ЛБ / электроника 4 лб

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная Школа Энергетики

13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Электрические станции

«Исследование режимов работы биполярного транзистора»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

по дисциплине:

Электроника 1.1

Исполнитель:
Студенты группы	5А21	Кулешов К.Д. Плотникова М.Е.	04.04.2024
Руководитель:		Паюк Л.А.
преподаватель

Томск – 2024

Цель работы: экспериментально установить различные классы усиления биполярного транзистора. Определить оптимальную точку покоя и максимальную амплитуду неискажённого выходного сигнала, а также минимальную амплитуду входного напряжения, при которой транзистор переходит в режим насыщения.

Оборудование: потенциометр, осциллограф, мультиметр, биполярный транзистор класса АB, В, D.

Рисунок 1 – Принципиальная схема

Рисунок 2 – Монтажная схема

Результаты исследований с таблицами

В таблице 1 представлены экспериментальные и расчетные данные для следующих режимов: класса A, B, D:

Таблица 1

Класс	IБО, мА	IКО, мА	UКЭО, В	UВХмакс, В	UВЫХмакс, В	КU
A	0,09	11,9	14		14,5	48,3
(А-B)	0,117	14,9	15	1		15
D( ̴ U)	0,2	17,5	15			6,25
Покой	0,133	18,7	9	0	0

Минимальная амплитуда входного прямоугольного сигнала, при которой транзистор надёжно переходит в режим насыщения:

В.

Рисунок 2 Зависимость IКО=f(UКЭО)

Расчеты

Находим значения коэффициентов усиления транзистора по напряжению для разных классов усиления по формуле:

Для класса А:

Для класса (А-B):

Для класса D ( ̴ U):

Осциллограммы

Рисунок 3. Режим работы A

Рисунок 4. Режим работы A-B

Рисунок 5. Режим работы D при частоте 999 Гц при синусоидальном сигнале

Рисунок 6. Режим работы D при частоте 999x10 Гц при синусоидальном сигнале

Исходя из рисунков 5 и 6 делаем вывод, что при синусоидальном сигнале динамических потерь при переходе в режим работы D при разной частоте нет

Рисунок 7. Режим работы D при частоте 999 Гц при прямоугольном сигнале

Рисунок 8. Режим работы D при частоте 999x10 Гц при прямоугольном сигнале

Исходя из рисунков 7 и 8 делаем вывод, что при прямоугольном входном сигнале и частоте в 999x10 Гц динамических потерь меньше, чем при сигнале частотой 999Гц

Вывод: из проделанной работы следует выводы, что в классе А точка покоя выбирается примерно в середине активной зоны от I_Кмакс до I_Кмин, в которой характеристики транзистора близки к линейным. В этом случае при подаче на базу переменного сигнала (в нашем случае синусоидального) в токе базы появляется переменная составляющая, что вызывает соответствующие изменения тока I_К и напряжения U_КЭ. Если входной сигнал не превышает допустимую величину, то происходит пропорциональное усиление всего сигнала. При превышении допустимого в уровнях наступает ограничение выходного сигнала на уровнях I_Кмакс до I_Кмин по току и на уровнях U_КЭмин и U_КЭмакс по напряжению.

В классе В усиливается половина синусоидального сигнала. Для этого точка покоя должна выбираться на границе зоны отсечки. В действительности её выбирают несколько выше, чтобы избежать искажений, вызванных существенной нелинейностью начального участка входной характеристики транзистора.

В классе D транзистор работает в ключевом режиме. Для этого точка покоя выбирается так же, как и в классе В на границе зоны отсечки, но на вход подаётся большой сигнал, чтобы транзистор быстро переходил в режим насыщения. Ещё лучше в этом режиме на вход подавать сигнал прямоугольной формы. Тогда отпадает необходимость в его большой амплитуде.

Ответы на вопросы

1. Какими достоинствами и недостатками обладает биполярный транзистор?

Достоинства и недостатки биполярных транзисторов вытекают из физических явлений, лежащих в основе их работы. Так, работа биполярных транзисторов основано на явлении инжекции неосновных носителей заряда в базу через прямосмещенный эмиттерный переход: при изменении входного управляющего тока изменяется поток инжектированных носителей заряда, что приводит к изменению выходного тока. Таким образом, биполярный транзистор управляется током, его входное сопротивление мало, а выходной ток обеспечивается носителями обоих знаков (дырками и электронами).

2. Какое включение биполярного транзистора называют инверсным?

Режим работы транзистора, при котором коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном, называется инверсным. В этом случае коллектор играет роль эмиттера, а эмиттер – коллектора

3. Почему при включении транзистора ток коллектора начинает протекать с временной задержкой после начала протекания тока базы?

Так как ток базы является управляющим.

4. Чем определяется время выключения транзистора?

Время выключения транзистора f определяется величинами эмиттерных и коллекторных емкостей нагрузочных каскадов

5. От чего зависят динамические потери транзистора?

Динамические потери или потери на переключении, зависят от длительности переходных процессов, амплитуды переключаемых токов и напряжения, а также от характера нагрузки.

6. Что такое область активного усиления транзистора?

В активном режиме на базу подано напряжение, достаточное для того чтобы p-n переход между базой и эмиттером открылся. Возникают токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е. активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

7. Как транзистор работает в режиме насыщения?

Режим насыщения. Предел увеличения тока базы до момента, когда ток коллектора остаётся неизменным определяет точку максимального насыщения базы электронами. Дальнейшее увеличение тока базы не будет изменять степень её насыщения, и никак не будет влиять на ток коллектора, может привести к перегреву материала в области контакта базы и выходу транзистора из строя. В справочных данных на транзисторы могут быть указаны величины тока насыщения и максимально допустимого тока базы, либо напряжения насыщения эмиттер-база и максимально допустимого напряжения эмиттер-база. Эти пределы определяют режим насыщения транзистора при нормальных условиях его работы. Режим отсечки и режим насыщения эффективны при работе транзисторов в качестве электронных ключей для коммутации сигнальных и силовых цепей.

8. Что такое режим отсечки для транзистора?

Когда напряжение между базой и эмиттером ниже, чем 0.6V - 0.7V, то p-n переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора практически отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

9. Как выбирается точка покоя в классах усиления А, AB, B и D?

В режиме А рабочая точка выбирается на середине прямолинейного участка сквозной динамической характеристики.

В режиме В рабочая точка выбирается так, чтобы ток через усилительный элемент протекал только в течение половины периода входного сигнала. Усилительный элемент работает с так называемой отсечкой. Углом отсечки принято называть половину той части периода, в течение которого проходит ток. При работе в режиме В угол отсечки 90° (π/2).

Иногда используют режим работы усилительного каскада, промежуточный между режимами А и В. Его называют режимом АВ. Рабочая точка покоя при этом должна находиться в интервале между положениями рабочей точки в режимах А и В. В этом случае к.п.д. усилителя больше, чем в режиме А, а нелинейные искажения меньше, чем в режиме В.

10. Перечислите достоинства и недостатки различных классов усиления.

В классе А достоинство: при подаче на базу переменного сигнала (в нашем случае синусоидального) в токе базы появляется переменная составляющая, что вызывает соответствующие изменения тока I_К и напряжения U_КЭ. Если входной сигнал не превышает допустимую величину, то происходит пропорциональное усиление всего сигнала. Недостаток: при превышении допустимого в уровнях наступает ограничение выходного сигнала на уровнях I_Кмакс до I_Кмин по току и на уровнях U_КЭмин и U_КЭмакс по напряжению. Недостаток: точка покоя смещена в сторону зоны отсечки, поэтому часть синусоидального сигнала (меньше полупериода) при усилении «обрезается»

В классе В достоинство: усиливается половина синусоидального сигнала. Недостаток: Для этого точка покоя должна выбираться на границе зоны отсечки. В действительности её выбирают несколько выше, чтобы избежать искажений, вызванных существенной нелинейностью начального участка входной характеристики транзистора.

В классе D достоинства: транзистор работает в ключевом режиме. Для этого точка покоя выбирается так же, как и в классе В на границе зоны отсечки. В этом режиме на вход подавать сигнал прямоугольной формы. Тогда отпадает необходимость в его большой амплитуде.