Моисеева О.В., Малышева О.А. Электротехника и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 13.5

Дифференциальное сопротивление

№ Параметры Результаты

пр

r , при =

пр

I 4 мА

пр

r , при =

пр

I 0,4 мА

пр

r , при =

пр

I 0,2 мА

обр

r , при =

обр

U 5 В

8. Определите напряжение изгиба

изг

U . Напряжение изгиба определя-

ется из ВАХ диода, смещенного в прямом направлении, для точки, где ха-

рактеристика претерпевает резкий излом.

9. Собрать схему рис. 13.5 и включить. На ВАХ, появившейся на экране

осциллографа, по горизонтальной оси считывается напряжение на диоде в

милливольтах (канал А), а по вертикальной - ток в миллиамперах (канал В,

1 мВ соответствует 1 мА).

Рис. 13.5. Схема для исследования ВАХ диода на осциллографе

Изобразите полученную ВАХ на экране осциллографа в отчёте. Из-

мерьте величину напряжения изгиба

изг

U по полученной на экране осцил-

лографа ВАХ.

10. Сформулировать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Как образуется р-n переход и какое его основное свойство?

2. Как устроен диод?

3. Какова схема включения диода в электрическую цепь?

4. Каковы основные характеристики и параметры диода?

5. Какова классификация и система обозначения диодов?

6. Каков принцип работы полупроводникового диода?

7. Что обозначает каждый из параметров диода в этой работе?

8. Как произвести кусочно-линейную аппроксимацию ВАХ?

Лабораторная работа № 14

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: получение экспериментальных вольтамперных характе-

ристик (ВАХ) биполярного транзистора при включении его по схеме с об-

щим эмиттером (ОЭ); определение коэффициента передачи тока на выхо-

де для переменного тока; определение коэффициента обратной связи по

напряжению на входе для переменного тока.

Основные теоретические положения

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый при-

бор с тремя областями чередующейся электропроводности, двумя элек-

тронно-дырочными переходами и тремя электродами, предназначенный

для усиления мощности в электрической цепи. Структура транзистора типа

n-p-n и схема включения с ОЭ в электрическую цепь представлены на

рис. 14.1. При работе транзистора в активном режиме (режиме усиления) к

эмиттерному p-n переходу должно быть подключено прямое напряжение, а

к коллекторному – обратное.

Коллектор

Эмиттер

База

БЭ

ЭП КП

КЭ

Рис. 14.1. Биполярный транзистор и схема его включения с ОЭ

Схема с ОЭ является наиболее распространенной, поскольку обладает

наилучшими свойствами усиления мощности электрического сигнала. При

включении транзистора по схеме с ОЭ входной является цепь базы, а вы-

ходной – цепь коллектора (эмиттер является общим электродом для вход-

ной и выходной цепей).

Входной характеристикой транзистора в схеме с ОЭ является зависи-

мость тока базы

I от напряжения база-эмиттер

БЭ

U , а выходной - зависи-

мость тока коллектора

I от напряжения коллектор-эмиттер

КЭ

U .

Семейство входных характеристик

I (

БЭ

U ) при constU

КЭ

изображено

на рис. 14.2, а. При 0U

КЭ

входная ВАХ имеет вид прямой ветви ВАХ

электронно-дырочного перехода, поскольку эмиттерный переход (ЭП) и

коллекторный переход (КП) при этом смещены в прямом направлении и

соединены параллельно друг другу ( 0E

и внутреннее сопротивление

этой ЭДС равно нулю, рис. 14.1). При 0U

КЭ

входная ВАХ смещена впра-

во вследствие дополнительного падения напряжения на ЭП от протекаю-

щего по транзистору коллекторного тока. Это падение напряжения суще-

ствует даже при отсутствии тока базы и соответствует участку «о-а» на

рис. 14.2, а.

а б

Рис. 14.2. Семейства входных (а) и выходных (б) ВАХ транзистора в схеме с ОЭ

При уменьшении

БЭ

U до нуля (вывод базы и эмиттера соединены меж-

ду собой) ток базы является обратным током КП и направлен противопо-

ложно указанному на рис. 14.1 (участок «о-б» на рис. 14.2, а). Однако этот

отрицательный ток базы незначителен и практически его бывает трудно

зафиксировать.

Семейство выходных характеристик

I (

КЭ

U ) при constI

изображено

на рис. 14.2, б. При 0I

выходная ВАХ имеет вид обратной ветви ВАХ

электронно-дырочного перехода, увеличенной в (

) раз (где

- коэф-

фициент передачи тока), поскольку КП при этом смещен в обратном на-

правлении. При увеличении тока базы выходные ВАХ смещаются вверх на

величину

Характеристикой передачи тока транзистора в схеме с ОЭ является за-

висимость тока коллектора

I от тока базы

I при фиксированном напря-

жении коллектор-эмиттер

КЭ

U . Семейство характеристик передачи тока

транзистора в схеме с ОЭ изображено на рис. 14.3.

, мА

, мкА

КЭ2

КЭ1

КЭ2

КЭ1

Рис. 14.3. Семейство характеристик передачи транзистора в

схеме с ОЭ

Характеристика передачи тока показывает, что при изменении неболь-

шого по абсолютной величине (микроамперы) тока базы практически про-

порционально изменяется значительный ток коллектора (миллиамперы),

т. е. в транзисторе происходит процесс усиления электрического сигнала.

Некоторая нелинейность характеристик передачи тока транзистора в схе-

ме с ОЭ приводит к нелинейным искажениям усиленного сигнала. Следует

отметить, что характеристики передачи могут быть построены без специ-

альных измерений. Для этого можно определить соответствующие пара-

метры по семействам входных и выходных характеристик. Применяются и

другие характеристики передачи.

Коэффициент передачи тока на выходе для переменного тока опреде-

ляется по формуле

∆

=β .

Коэффициент обратной связи по напряжению на входе для переменно-

го тока определяется по формуле

БЭ

КЭ

∆

=α .

Соответствующие приращения токов и напряжений определяются по

характеристикам транзистора (рис. 14.2) при заданном режиме его работы.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему экспериментальной установки по рис. 14.4 в програм-

ме EWB. Амперметр А1 измеряет ток базы

I , вольтметр V1 измеряет на-

пряжение база-эмиттер

БЭ

U , вольтметр V2 измеряет напряжение

КЭ

U , а

амперметр A2 – ток коллектора

I транзистора.

Рис. 14.4 Схема измерения ВАХ транзистора

2. Измерить напряжения и токи входной ВАХ транзистора при фиксиро-

ванном значении

КЭ

U 5 В. Для этого установить с помощью источника

напряжения указанное напряжение, контролируя его по показаниям вольт-

метра V1. Увеличивая ток базы в диапазоне от 0 до 1 мА с помощью ис-

точника тока записать показания амперметра А1 и вольтметра V1 в

табл. 14.1.

Таблица 14.1

Входная ВАХ транзистора в схеме с ОЭ при

КЭ

U 5 В

I , мкА

0 10 50 100 200 400 600 800 1000

БЭ

U , мВ

3. Измерить напряжения и токи выходных ВАХ транзистора при различ-

ных фиксированных токах базы. Для этого установить с помощью источни-

ка тока наименьшее из указанных в табл. 14.2 значений токов базы, кон-

тролируя его по показаниям амперметра А1. Регулируя напряжение в диа-

пазоне от 0 до 5 В соответственно табл. 14.2 (контролировать его по пока-

заниям вольтметра V2), записать показания амперметра А2 в табл. 14.2.

Повторить измерения для всех остальных фиксированных токов базы, ука-

занных в табл. 14.2.

4. Сформировать таблицу результатов измерения характеристики пе-

редачи тока транзистора для фиксированного значении

КЭ

U 5 В. Для это-

го из табл. 14.2 выбрать соответствующие численные значения измерен-

ных ранее параметров для указанного значения

КЭ

U и записать их в

табл. 14.3.

5. По значениям табл. 14.1 - табл. 14.3 построить отдельные характе-

ристики транзистора и их семейства.

Таблица 14.2

Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме с ОЭ

КЭ

U , В

0 0,1 0,2 0,5 1 3 5

I , мА

I 10 мкА

I 200 мкА

I 400 мкА

I 600 мкА

I 800 мкА

I 1000 мкА

Таблица 14.3

Характеристика передачи тока транзистора в схеме с ОЭ при

КЭ

U 5 В

I , мкА

I , мА

6. По характеристикам транзистора определить его коэффициент пере-

дачи тока

и коэффициент обратной связи по напряжению

для за-

данного преподавателем режима работы:

I , мкА;

КЭ

U , В.

7. Записать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Как устроен биполярный транзистор, какие существуют схемы его

включения в электрическую цепь?

2. Как происходит в транзисторе процесс усиления мощности электри-

ческих колебаний?

3. Почему схема включения транзистора с ОЭ является наиболее рас-

пространенной?

4. Обосновать теоретически формы характеристик транзистора?

5. Как зависит ток

I от токов

I и

I ?

6. Как расшифровать обозначения ГТ705В?

7. Начертите структурную схему p-n-p переходов и их ВАХ. Поясните

характер ВАХ.

8. Определить значение

I , если 100

, 1,0I

мА?

9. Определите

, если 5,9I

мА, 10I

мА?

Лабораторная работа № 15

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ ОДНОФАЗНОГО

СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С RС-ФИЛЬТРОМ

Цель работы: исследование работы выпрямителей однофазного сину-

соидального тока с RC-фильтром; получение соотношений между посто-

янными и переменными напряжениями и токами в разных схемах выпрям-

ления; построение внешних характеристик.

Основные теоретические положения

Для преобразования переменного тока в постоянный в электронных

схемах используется полупроводниковый диод. Способность p-n перехода

диода пропускать ток практически только в одном направлении использу-

ется для преобразования переменного тока, изменяющего свое направле-

ние, в постоянный (пульсирующий) ток одного направления.

При подключении переменного импульсного напряжения (рис. 15.1) в

прямом направлении через диод протекает ток, напряжение на сопротив-

лении нагрузки

R изменяется со временем подобно напряжению на гене-

раторе. Отрицательный импульс напряжения, соответствующий обратному

включению, не проходит через диод, поэтому напряжение на нагрузке рав-

но нулю.

а б

Рис. 15.1. Схема (а) и временная диаграмма (б) работы однополупериодно-

го выпрямителя

При включении диода в цепь источника переменного напряжения ток

через диод проходит только в течение половины периода, когда синусои-

дально изменяющееся напряжение приложено к диоду в прямом направ-

лении. Такое выпрямление тока называется однополупериодным вы-

прямлением.

Мостовая схема (рис. 15.2) обеспечивает прохождение тока через на-

грузку на протяжении всего периода переменного напряжения генератора

или двухполупериодное выпрямление.

При подключении моста к импульсному источнику ток при одной поляр-

ности протекает через диод D1, нагрузку и диод D3. При изменении поляр-

ности импульсного источника путь тока изменяется: через диод D2, нагруз-

ку и диод D4. При подключении моста к источнику переменного напряже-

ния ток через нагрузку протекает при любой полярности этого напряжения.

а б

Рис. 15.2. Схема (а) и временная диаграмма (б) работы двухполупериодного

(мостового) выпрямителя

Ни одна из схем выпрямления не обеспечивает коэффициента пульса-

ции необходимого для нормальной работы большинства электронных

приборов. Поэтому большинство выпрямителей работает со сглаживаю-

щими фильтрами.

Фильтры строятся на основе активных и реактивных элементов элек-

трической цепи. Простой емкостной фильтр представляет собой конденса-

тор, включенный параллельно нагрузке (рис. 15.1 и 15.2). При включении

схемы под напряжение в течении первой четверти периода (0 – 1/4Т) кон-

денсатор заряжается до напряжения

U . После этого напряжение стано-

вится меньше, чем напряжение на конденсаторе

С . Диод закрывается, а

конденсатор разряжается на нагрузку, поддерживая в ней ток. При Tt

потенциал на аноде диода начинает нарастать. В момент времени, соот-

ветствующий точке b, диод открывается, и конденсатор подзаряжается

опять до

U . Затем процесс повторяется. Напряжение на нагрузке меня-

ется по кривой оab.

Для получения больших коэффициентов сглаживания и уменьшения

емкости

С и индуктивности

L часто применяются сложные фильтры.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему (рис. 15.3) однофазного однополупериодного вы-

прямителя. Изменяя ток нагрузки, записать показания приборов в

табл. 15.1.

2. В схеме (рис. 15.3) включить ключом в работу диодный мост, тем

самым, получив схему однофазного двухполупериодного выпрямите-

ля. Изменяя ток нагрузки, записать показания приборов в таблицу,

аналогичную табл. 15.1.

3. По данным таблиц построить внешние характеристики

(

)

IfU

4. Для каждого из опытов зарисовать с осциллографа форму кривой

напряжения

U .

Рис. 15.3. Схема исследуемого выпрямителя

Таблица 15.1

Результаты измерений и вычислений

Режим

работы

фильтра

Нагрузка

U , В

I , А

C R

Холостой ход

Нагрузка 1

Нагрузка 2

Нагрузка 3

C RC

Холостой ход

Нагрузка 1

Нагрузка 2

Нагрузка 3

C RC

Холостой ход

Нагрузка 1

Нагрузка 2

Нагрузка 3

5. Сделать выводы о достоинствах и недостатках первой и второй

схем, а также о роли RC-фильтра.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается работа однополупериодного выпрямителя от двух-

полупериодного?

2. Каковы преимущества и недостатки однополупериодного и двухпо-

лупериодного выпрямителей?

3. Как влияет включение емкости на выходное напряжение выпрямите-

ля?

4. Как влияет включение активного сопротивления на выходное напря-

жение выпрямителя?

5. Какова роль RC-фильтра?

6. Каково соотношение между входными и выпрямленными токами в

различных схемах выпрямления?

7. Почему в основу сглаживающих фильтров положены реактивные

элементы электрической цепи?

8. Начертите структурную схему выпрямителя и расскажите назначение

ее элементов.

Лабораторная работа № 16

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: ознакомится с устройством и принципом действия схем

выпрямления трехфазного переменного тока, получить соотношения.

Основные теоретические положения

Преобразование переменного тока в постоянный для промышленности,

электрического транспорта осуществляется с помощью трехфазных схем

выпрямления. На рис. 16.1, а приведена схема выпрямителя трехфазного

тока, в котором используется три вентиля, соединенные звездой. Данная

схема называется трехфазной схемой выпрямителя с выводом нулевой

точки. На рис. 16.1, б приведены временные диаграммы напряжений и то-

ков.

Вентили работают поочередно, каждый в течение одной трети периода,

когда потенциал анода одного вентиля более положителен, чем потенциал

анодов двух вентилей. Например, в интервале времени

−

, когда

положительно, а

U и

U – отрицательны или положительны, но имеют