 |
Указание по оформлению отчета
|
|
|
|
Сборник методических указаний
К лабораторным работам
по дисциплине
Электроника
Направление подготовки: 221000 Мехатроника и робототехника.
Профиль подготовки «Мехатроника»
Квалификация (степень) выпускника: 62 бакалавр
Формы обучения (очная)
Тула 2012 г.
Сборник м етодических указаний к лабораторным работам составлен доцентом Б.И.Дубовиком и обсужден на заседании кафедры САУ факультета САУ,
протокол № от «» 20г.
Зав. кафедрой О. В. Горячев
СОГЛАСОВАНО:
Заведующий кафедрой _______________ ___________ _______________ _________
наименование кафедры личная подпись расшифровка подписи дата
СОГЛАСОВАНО:
Заведующий кафедрой _______________ ___________ _______________ _________
наименование кафедры личная подпись расшифровка подписи дата
Лабораторная работа №1
Ознакомительная лабораторная работа. Основные радиоэлектронные измерения и измерительные приборы
Цель работы: изучение устройства радиоизмерительных приборов, их основных характеристик и правил эксплуатации.
Сведения из теории:
Все радиоэлектронные измерения можно разделить на два основных вида:
- измерение параметров сигналов;
- измерение характеристик и параметров цепей.
Так как измерение характеристик и параметров цепей сводится к измерению
испытательного сигнала на входе и выходе цепи с последующим сравнением результатов, то в общем случае для выполнения измерений в радиоэлектронных цепях необходимо иметь два вида приборов:
1) непосредственно измерительные приборы, предназначенные для измерения параметров сигналов;
2) измерительные генераторы, предназначенные для генерирования испытательных сигналов с известными характеристиками.
|
|
|
К первому виду приборов относятся: электронный осциллограф, вольтметры, амперметры, ваттметры, частотомеры. Ко второму - генераторы электрических сигналов различных форм (синусоидальных, пилообразных, треугольных, импульсных и шумовых и т.д.), калибровочные источники напряжения и тока. Существуют также комбинированные приборы, содержание элементы и первого, и второго видов.
Электронный осциллограф – один из наиболее универсальных измерительных приборов, предназначенный для наблюдения, фотографирования электрических сигналов и измерения их характеристик. Блок- схема типового осциллографа представлена на рис.1.
установка режима
работы
 |
установка
усил. (в/ц)
перем
ток
пост. ток входн.
аттенюатор
кан 2
вход вн. кан 1
синхрониз.
сеть
вход Х
установка
скорости
развертки
(время/дел)
Рис.1
Любой электронный осциллограф состоит из электронно-лучевой трубки, канала Х горизонтального отклонения луча и канала вертикального отклонения луча. Если говорить о входах для сигналов, то в большинстве осциллографов предусмотрены два канала. В каждом канале имеется калиброванный переключатель усиления, с помощью которого устанавливается масштаб Вольт/деления на экране осциллографа. Предусмотрена также ручка переменного усиления (как правило, концентричная с переключателем коэффициента усиления), которая позволяет установить сигнал в таком виде, чтобы он занимал определенное число делений.
Предупреждение: при измерении напряжения ручка установки переменного усиления должна обязательно находиться в положении “КАЛИБР”. Осциллограф имеет связи по постоянному току, по так называемому потенциальному входу. Однако иногда интерес может представлять небольшой переменный сигнал, имеющий большое смещение в виде неизменного напряжения постоянного тока. В этом случае можно переключить вход на связь по переменному току. При этом последовательно с входом подключится конденсатор, постоянная времени которого равна примерно 0,1 с. в большинстве осциллографов имеется также заземленный вход, который позволяет определить, где находится на экране ОВ. Входы осциллографа обычно обладают высоким импедансом (параллельное соединение сопротивления 1 Мом и емкости 20 пФ). Универсальным и точным значением для входного сопротивления является 1 Мом. Если осциллограф двухканальный, то предусмотрен переключатель режима работы.
|
|
|
Он позволяет наблюдать сигнал в любом из каналов, их сумму или оба канала сразу. Для наблюдения сигналов в обоих каналах предназначены два режима: коммутационный режим и режим поочередной развертки. Первый используется при одновременном наблюдении двух низкочастотных сигналов, а второй – при наблюдении высокочастотных сигналов. Сигнал горизонтальной развертки создается внутренним генератором пилообразного напряжения, обеспечивающим отклонение, пропорциональное времени. Как и для усилителей вертикального отклонения, здесь предусмотрены калиброванный переключатель “время/деление” и концентрическая с ним ручка переменного усиления. Для измерения временных интервалов эта ручка должна быть выведена в крайнее правое положение до щелчка. Усилитель может иметь выведенный отдельно вход, который может быть использован для внешнего задания горизонтального отклонения. (Например, может быть использован для получения фигур Лиссажу). Сигнальные входы вертикального отклонения и горизонтальной развертки необходимы для построения графика зависимости напряжения от времени. Но если сигнал горизонтальной развертки не будет перехватывать входной сигнал каждый раз в одной и той же точке (при условии, что входной сигнал является периодическим), то изображение будет представлять собой сплошную путаницу – входное колебание будет накладываться само на себя в различные моменты времени. Для того чтобы это устранить, используется схема запуска, включающая синхронизатор. Схема запуска позволяет выбрать “Уровень” и “Наклон” (+ или -), определяющие момент начала развертки. В осциллографе можно создать несколько режимов работы схемы запуска: “ждущий”, “однокр.” и “автом.”
|
|
|
В ждущем режиме развертка начинается только в том случае, когда выбранный сигнал проходит через установленную точку запуска и изменяется в выбранном направлении. На практике, регулируя уровень, добиваются стабильного изображения.
В режиме внутреннего запуска в отсутствии сигнала развертка начинает “бегать”. Этот режим хорошо использовать в тех случаях, когда сигнал может уменьшаться до малых значений, так как изображение не будет пропадать и не будет возникать впечатление, что сигнал исчез.
Однократная развертка используется для непериодических сигналов.
Источники синхронизирующих сигналов выбирается переключателями: “Внутр.”, “Сеть”, “Внеш.”. В положении “Внутр.” Запускающий сигнал поступает на вход схемы синхронизации из усилителя вертикального отклонения. Этот режим был рассмотрен выше.
В режиме “Сеть” развертка запускается от сети переменного тока. Этот режим используется в тех случаях, когда интерес представляют фон или пульсации в схеме. Режим “Внеш.” схемы запуска используют в тех случаях, когда наряду с некоторыми интересующим “грязным” сигналом имеется чистый сигнал, имеющий такую же скорость изменения. К такому режиму часто прибегают в тех случаях, когда на схему подается некоторый испытательный входной сигнал или в цифровых схемах, работа которых синхронизируется тактовыми импульсами.
Входная емкость осциллографа по отношению к испытываемой схеме может быть слишком велика, особенно если учесть экранизированный соединительный кабель. Полное входное сопротивление (параллельное соединение сопротивление 1 Мом и емкости С= 100 пФ) часто оказывается слишком низким для чувствительных схем и нагружает их, образуя делитель напряжения. Иногда эта емкость вызывает неправильную работу схемы и даже приводит к возникновению автоколебаний. Для того чтобы решить эту проблему, обычно используют высокоимпедансные шупы. Работу широко распространенного 10- кратного шупа иллюстрирует рис.2.
|
|
|
~5пФ
вход
щупа 9.0 Мом
~30пФ 20пФ 1Мом
зажим
“земля”
Рис.2
Как и в большинстве измерительных приборов, сигнал на входе осциллографа оценивается относительно земли прибора, которая обычно связана с корпусом. Это означает, что невозможно измерять напряжение между двумя точками в схеме, а вынуждены измерять сигналы относительно этой земли. При измерении слабых и высокочастотных сигналов необходимо убедиться, что земля осциллографа и земля схемы одинаковы.
Лучше всего для этого соединить землю щупа непосредственно с землей схемы, а затем измерить щупом напряжение земли и убедиться, что сигнал отсутствует.
Как правило, осциллограф имеет генератор калибровочного сигнала известной частоты и амплитуды, выходной сигнал которого используется для калибровки осциллографа. Это делается путем подачи сигнала с генератора на один из входов осциллографа.
Измерительные генераторы инфранизких, звуковых и ультразвуковых
Частот
Генераторы этой группы генерируют синусоидальные (иногда треугольные, пилообразные и меандровые) периодические напряжения с частотой от сотых долей Гц до 200 Кгц. Они применяются при настройке и испытании низкочастотных радиоэлектронных устройств.
Перестройка частоты задающего генератора осуществляется с помощью ступенчатого переключателя диапазонов и плавного регулятора, изменяющего частоту в пределах каждого диапазона. Для выбора формы сигнала используется специальный переключатель (рис. 3).
Выбранный сигнал с задающего генератора поступает на усилитель с плавной регулировкой коэффициента усиления, а затем через усилитель мощности на аттенюатор.
Напряжение на входе аттенюатора контролируется электронным вольтметром. Входное и выходное сопротивление аттенюатора не зависит от степени ослабления. Последнее особенно важно, так как постоянное во всем диапазоне частот и амплитуд, выходное сопротивление генератора упрощает расчеты и сопротивление результатов измерений.
Задающий усилитель усилитель выходной
Генератор напряжения мощности аттенюатор
электронный
вольтметр
плавная регулировка
выходного напряжения
диап. плавно
Установка частоты
Рис. 3
Измерительные генераторы высокой частоты
Генераторы этой группы генерируют синусоидальные колебания с частотами от 200 Кгц до десятков Мгц (50 Мгц).
Кроме чистого гармонического напряжения высокой частоты, также генераторы являются источниками колебаний, модулированных по амплитуде, а иногда и по частоте (рис.4).
|
|
|
Усилитель-
Задающий модулятор Выходной
генератор высокой аттенюатор Uвых
частоты
Электронный
вольтметр
диапазон плавно плавная Измеритель
Установка частоты регулировка глубины
модуляции
Генератор
модулирующего
напряжения
Вход сигнала
Внешней модуляции
Рис. 4
Частота задающего генератора перестраивается переключением контурных катушек индуктивности (диапазоны) и плавным изменением емкости конденсатора контура (плавное изменение частоты в пределах каждого диапазона).
Усилитель- модулятор представляет собой перестраиваемый по частоте одновременно с задающим генератором резонансный усилитель. Коэффициент усиления этого усилителя может изменяться сигналом собственного генератора, модулирующего напряжения звуковой частоты, или напряжением, подаваемым на вход внешней модуляции. В первом случае осуществляется внутренняя, а во втором- внешняя амплитудная модуляция. Если модулирующее напряжение на усилитель- модулятор не поступает, высокочастотные колебания на его выходе остаются немодулированными.
Измерение напряжения сигнала и глубины модуляции осуществляется на выходе усилителя, к которому подключен выходной аттенюатор. Коэффициент деления аттенюатора определяет уровень сигналов на выходе генератора. Обычно он регулируется в пределах от 1В до долей микровольта.
Задания и методические рекомендации.
1. Руководствуясь прилагаемыми к приборам техническими описаниями и инструкциями, приведите все находящиеся на рабочем месте приборы в рабочее состояние.
2. С помощью осциллографа определите:
а) частоту сигналов на выходе генератора,
б) амплитуду сигналов на выходе генератора,
в) параметры импульсов с генератора импульсов.
3. Используя осциллограф в режиме внешней синхронизации развертки, определите сдвиг фаз между двумя периодическими сигналами.
4. Генератор высокой частоты поставьте в режим внутренней амплитудной модуляции. Рассмотрите огибающую и несущую этого сигнала на экране осциллографа и оцените их частоты и амплитуды.
Оформление результатов.
Кратко записать последовательность действий при работе с измерительными приборами. Записать результаты измерений.
Контрольные вопросы.
1. Чем обеспечивается неподвижность изображения на экране осциллографа?
2. Как осуществляется калибровка осциллографа?
3. В чем состоят основные различия режимов внутренней и внешней синхронизации развертки осциллографа?
Библиографический список.
1. Осциллограф универсальный С1-65. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
2. Осциллограф универсальный С1-64. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
3. Осциллограф универсальный запоминающий С8-13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
4. Генератор сигналов специальной формы Г6-26. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
5. Генератор сигналов высокочастотный Г4-102. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
6. Генератор импульсов Г5-54. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
7. Частотомер электронно-счетный Ф5041. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
Лабораторная работа №2
Полупроводниковые диоды
Цель и задачи работы
Целью данной лабораторной работы является изучение осциллографического метода получения статических характеристик полупроводниковых диодов, а также изучение работы диодов в различных электронных схемах.
Теоретические положения
Диод представляет собой пассивный нелинейный элемент с двумя выводами. Качество вольт – амперной характеристики (ВАХ) диода может быть представлена в виде показанном на рис.1.
Обратное i[мА] Прямое
напряжение напряжение
Открыт
U 
U[B]
Закрыт
-i[мкА]
Рис.1
На условном обозначении направление стрелки диода (так обозначается анод элемента) совпадает с направлением тока. (рис.2).
Анод Катод
Рис.2
Обратный ток для диодов общего применения измеряется в наноамперах (обратите внимание на разный масштаб измерений по оси абсцисс для прямого и обратного тока) и его, как правило, можно не принимать во внимание до тех пор, пока напряжение на диоде не достигнет значения напряжения пробоя.
В нормальном состоянии на диод падает такое напряжение, которое не может вызвать пробой. Исключение составляют опорные диоды (стабилитроны), для которых режим пробоя является нормальным режимом работы. Чаще всего падение напряжения на диоде, обусловленное прямым током через него, составляет от 0,2 до 0,7 В.
В ряде случаев таким падением напряжения можно пренебречь, и тогда диод можно рассматривать как проводник, пропускающий ток только в одном направлении. К другим важнейшим характеристикам, отличающим существующие типы диодов друг от друга, относятся: максимальный прямой ток, емкость, ток утечки и время восстановления обратного сопротивления. В табл.1 приведены характеристики некоторых типов диодов, которые используются в данной лабораторной работе.
В табл.1 приводятся следующие основные параметры диодов: постоянный обратный ток i 
- ток через диод в проводящем направлении;
постоянное прямое напряжение U - напряжение на диоде при протекании через него определенной величины постоянного тока;
постоянный обратный ток i 
- ток, протекающий через диод при подаче на него постоянного обратного напряжения определенной величины;
пиковое значение выпрямленного тока i 
- предельное значение выпрямленного тока;
время восстановления обратного сопротивления – интервал времени от момента, когда ток через диод равен нулю до момента уменьшения обратного тока до заданного уровня;
емкость диода – емкость между выводами диода при заданном напряжении смещения.
С практической точки зрения следует отметить два важных момента:
1. Схему, содержащую диоды, нельзя изменить эквивалентной.
2. Диод не обладает сопротивлением в обычном смысле, т.е. не подчиняется закону Ома.
Действительно, зависимость между током и напряжением для диода имеет вид
где i – ток, протекающий через диод;
U – напряжение, падающее на диоде;
I₀ - обратный ток насыщения диода;
q – заряд электрона (q=1,6· 10 
Кл);
К – постоянная Больцмана (к=1,38· 10 
Дж/к);
Т – абсолютная температура (градусы Кельвина).
| Тип | Uобр. Max [B] | iобр. Max [мкА] | Среднее зна-чение за неограничен- ный интервал времени | Пиковые значения | Время восстановления обр. сопр., нс | Ем - кость пФ | Час- тота кГц | Класс | ||||
| Uпр [B] | Uобр [B] | Iпп [A] | ||||||||||
| Uпр [B] | iпрям [мА] | |||||||||||
| Д2Ж | 0,025 | 0,2 | - | Выпрямител ьные | ||||||||
| Д9В | 0,062 | - | ||||||||||
| Д229А | ||||||||||||
| В 2Д202 Д | 1,2 | |||||||||||
| Д246А | 1,1 | |||||||||||
| 2Д106А | 5-153 | |||||||||||
| Д18 | 0,05 | 0,5 | - | Универсальн ые и импульсные | ||||||||
| Д310 | 0,5 | 2,4 | 0,8 | - | ||||||||
| Д311 | 0,4 | 0,6 | 1,5 | - | ||||||||
| ГД507А | 0,5 | 3,5 | 0,2 | 0,8 | - | |||||||
| 1Д508 | 0,4 | 1,5 | 0,03 | 0,75 | - | |||||||
| КД510А | 1,1 | 1,5 | - | |||||||||
| А КД503 Б | 1,2 | 2,5 3,5 | 0,2 | 2,5 | - |
Таблица 1
Особое место среди диодов занимают стабилитроны, или опорные диоды, предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменении величины протекающего через диод тока. В опорных диодах рабочим является пробивной участок вольт – амперной характеристики в области обратных напряжений. На этом участке напряжение на диоде остается практически постоянным при значительном изменении тока, протекающего через диод.
В табл.2 приведены характеристики некоторых типов стабилитронов, которые используются в данной лабораторной работе. В табл.2 приняты следующие значения:
напряжение стабилизации Uст – напряжение в рабочей области, где большему изменению тока через диод соответствует малое изменение напряжения на нем;
максимальный ток стабилизации iст.max – ток ограниченный максимально допустимой рассеиваемой мощностью;
минимальный ток стабилизации iст.min – ток, ниже которого пробой становится неустойчивым;
дифференциальное сопротивление Rдиф – отношение приращения падения напряжения на стабилитроне к вызывающему его малому приращению тока;
температурный коэффициент напряжения (ТКН), %/град., определяется как отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды.
Условное обозначение диодов.
В основу системы обозначений диодов положен буквенно-цифровой код, первый элемент которого обозначает исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен прибор:
Г или 1 – германий или его соединения;
К или 2 – кремний или его соединения;
Второй элемент обозначения – буква, определяет подкласс приборов:
Д – диоды выпрямительные, импульсные,
Ц – выпрямительные столбы,
В – варикапы,
И – туннельные диоды,
С – стабилитроны.
Третий элемент – цифра, определяет один из основных характеризующих прибор признаков (параметр, назначение или принцип действия),
Например, для подкласса Д:
1 – выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока < 0,3 А.
2 – выпрямительные диоды с постоянным прямым током от 0,3 до 10 А.
4 – импульсные диоды с временем восстановления обратного сопротивления более 500 нс.
5 – импульсные диоды с временем восстановления < 500 нс.
Таблица 2
| Тип | Напряжение стабили- Зации, В | max ток стабилизации, Ма | Дифференциальное сопротивление, Ом | ТКН %/град. | Максимальная допустимая мощность Вт | Диапазон рабочих температур °С | max прямой ток, А |
| Д 814Б | 8 – 9,5 | 0,07 | 0,34 | -60  +100
| 0,1 | ||
| Д 814В | 9 – 10,5 | 0,009 | 0,34 | -60 +100
| 0,1 | ||
| Д 814Г | 10 – 12 | 0,095 | 0,34 | -60
| 0,1 | ||
| Д 815Г | 2,7 | 0,1 | -60 +100
| ||||
| Д 815Б | 6,8 | 1,2 | 0,062 | -60 +100
| |||
| Д 815Е | 3,8 | 0,13 | -60 +100
| ||||
| Д 816А | 0,15 | -60 +100
| |||||
| Д 816Б | 0,15 | -60 +100
| |||||
| Д 818В | ±0,01 | 0,3 | -55 +100
| ||||
| Д 818Е | ±0,001 | 0,3 | -55 +100
| ||||
| 2С147А | 4,7 | от –0,09 до 0,01 | 0,3 | -55 +100
| - | ||
| 2С133А | 3,3 | -0,11 | 0,3 | -55 +100
| - | ||
| 2С156А | 5,6 | 0,05 | 0,3 | -55 +100
| - | ||
| 2С168А | 6,8 | 0,06 | 0,3 | -55 +100
| - | ||
| 2С210Б | 9,3 – 10,7 | +0,07 | 0,15 | -55 +100
| - |
Для подкласса С:
1 – стабилитроны мощностью < 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации < 10 В.
2 – стабилитроны мощностью < 0,3 Вт с номинальным напряжением стабилизации от 10 до 100 В.
8 – стабилитроны мощностью от 5 до 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации от 10 до 100 В.
Четвертый элемент – число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа прибора.
Пятый элемент – буква, условно определяет классификацию по параметрам приборов, изготовленных по единой технологии.
Приведем пример обозначения некоторых приборов:
КД510А -кремневый импульсный диод с временем восстановления обратного
сопротивления 4нс, номер разработки 10, группа А.
2С147А –кремневый стабилитрон мощностью ≤0,3 Вт, напряжение стабили-
зации 4,7 В, группа А.
Вольт – амперные характеристики диода можно строить по точкам, измеряя постоянные напряжения и токи в цепях соответствующих электродов исследуемого элемента. Однако такой метод весьма трудоемкий. Кроме того, длительное протекание тока через элемент может привести к изменению его параметров в процессе измерения. Особенно сильно это проявляется при больших, близких к предельно допустимым для данного элемента тока и напряжениях. Если же воспользоваться осциллографическим методом, описанным ниже, то указанные недостатки можно исключить.
Прибор, позволяющий наблюдать на экране осциллографа ВАХ диода, называется характериографом. Блок схема характериографа показана на рис.3.
Rr
У у
R
Ur х
Д
Х
Рис.3. Схема характериографа
К диоду Д через резистор R подводится переменное напряжение Ur от генератора с внутренним сопротивлением Rr. В качестве генератора может быть использован генератор синусоидального, пилообразного или треугольного напряжения.
Напряжение, снимаемое с диода Д, поступает на Х – вход осциллографа, т.е. на горизонтальное отклонение луча осциллографа. Падение напряжения на резисторе R, пропорциональное току через диод Д, поступает на У – вход осциллографа, т.е. на вертикальное отклонение луча осциллографа. Таким образом, отклонение электронного луча по оси Х оказывается пропорциональным падению напряжения на диоде, а по оси У – току через него. Поэтому траектория луча на экране осциллографа и есть ВАХ диода.
Искажения этой характеристики обусловлены двумя основными причинами: нелинейной зависимостью величины отклонения луча на экране от напряжения и не идеальностью (и не идентичностью) фазовых характеристик усилителей Х и У каналов. Первая неточность может быть уменьшена путем градуировки шкалы, или калибровки, вторая – путем выбора частоты колебаний генератора напряжений.
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему характериографа (рис.3).
Получите и зарисуйте ВАХ всех диодов, выданных преподавателем, привязав их к осям координат, пересекающимся в точке (U=0, i=0).
При использовании генератора его выход не должен быть привязан к “земле”.
2. Собрать схему однопериодного выпрямителя (рис.4).
Д
Генератор
Uвх R Uвых
Рис.4.
2.1. Выбрать амплитуду сигнала на выходе генератора.
2.2. Раcсчитать сопротивление резистора R.
2.3. С помощью осциллографа наблюдать работу выпрямителя на различных частотах.
2.4. Составить таблицу и нарисовать график изменения Uвых/Uвх от частоты генератора.
3. собрать схему диодного ограничителя (рис.5).
1 к
○ ○
Вход Выход
Рис.5.
3.1. Подать на вход синусоидальные колебания, треугольные и прямоугольные импульсы различной амплитуды.
Зарисовать форму выходных сигналов.
4. Построить диодный ограничитель по схеме рис.6.
1 к
○ ○
Uвх Uвых
○+U
Рис.6
4.1. Подать на вход синусоидальный сигнал. Зарисовать форму выходного сигнала при различных амплитудах Uвх.
5. Собрать и исследовать схему, показанную на рис.7.
R
○
Uвх
Rн
Рис.7.
5.1. Для заданного в работе стабилитрона рассчитать сопротивление резистора R.
5.2. Собрать схему и проверить ее работу при разных Rн.
УКАЗАНИЕ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать принципиальную схему, расчетные формулы, полученные результаты и выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Почему не идентичность фазовых характеристик горизонтального и вертикального каналов осциллографа искажает вольт – амперную характеристику на экране ЭЛТ?
2. Как влияет сопротивление R (рис.4) на выходной сигнал?
3. Объясните, как и почему работает схема (рис.5).
Библиографический список
1. Ефимчик М.К., Шушкевич С.С. Основы радиоэлектроники. – Минск: Изд – во БГУ, 1981. – 286 с.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Пер. с англ.: - М.: Мир, 1983. – Т.1. – 690 с.
Лабораторная работа №3
Биполярные транзисторы.
Цель и задачи работы: целью данной лабораторной работы является изучение осциллографического метода получения статических характеристик транзисторов, а также изучение практических методов построения схем на транзисторах.
Теоретические положения.
Транзистор- это один из основных активных компонентов. Он представляет собой устройство, которое может усиливать входной сигнал внешнего источника питания. Транзисторы n-p-n типа подчиняются следующим правилам (для транзистора p-n-p типа правила сохраняются, но следует учесть, что полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):
Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.
Цепи база- эмиттер и база- коллектор работают как диоды
(рис.1)
к К К К
Б Э Б Б
Э
Э
Б Э
n-p-n p-n-p
Рис.1
Обычно база- эмиттер открыт, а диод база- коллектор смещен в обратном направлении.
3. Каждый транзистор характеризуется максимальными значениями
ίк max, ίδ max и Uкэ max,
которые нельзя превышать. Следует помнить и о предельных значениях других параметров, например, рассеиваемой мощности Рр max, температуре, Uδэ и др.
- Если правила 1 – 3 соблюдены, то ток ίк прямо пропорционален току ίδ и можно записать следующее выражение:
ίк = h21Э ίδ = β ίδ,
где h21Э - коэффициент усиления по току, обозначаемый также β.
Правило 4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора. Для различных транзисторов одного и того же типа β может изменяться в пять раз. Он зависит так же от тока коллектора, напряжения между коллектором и эмиттером и температуры. Схему можно считать плохой, если на ее характеристики влияет величина параметра β. Из правила 2 следует, что напряжение между базой и эмиттером нельзя увеличивать неограниченно, так как если потенциал базы будет превышать потенциал эмиттера более чем на 0,6 – 0,8В (прямое напряжение диода), то возникает очень большой ток. Следовательно, в работающем транзисторе напряжение на базе и эмиттере связаны следующим соотношением:
Uδ ≈ UЭ+0,6В (Uδ = UЭ+UδЭ).
Следует обратить внимание на то, что ток коллектора не связан с проводимостью диода. Дело в том, что обычно к диоду коллектор – база приложено обратное напряжение. Более того, ток коллектора очень мало зависит от напряжения на коллекторе (этот диод подобен небольшому источнику тока), в то время как прямой ток, а следовательно, и проводимость диска резко увеличиваются при увеличении приложенного напряжения.
Условные обозначения транзисторов
В основу системы обозначений транзисторов положен буквенно– цифровой код, первый элемент которого обозначает исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен транзистор:
Г или 1 – для германия;
К или2 – для кремния.
Второй элемент обозначения – буква, определяющая подкласс транзистора:
Т – для биполярных транзисторов;
П – для полевых транзисторов.
Третий элемент – цифра, определяющая его основные функциональные возможности (допустимые значения рассеиваемой мощности и граничную либо максимальную рабочую частоту):
1 – транзисторы маломощные (Рмах ≤ 0,3 Вт) низкочастотные
(f > 30 МГц):
2 – транзисторы маломощные средней частоты (3 < f ≤ 30 МГц);
3 – транзисторы маломощные высокочастотные и СВ4 (f > 30 МГц):
4 – транзисторы средней мощности (0,3 Вт < Рмах ≤1,5 Вт) низкочастотные;
5 – транзисторы средней мощности, средней частоты;
6 – транзисторы средней мощности высокочастотные и СВ4;
7 – транзисторы большой мощности (Рмах > 1,5 Вт) низкочастотные;
8 – транзисторы большой мощности среднечастотные;
9 – транзисторы большой мощности высокочастотные и СВ4.
Четвертый элемент – число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа транзисторов. Для этого используются числа от 01 до 999.
Пятый элемент – буква, условно определяющая классификацию по параметрам транзисторов, изготовленных по единой технологии.
Примечание.
Обозначение типов транзисторов, разработанных в 1964 г., состоит их трех элементов: первый – буква П (полупроводниковый триод), второй – цифра, обозначающая порядковый номер разработки (табл.1), третий – буква, соответствующая разновидности транзистора данного типа.
Таблица 1
| Частота, мГц | До 5 | Более 5 | ||
| Мощность рассеяния, Вт | До 0,25 | Более 0,25 | до 0,25 | Более 0,25 |
| Германиевые | 1 – 99 | 201 – 299 | 401 – 499 | 601 – 699 |
| Кремниевые | 101 – 199 | 301 - 399 | 501 – 599 | 701 - 799 |
Примеры обозначений:
ГТ101А – германиевый биполярный маломощный низкочастотный, номер разработки 1, группа А.
2Т399А – кремниевый биполярный маломощный СВ4, номер разработки 99, группа А.
2П904Б – кремниевый полевой мощный высокочастотный, номер разработки 4, группа, Б.
Основные параметры используемых в лабораторной работе транзисторов приведены в табл.2.
Для расчета усилителей на транзисторах весьма полезными являются входные и выходные вольт – амперные характеристики транзистора.
Эти характеристики можно строить по точкам, измеряя постоянные напряжения и токи в цепях соответствующих электродов исследуемого элемента.
На рис.2 представлена блок – схема установки для снятия выходных статических ВАХ транзистора.
|
|
|
