра является не строго постоянным, а пульсирующим около постоянного уровня с амплитудой пульсаций . В случае необходимости после выпрямителя добавляется стабилизатор напряжения.
Режим выпрямителя в значительной степени определяется типом фильтра, включенного на его выходе. В маломощных выпрямителях, питающихся от однофазной сети переменного тока, применяются емкостные RC- и LC-фильтры. Параллельно нагрузке, в таких устройствах, включается конденсатор. Реакция нагрузки на выпрямитель зависит от емкости конденсатора, сопротивление которого для переменной составляющей много меньше сопротивления нагрузки. К недостаткам выпрямителей с емкостным фильтром относится большая амплитуда тока через диод.
Для построения блоков питания радиоаппаратуры бытового назначения применяются однополупериодные или двухполупериодные выпрямители.
2.2. Выпрямители по однополупериодной схеме.
Схема однополупериодного выпрямителя приведена на рисунке 2.1. Такие схемы применяются в основном с емкостным фильтром и обычно рассчитаны на токи до десятков миллиампер. Преимущество таких выпрямителей – простота. К их недостаткам относятся: высокое обратное напряжение на диоде, большой уровень пульсаций, подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током.
Рисунок 2.1. – Схема однополупериодного выпрямителя
с емкостным фильтром.
Расчетные формулы.
Амплитуда выходного напряжения выпрямителя
, (2.1)
где Uвых.тр. – эффективное выходное напряжение трансформатора;
Uvd – падение напряжение на диоде (около 0,7 В).
Напряжение пульсаций
, (2.2)
где f – промышленная частота (50 Гц);
С – фильтрующая ёмкость (C1 = C2 = 470 мкФ, C3 = C4 = 100 мкФ);
Iнагр – ток в нагрузке, который определяется по формуле
;
Rн – сопротивление нагрузки.
2.3. Двухполупериодный выпрямитель с выводом от средней точки.
Данный выпрямитель (рис. 2.2) работает в основном с емкостным Г- или П-образными фильтрами. Основные преимущества этого выпрямителя – пониженное напряжение пульсаций, повышенная частота пульсаций, малое число диодов, возможность применения общего радиатора. Недостатки: высокое обратное напряжение на диодах, недоиспользование трансформаторного напряжения.
Рисунок 2.2 Двухполупериодный выпрямитель
с выводом от средней точки и с емкостным фильтром.
Расчетные формулы.
Амплитуда выходного напряжения выпрямителя
. (2.3)
Напряжение пульсаций
. (2.4)
2.4. Порядок выполнения лабораторной работы.
Для выполнения лабораторной работы используются лабораторный стенд, вольтметр цифровой В7-38, осциллограф С1-76.
Схема лабораторного стенда представлена в Приложении А на рисунке А.1. В лабораторном стенде расположены исследуемые выпрямители с емкостным фильтром.
Вольтметр применяется для измерения постоянного и действующего значения переменного напряжения в схеме.
Осциллограф применяется для визуального наблюдения в схеме формы напряжения в зависимости от времени.
1. Провести исследование выпрямителя по однополупериодной схеме (рис. 2.1.). Для этого собрать его схему:
При этом входом исследуемой схемы является разъем Х1, выходом – Х3.
Включить питание стенда и приборов.
1.1. Установить на стенде заданное преподавателем переменное сопротивление R1, которое входит в состав сопротивления нагрузки Rн выпрямителя. Сопротивление нагрузки Rн выпрямителя представляет собой эквивалент потребителя электрической энергии и состоит из последовательно соединенных между собой переменного резистора R1, выведенного на переднюю панель стенда, и постоянного резистора R2 (рис.А.1).
Вычислить сопротивление нагрузки Rн выпрямителя. При этом номинал резистора R2 приведен в перечне элементов приложения А.
1.2. Перед началом работы с осциллографом необходимо выставить нулевой уровень сигнала (ось времени). Для этого на осциллографе переключатель вида подаваемого на вход сигнала перевести в положение «┴», что соответствует нулевому уровню сигнала на входе осциллографа. Ручкой «УСИЛИТЕЛЬ» установить положение луча (ось времени) в середине экрана электронно-лучевой трубки осциллографа. Затем осциллограф перевести в режим «» для измерения постоянного и переменного напряжения. «┴»
При подключении осциллографа к схеме с помощью проводников необходимо соблюдать соответствие контактов прибора и схемы (общий провод прибора подключается к общему проводу схемы, а сигнальный – к сигнальному). У проводников принято, что общим проводом «┴» является длинный контакт, а сигнальный коротким.
Для однополупериодной схемы осциллограф подключить к разъему X1.
(Для двухполупериодной схемы осциллограф подключать к сигнальным входам разъемов X1 и Х2.)
Зарисовать осциллограмму входного напряжения выпрямителя uвх(t).
По необходимости на осциллографе переключателями масштаба по времени и напряжению добиться отображения нескольких периодов осциллограммы с максимально возможной амплитудой. Для обеспечения неподвижности осциллограммы использовать ручку «СИНХРОНИЗАЦИЯ».
1.3. Перевести вольтметр в положение «~» для измерения переменного напряжения.
При подключении вольтметра к схеме с помощью проводников необходимо соблюдать соответствие контактов прибора и схемы (общий провод прибора подключается к общему проводу схемы «┴», а сигнальный – к сигнальному). У проводников принято, что общим проводом «┴» является длинный проводник, а сигнальный коротким.
Для однополупериодной схемы вольтметр подключить к разъему X1.
(Для двухполупериодной схемы вольтметр подключать к сигнальным входам разъемов X1 и Х2.)
По вольтметру измерить переменное входное напряжение выпрямителя (или напряжение на выходе трансформатора Uвых.тр.).
Для однополупериодной схемы по формуле (2.1) рассчитать максимальное напряжение выпрямителя.
(Для двухполупериодной схемы расчет проводить по формуле (2.3).)
1.4. Перевести переключатели S2…S5 в положение «ВЫКЛ». Подключив осциллограф к разъему Х3, зарисовать полученную осциллограмму выходного напряжения выпрямителя uвыпр(t) без фильтрующего конденсатора.
По осциллограмме определить максимальное выходное напряжение и сравнить с рассчитанным значением в пункте 1.3.
1.5. Переключатель S5 перевести в положение «ВКЛ» для подключения фильтрующего конденсатора C4. Подключить осциллограф к разъему Х3 и зарисовать осциллограмму выходного напряжения выпрямителя uвыпр(t) при подключенном конденсаторе C4.
Подключить вольтметр к разъему Х3, перевести его в положение «=» для измерения постоянного напряжения и измерить выпрямленное напряжение Uвыпр на выходе выпрямителя при подключенном фильтрующем конденсаторе C4 и заданном сопротивлении нагрузки Rн выпрямителя.
1.6. Подключив вольтметр к разъему Х3, снять зависимость выпрямленного напряжения Uвыпр от сопротивления нагрузки R1 с включенным фильтрующим конденсатором C4. По результатам измерений построить график Uвыпр = f(Rн).
1.7. Подключить вольтметр к разъему Х3, перевести его в положение «~» для измерения переменного напряжения и измерить напряжение пульсаций ∆Uвыпр на выходе выпрямителя при заданном сопротивлении нагрузки Rн выпрямителя.
1.8. Для однополупериодной схемы рассчитать напряжение пульсаций ∆Uвыпр по формуле (2.2) при C = C4.
(Для двухполупериодной схемы расчет напряжения пульсаций ∆Uвыпр проводить по формуле (2.4).)
Полученное значение сравнить с экспериментальным результатом.
1.9. Подключив вольтметр к разъему Х3, снять зависимость напряжения пульсаций ∆Uвыпр от сопротивления нагрузки R1 с включенным фильтрующим конденсатором C4. По результатам измерений построить график ∆Uвыпр = f(Rн).
1.10. Для исследования двухполупериодной схемы (рис. 2.2.) необходимо переключатель S1 перевести в положение «ВКЛ» и выполнить пункты 1.1-1.9. При расчете вместо формул (2.1) и (2.2) использовать формулы (2.3) и (2.4) соответственно.
2.5. Содержание отчета.
1. Название, цель работы.
2. Краткие теоретические сведения.
2.1. Назначение выпрямителей.
2.2. Схемы исследуемых выпрямителей.
3. Выполнение работы.
3.1. Осциллограммы напряжений:
- на входе выпрямителя,
- на выходе выпрямителя без фильтрующей емкости,
- на выходе выпрямителя с фильтрующей емкостью.
3.2. Расчетные и экспериментальные данные.
3.3. Зависимости выпрямленного напряжения и напряжения пульсаций от сопротивления нагрузки.
4. Выводы: сравнить параметры работы (выпрямленное напряжение и напряжение пульсаций) исследуемых выпрямителей.
2.6. Контрольные вопросы.
Для подготовки ответов на контрольные вопросы по лабораторной работе необходимо изучить соответствующие лекции.
Для углубленного изучения контрольных вопросов необходимо изучить соответствующий материал из рекомендуемой литературы [1 – 5].
Лабораторная работа № 3. Исследование работы параметрических
стабилизаторов напряжения.
Цель работы: Изучение принципа работы параметрического стабилизатора и стабилизатора с эмиттерным повторителем.
3.1. Теоретические сведения.
Напряжение на выходе выпрямителя является не строго постоянным, а пульсирующим около постоянного уровня с амплитудой пульсаций . Такое напряжение называется ещё квазипостоянным, т.е. «как бы постоянным». В некоторых случаях квазипостоянное напряжение питания неприемлемо для радиоэлектронной аппаратуры, критичной к его изменению, поскольку это может привести к сбоям в ее работе. Поэтому для уменьшения амплитуды пульсаций квазипостоянного напряжения питания применяются стабилизаторы напряжения. При этом напряжение с выхода выпрямителя подается на вход стабилизатора. В режиме стабилизации входное напряжение с постоянным уровнем и значительными пульсациями преобразуется стабилизатором в выходное напряжение с постоянным уровнем , но незначительными пульсациями .
Электропитание маломощной радиоэлектронной аппаратуры с небольшим пределом изменения тока потребления обычно осуществляется от параметрических стабилизаторов напряжения (ПСН). Кроме того, эти стабилизаторы широко используются в качестве источников опорного напряжения.
Для реализации ПСН применяются элементы с нелинейной ВАХ (например, кремниевый стабилитрон). Простейшая схема однокаскадного ПСН приведена на рисунке 3.1.
В этой схеме при изменении входного напряжения Uвх на ±∆Uвх ток через стабилитрон VD изменяется на ∆Iст, что приводит к незначительным изменениям напряжения на стабилитроне, а, следовательно, и на нагрузке. Значение ∆Uн зависит от ∆Uвх, сопротивления балансного резистора R0 и дифференциального сопротивления стабилитрона
. (3.1)
Коэффициент стабилизации схемы ПСН
. (3.2)
Максимальная выходная мощность схемы (рис. 3.1) ограничивается предельными значениями тока стабилизации и рассеиваемой мощностью стабилитрона.
Мощность в нагрузке может быть увеличена, если использовать транзистор в режиме эмиттерного повторителя со стабилитроном в базовой цепи (рис. 3.2).
Рисунок 3.2. – Стабилизатор с эмиттерным повторителем.
3.2. Порядок выполнения лабораторной работы.
Для выполнения лабораторной работы используются лабораторный стенд, вольтметр цифровой В7-38, осциллограф С1-76.
Схема лабораторного стенда представлена в Приложении А на рисунке А.1. В лабораторном стенде расположены исследуемые стабилизаторы.
Вольтметр применяется для измерения постоянного и действующего значения переменного напряжения в схеме.
Осциллограф применяется для визуального наблюдения в схеме формы напряжения в зависимости от времени.
1. Провести исследование однокаскадного ПСН (рис. 3.1). Для этого собрать его схему:
При этом входом исследуемой схемы является разъем Х3, выходом – Х4.
Включить питание стенда и приборов.
Установить на стенде заданное преподавателем переменное сопротивление R5, которое входит в состав сопротивления нагрузки Rн стабилизатора. Сопротивление нагрузки Rн стабилизатора представляет собой эквивалент потребителя электрической энергии и состоит из последовательно соединенных между собой переменного резистора R5, выведенного на переднюю панель стенда, и постоянного резистора R6.
Вычислить сопротивление нагрузки Rн стабилизатора. При этом номинал резистора R6 приведен в перечне элементов приложения А.
Перед началом работы с осциллографом необходимо выставить нулевой уровень сигнала (ось времени). Для этого на осциллографе переключатель вида подаваемого на вход сигнала перевести в положение «┴», что соответствует нулевому уровню сигнала на входе осциллографа. Ручкой «УСИЛИТЕЛЬ» установить положение луча (ось времени) внизу экрана электронно-лучевой трубки осциллографа. Затем осциллограф перевести в режим «» для измерения постоянного и переменного напряжения.
2. Рассчитать схему ПСН (рис.3.1). Расчет схемы заключается в вычислении балансного сопротивления Rб. Для этого перевести вольтметр в режим измерения постоянного напряжения «=» и подключить его к разъему Х3. Измерить входное напряжение Uвх стабилизатора.
По измеренному значению Uвх рассчитать величину балансного сопротивления Rб
, (3.3)
где Uст – номинальное напряжение стабилизации, указанное в таблице 3.1;
Icт – ток стабилизации;
Iн – ток нагрузки.
, (3.4)
где Rн – сопротивление нагрузки стабилизатора.
Величина тока стабилизации выбирается из условия
, (3.5)
где Imax – предельно допустимый ток стабилизации из таблицы 3.1.
Таблица 3.1. – Параметры стабилитрона Д814Б.
|
Uст, В |
Iст, мА |
Rдиф, Ом |
Pmax, мВт |
|
8 – 9,5 |
3 – 36 |
10 |
340 |
Полученное значение сопротивления Rб представляет собой сумму сопротивлений переменного резистора R3, выведенного на переднюю панель стенда, и постоянного R4 (рис. А.1).
Рассчитать сопротивление R3 из состава балансного сопротивления Rб
, (3.6)
где значение R4 приведено в перечне элементов приложения А.
Выставить на лабораторном стенде рассчитанное сопротивление R3.
3. При подключении осциллографа к схеме с помощью проводников необходимо соблюдать соответствие контактов прибора и схемы (общий провод прибора подключается к общему проводу схемы «┴», а сигнальный – к сигнальному). У проводников принято, что общим проводом «┴» является длинный проводник, а сигнальный коротким.
Подключив осциллограф к разъему Х3 зарисовать полученную осциллограмму входного напряжения стабилизатора uвх(t). По необходимости на осциллографе переключателями масштаба по времени и напряжению добиться отображения нескольких периодов осциллограммы с максимально возможной амплитудой. Для обеспечения неподвижности осциллограммы использовать ручку «СИНХРОНИЗАЦИЯ».
Переведя вольтметр в режим измерения переменного напряжения «~», подключить его к разъему Х3 и измерить амплитуду пульсаций входного напряжения стабилизатора uвх(t).
4. Подключив осциллограф к разъему Х4 зарисовать полученную осциллограмму выходного напряжения стабилизатора uст(t).
Переведя вольтметр в режим измерения переменного напряжения «~», подключить его к разъему Х4 и измерить амплитуду пульсаций выходного напряжения стабилизатора uст(t).
5. Рассчитать коэффициент стабилизации по формуле
. (3.7)
6. Подключив вольтметр к разъему Х4, перевести его в режим измерения постоянного напряжения «=» и измерить выходное стабилизированное напряжение при заданном значении Rн стабилизатора.
Подключив вольтметр к разъему Х4, снять зависимость
7. Подключив вольтметр к разъему Х4, снять зависимость
8. Подключив вольтметр к разъему Х4, снять зависимость при заданном значении Rн.
9. Подключив вольтметр к разъему Х4, снять зависимость при заданном значении Rн.
10. Провести исследование стабилизатора с эмиттерным повторителем (рис. 3.2). Для этого собрать его схему: установить Rн в первоначальное положение и перевести переключатель S7 в положение «ВЫКЛ», что соответствует схеме стабилизатора с эмиттерным повторителем (рис. 3.2). Рассчитать схему стабилизатора с эмиттерным повторителем. Расчет схемы заключается в вычислении балансного сопротивления Rб. Для этого определить выходное напряжение стабилизатора по формуле
, (3.8)
где Uбэ=0,6 В.
Величина коллекторного тока
. (3.9)
Ток базы, являющийся током нагрузки стабилитрона, можно вычислить
, (3.10)
где статический коэффициент передачи тока базы транзистора КТ315Г, используемого в стенде.
Величина балансного сопротивления Rб определяется аналогично формуле (3.3) только вместо тока Iн используется ток Iб, а ток стабилизации Iст выбирается из условия
(3.11)
Примечание: Если полученное значение Rб превышает 1,5 кОм необходимо изменить выбор Iст.
Рассчитать по формуле (3.6) сопротивление R3 из состава балансного сопротивления Rб.
Выставить на лабораторном стенде рассчитанное значение R3.
11. Выполнить пункты 3 9 для стабилизатора с эмиттерным повторителем.
3.3. Содержание отчета.
1. Название, цель работы.
2. Краткие теоретические сведения.
2.1. Назначение стабилизаторов.
2.2. Схемы исследуемых стабилизаторов.
2.3. Формулы для расчета элементов стабилизаторов.
3. Выполнение работы.
3.1. Осциллограммы напряжений на входе стабилизаторов.
3.2. Осциллограммы напряжений на выходе стабилизаторов.
3.3. Расчетные и экспериментальные данные.
3.4. Зависимости постоянного напряжения и напряжения пульсаций от сопротивления нагрузки.
4. Выводы: сравнить параметры работы (напряжение стабилизации, напряжение пульсаций и коэффициент стабилизации) исследуемых стабилизаторов.
3.4. Контрольные вопросы.
Для подготовки ответов на контрольные вопросы по лабораторной работе необходимо изучить соответствующие лекции.
Для углубленного изучения контрольных вопросов необходимо изучить соответствующий материал из рекомендуемой литературы [1 – 5].
Лабораторная работа № 4. Исследование характеристик и параметров
биполярных транзисторов в схемах с общей базой и общим эмиттером.
Цель работы: исследование экспериментальных статических характеристик и определение h – параметров биполярных транзисторов для схем включения с общей базой и общим эмиттером, определение параметров эквивалентной Т-образной схемы транзистора.
4.1. Методика измерения статических характеристик биполярных
транзисторов прибором TR – 4805.
При выполнении работы используется характериограф – Z типа TR – 4805, описание работы которого приведено в лабораторной работе № 1.
Исследуемые биполярные транзисторы размещены в стенде №2. С применяемым прибором стенд соединен кабелем, подключаемым к разъемам «В» - база, «С» - коллектор, «Е» - эмиттер, «┴» - общий провод. Данные исследуемых биполярных транзисторов приведены в таблице 4.1.
В исходном состоянии ручка COLLECTOR SUPPLY VAR. должна быть в повернутом против часовой стрелки до упора положении, а выключатель OFF – в среднем положении.
Установить светящуюся точку в нижний левый угол, соответствующий началу координат.
4.1.1. Измерение выходных характеристик для схемы с общим
эмиттером.
Исследуемая зависимость Iк = f(Uкэ)/Iб = const.
Для проведения измерений установить на стенде переключатели в положения «ВЫХ» и «ОЭ».
Переключатели COLLECTOR SYPPLY ± AC ± DC и STEP POL. Следует установить в зависимости от типа транзистора. COLLECTOR SYPPLY ±AC ± DC определяет полярность напряжения питания коллекторной цепи транзистора, а STEP POL. – полярность управляющих сигналов базы. Для p-n-p транзисторов первый из переключателей должен находиться в положении «-АС», второй – в положении «-«, для n-p-n ,соответственно, в положении «+АС» и «+».
Переключатель STEP AMPLITUDE определяет величину ступеньки базового тока. Его следует установить в положении 2 мкА. Переключатель Vce – Vbe установить в положение Vce.
Переключатель HOR.VOLTS/DIV определяет величину напряжения питания коллекторной цепи исследуемого транзистора. Его положение определяют как допустимое напряжение Uкэ транзистора, поделенное на 10. При этом цена деления шкалы по горизонтали в вольтах соответствует положению переключателя HOR.VOLTS/DIV. Переключатель SERIES RESISTOR переключать ТОЛЬКО совместно с HOR.VOLTS/DIV.
Переключатель VERT.CURRENT/DIV определяет цену деления коллекторного тока по вертикали в единицах тока. Ее максимально возможное значение ориентировочно определяется как максимально допустимый коллекторный ток, поделенный на 10.
Переключателем BASE STEP устанавливается необходимое число выходных характеристик (для расчетов лучше установить 6). Нижняя из кривых соответствует нулевому базовому току.
С помощью выключателя OFF на испытываемый транзистор подключается напряжение. Ручкой COLLECTOR SUPPLY VAR. на коллектор транзистора подается напряжение, нарастающее от нуля.
Примечание. Орган управления COLLECTOR SUPPLY VAR. разрешается прокручивать в сторону больших напряжений только во время измерений. После снятия характеристик необходимо вернуть ручку в левое крайнее положение. Переключатели HOR.VOLTS/DIV и COLLECTOR SUPPLY ±AC ±DC разрешается переключать только в нулевом состоянии органа управления COLLECTOR SUPPLY VAR. Переключатели COLLECTOR SUPPLY VAR. и SERIES RESISTOR переключать только совместно.
Переключая STEP AMPLITUDE в сторону больших значений ступеньки базового тока, добиться изображения характеристик во весь экран.
При помощи потенциометра OFFSET смещать первую кривую вниз до тех пор, пока она подвергается регулировке (перемещается по экрану), зарисовать полученные характеристики Iк = f(Uкэ)/Iб = сonst.
Ручку COLLECTOR SUPPLY VAR. установить в левое крайнее положение.
4.1.2. Измерение входных характеристик для схемы с общим эмиттером.
Исследуемая зависимость Iб = f(Uбэ)/Uкэ = const.
Для измерения входных характеристик в схеме с общим эмиттером на стенде №2 установить переключатель в положения «ВХ» и «ОЭ».
Переключатели на характериографе Z установить в следующие положения:
- HOR/ VOLTS/DIV – в положение 0,1;
- SТEP AMPLITUDE – в положение 1V;
- BASE STEP – в положение 6;
- VERT/ CURRENT/DIV – его положение определяется как максимально допустимый ток коллектора, поделённый на 10 и на средний коэффициент усиления базового тока.
Подать с помощью переключателя OFF и ручки COLLECTOR SUPPLY VAR напряжение на транзистор. Потенциометром OFFSET смещать первую кривую влево до тех пор, пока она подвергается регулированию. На экране характериографа получается изображение шести входных характеристик Iб=f(Uбэ)/Uкэ=const для Uкэ=1, 2, 3, 4, 5, 6 В. Зарисовать крайние характеристики, соответствующие Uкэ1=1В и Uкэ2=6В.
Ручку COLLECTOR SUPPLY VARIABLE установить в крайнее левое положение.
4.1.3. Измерение выходных характеристик для схемы с общей базой.
Исследуемая зависимость Iк=f(Uкб)/Iэ=const.
Для измерения выходных характеристик для схемы с общей базой на стенде №2 установить переключатели в положение «ВЫХ» и «ОБ».
Переключатели на характериографе Z установить в следующие положения:
- COLLECTOR SUPPLU ±AC ±DC – для p-n-p-транзисторов в положение «-АС», для n-p-n – в положение «+АС»;
- STEP POL – для p-n-p транзисторов в положение «+», для n-p-n в положение «-»;
- STEP AMPLITUDE и VTRT CURRENT/DIV - в положения с одинаковыми значениями цены делений, соответствующие значениям переключателя VERT/ CURRENT/DIV в п. 2.1.1;
- HOR. VOLTS/DIV – в положение, соответствующее п. 2.1.1.
Подать с помощью переключателя OFF и потенциометра COLLECTOR SUPPLY VAR напряжение на исследуемый транзистор. На экране характериографа Z отображаются выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой, располагающиеся в первом квадранте. Для снятия характеристик транзистора при противоположном по полярности напряжении Uкб необходимо переключатель COLLECTOR SUPPLU ±AC ±DC переключить на противоположную полярность и зарисовать полученные при этом характеристики. Их необходимо перевернуть на 1800 и нарисовать во втором квадранте при Uкб другой полярности.
Ручку COLLECTOR SUPPLU VAR установить в крайнее левое положение.
4.1.4. Измерение входных характеристик для схемы с общей базой.
Исследуемая зависимость Iэ = f(Uэб)/Uкб = const.
Для измерения входных характеристик для схемы с общей базой на стенде №2 переключатели установить в положение «ВХ» и «ОБ».
Переключатели на характериографа Z установить в следующие положения:
- HOR. VOLTS/DIV – в положение 0,1;
- STEP AMPLITUDE- в положение 1V;
- DASE STEP – в положение 6;
- COLLECTOR SUPPLU ±AC ±DC – в положение «АС» для p-n-p транзисторов и «-АС» для n-p-n транзисторов;
- STEP POL – «+» и «-»,соответственно.
Положение остальных переключателей не изменять.
Подать с помощью переключателя OFF и ручки COLLECTOR SUPPLY VAR напряжение на транзистор. Потенциометром OFFSET смещать первую кривую в лево до тех пор, пока она подвергается регулированию. Крайние характеристики соответствуют зависимостям Iэ = f(Uэб) при Uкб1=1В и Uкб2=6В. Зарисовать их.
Ручку COLLECTOR SUPPLY VAR установить в крайнее левое положение.
4.2. Выполнение работы.
4.3. Содержание отчета.
1. Название, цель работы.
2. Справочные данные исследуемого биполярного транзистора.
3. Входные и выходные характеристики исследуемого транзистора для схем с общим эмиттером и общей базой.
4. Построения линий предельной мощности на выходных характеристиках исследуемого транзистора для схем с общим эмиттером и общей базой.
5. Расчеты hб и hэ параметров, параметров Т-образной эквивалентной схемы транзистора.
6. Выводы: сравнить экспериментально определенные параметры полупроводниковых приборов со справочными данными; в случае расхождения данных привести объяснение полученных результатов.
4.4. Контрольные вопросы.
Для подготовки ответов на контрольные вопросы по лабораторной работе необходимо изучить соответствующие лекции.
Для углубленного изучения контрольных вопросов необходимо изучить соответствующий материал из рекомендуемой литературы [1 – 4].
Таблица 4.1. – Параметры биполярных транзисторов.
|
код |
транзисторы |
тип |
Uкэ мах, В |
Iк мах, мА |
Iбмах, мА |
Uбэ мах, В |
Pк, мВт |
β |
|
1 |
КТ315Б |
n-p-n |
20 |
100 |
2 |
6 |
150 |
50 - 350 |
|
2 |
КТ203Б |
p-n-p |
10 |
10 |
4 |
4 |
150 |
30 - 200 |
|
3 |
КТ501М |
p-n-p |
60 |
300 |
100 |
20 |
350 |
40 - 120 |
|
4 |
КТ201А |
p-n-p |
20 |
20 |
8 |
20 |
150 |
10 - 40 |
|
5 |
КТ368А |
n-p-n |
15 |
20 |
7 |
4 |
225 |
50 - 300 |
|
6 |
КТ602А |
n-p-n |
100 |
75 |
5 |
5 |
280 |
20 - 80 |
|
7 |
КТ503Г |
n-p-n |
60 |
150 |
100 |
5 |
350 |
80 - 240 |