Лабораторная работа №2
Тема: Исследование биполярных транзисторов с помощью программного комплекса Electronics Workbench.
Цель: 1. Исследование зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения база-эмиттер.
2. Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от тока коллектора.
3. Исследование работы биполярного транзистора в режиме отсечки.
4. Получение входных и выходных характеристик транзистора.
5. Определение коэффициента передачи по переменному току.
6. Исследование динамического входного сопротивления транзистора.
Теоретические сведения
Различают три схемы включения биполярных транзисторов (БТ); с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЕ), с общим коллектором (ОК), показанные на рис.2.1.
Рис. 2.1 Основные схемы включения транзисторов.
В библиотеку EWB включена довольно большое количество импортных биполярных транзисторов. В некоторых случаях может оказаться более удобным самостоятельно создавать отдельную библиотеку отечественных транзисторов, используя команду Model из меню Circuit.
В состав параметров транзисторов включены следующие (рис.2.2).
Рис.2.2 Диалоговое окно установки параметров биполярных транзисторов.
Исследуемая схема показана на рис. 2.2. Статический коэффициент передачи тока определяется как отношение тока коллектора IK к току базы Iб:
, (2.1)
Коэффициент передачи тока определяется отношением приращения коллекторного тока к вызывающему его приращению базового тока:
, (2.2)
Дифференциальное входное сопротивление rвх транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению тока базы:
, (2.3)
Дифференциальное входное сопротивление Гвх транзистора в схеме с ОЭ через параметры транзистора определяется следующим выражением:
(2.4)
где rБ - распределенное сопротивление базовой области полупроводника, rэ - дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения: rэ = rБ /Іэ, где Iэ - постоянный ток эмиттера в миллиамперах. Первое слагаемое rБ в выражении много меньше второго, поэтому им можно пренебречь:
(2.5)
Дифференциальное сопротивление Гэ перехода база-эмиттер для биполярного транзистора сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением rвхов транзистора в схеме с общей базой, которое определяется при фиксированном значении напряжения база-коллектор. Оно может быть найдено как отношение приращения к вызванному им приращению тока эмиттера:
, (2.6)
Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:
, (2.7)
Первым слагаемым в выражении можно пренебречь, поэтому можно считать, что дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер приблизительно равно:
(2.8)
Рис. 2.2 Схема включения биполярного транзистора
Порядок выполнения работы
1. Запустите программу Electronics Workbench.
2. Подготовьте новый файл для работы. При подготовке файла сохраните его на жестком диске под своей фамилией.
І. Определение статического коэффициента передачи тока транзистора.
1. Рассмотрите схему на рис.2.2.
2. В новом файле программы Electronics Workbench соберите схему по рисунку.
3. Когда схема собрана, нажмите кнопку включения питания на панели инструментов.
4. Снимите показания тока на коллекторе Ік, тока базы Іб и напряжения коллектор-эмиттер Uкэ. Полученные данные занесите в таблицу 2.1.
5. Подставьте полученные результаты в формулу (2.1) и подсчитайте статический коэффициент передачи транзистора βDC. Результат занесите в таблицу.
Таблица 2.1.
Параметры | Полученные данные | |||
ЕБ=5.7 В | ЕБ=2.68 В | ЕБ=5 В | ЕБ=10 В | |
Ік | ||||
Іб | ||||
Uкэ | ||||
βDC |
6. Измените номинал источника ЭДС ЕБ до 2.68 В и включите схему.
7. Снимите показания тока на коллекторе Ік, тока базы Іб и напряжения коллектор-эмиттер Uкэ. Полученные данные занесите в таблицу 2.1.
8. Измените номинал источника ЭДС ЕБ до 5 В и включите схему.
9. Снимите показания тока на коллекторе Ік, тока базы Іб и напряжения коллектор-эмиттер Uкэ. Полученные данные занесите в таблицу 2.1.
10. Измените номинал источника ЭДС ЕБ до 10 В и включите схему.
11. Снимите показания тока на коллекторе Ік, тока базы Іб и напряжения коллектор-эмиттер Uкэ. Полученные данные занесите в таблицу 2.1.
ІІ. Измерение обратного тока коллектора.
1. На схеме рис. 2.2 измените номинал источника ЭДС Eб до 0 В.
2. Включите схему.
3. Запишите результаты измерения тока коллектора для данных значений тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в таблицу 2.2.
Таблица 2.2.
Параметры | Полученные данные |
ЕБ=0 В | |
Ік | |
Іб | |
Uкэ |
ІІІ. Получение выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.
1. По схеме на рис.2.2 проведите измерения тока коллектора Iк для каждого значения Ек и Еб и заполните таблицу 2.3.
Таблица 2.3.
Измеренное значение Іб | |||||||
Заданное Ек, В | |||||||
0.1 | 0.5 | 1 | 5 | 10 | 20 | ||
Заданное ЕБ, В | 1.66 | ||||||
2.68 | |||||||
3.68 | |||||||
4.68 | |||||||
5.7 |
2. По данным таблицы построить график зависимости Ік от Ек.
ІV. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.
1. На схеме (рис. 2.2) установите значение напряжения источника Ек равным 10 В и проведите измерения тока базы Іб, напряжения база-эмиттер UБЭ, тока эмиттера Іэ для различных значений напряжения источника Еб в соответствии с таблицей 2.4. Обратите внимание, что коллекторный ток примерно равен току в цепи эмиттера.
Таблица 2.4.
Параметры ЕБ | Полученные данные | ||
Іб | Uбэ | Ік | |
1.66 | |||
2.68 | |||
3.68 | |||
4.68 | |||
5.7 |
2. По данным таблицы 2.4 постройте график зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер.
3. Соберите схему, изображенную на рис. 2.4.
Рис. 2.4.
4. Включите схему. Зарисуйте осциллограмму выходной характеристики, соблюдая масштаб.
5. По входной характеристике найдите сопротивление rвх при изменении базового тока с 10мA до 30 мA. Результат запишите в отчет.
3. Сделайте выводы относительно сделанной работы.
4. Подготовьте отчет о выполнении лабораторной работы и ответьте на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. От чего зависит ток коллектора транзистора?
2. Зависит ли коэффициент Bцс от тока коллектора? Если да, то в какой степени? Обосновать ответ.
3. Что такое токи утечки транзистора в режиме отсечки?
4. Что можно сказать по выходным характеристикам о зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения коллектор-эмиттер?
5. Что можно сказать по входной характеристике о различии между базо-эмиттерным переходом и диодом, смещенном в прямом направлении?
6. Одинаково ли значение rвх в любой точке входной характеристики?
7. Одинаково ли значение rэ при любом значении тока эмиттера?
8. Как отличается практическое значение сопротивления rэ от вычисленного по формуле?
