Принципы радиоизмерений Исследование стабилизированного выпрямителя Исследование усилительных каскадов Расчет трехфазной цепи Исследование нелинейных цепей постоянного тока Исследование электрических фильтров

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Динамический режим транзистора. Выбор и задание рабочей точки

Динамический режим транзистора – это режим, при котором выходной ток изменяется вследствие одновременного изменения входного тока и выходного напряжения. Так, для схемы с ОЭ Iк =f (IБ, Uкэ). Динамический режим возникает в транизсторе, если в коллекторную цепь его включить сопротивление нагрузки Rк (например, как на рис. 3.10.).


Рис. 3.10. Включение транзистора в динамическом режиме.

При изменении входного тока меняется ток коллектора, и, следовательно, меняется и напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ, так как

 Uкэ = Eк – Iк Rк (18)

Если  увеличивается ток Iк, то уменьшается Uкэ. В свою очередь изменение Uкэ приводит  к изменению Iк. Прямая линия, описываемая уравнением (18), называется нагрузочной прямой или линией нагрузки. Линию нагрузки строят на семействе выходных характеристик. Построение ее производится по двум точкам: А (Ек, 0) и В (0, Ек/Rк) и показано на рис. 3.11. Наклон нагрузочной прямой АВ зависит от сопротивления нагрузки Rк. Для переменной составляющей коллекторного тока полное сопротивление нагрузки обычно не совпадает с сопротивлением, поставленным в цепь коллектора Rк. Входная цепь следующего каскада имеет сопротивление Rн, которое обычно разделительной емкостью отделено от Rн по постоянной составляющей (рис. 3.7). Но по переменной составляющей оно шунтирует Rк. Отсюда следует, что нагрузочная прямая по переменной составляющей  будет менее наклонена к оси абцисс (прямой ЕД). Она проходит через начальную (рабочую) точку 0 и удовлетворяет уравнению:

 Uк = Eк – I 0к Rк +Ik(Rk||Rр) = U0k+Ik(Rk||Rр (19)

Нагрузочная прямая ЕД по переменному току, часто называется выходной характеристикой.

Начальному режиму транзистора соответствует начальное положение рабочей точки «0», которая определяется значениями Iок, Iоб, Uокэ. Она выбирается на нагрузочной прямой для постоянного тока в зависимости от уровня входного сигнала, назначения данного каскада, заданного коэффициента нелинейных искажений, температурного режима и т.п.

Рабочая точка выбирается в области, ограниченной на рис. 3.11. заштрихованными областями. Положение ее на нагрузочной прямой обычно выбирают так, чтобы нелинейные искажения выходного сигнала были наименьшими.

Коэффициент усиления КU по напряжению, амплитуду входного сигнала, входное сопротивление транзистора по переменному току можно определить графически, пользуясь динамическими выходной и входной характеристиками (рис.3.11.). Входная динамическая характеристика лежит внутри узкого пучка входных статических характеристик и практически совпадает с ними.

 


Подпись:  Iок

Рис. 3.11. К расчету графическим методом прохождения сигнала через транзистор.

Выполнение работы

Принадлежности к работе

1. Лабораторный комплекс ЛКЭЛ, модуль ТР схемотехника транзисторов.

2. Многофункциональный генератор-частотомер АТАКОМ АНР-1001.

3. Осциллограф универсальный ОСУ-20.

4. Соединительные провода и 4 форматки с масштабной сеткой.

 Методика снятия семейства статических характеристики биполярного транзистора

Вольт - амперные характеристики (ВАХ) транзисторов в любой необходимой системе координат можно снимать по точкам, измеряя соответствующие постоянные напряжения и типы эмиттера, коллектора и базы. Однако, такой метод, несмотря на сравнительно малую погрешность изменений

± (5-10) %, является весьма трудоемким. Кроме того, длительное нахождение транзистора под током неизбежно приводит к изменению его параметров в процессе измерения.

Указанные недостатки можно устранять, применив для снятия статических характеристик транзисторов осциллографический метод, погрешность которого составляет ± (15-20) %, что вполне допустимо на практике.

Поскольку вольт – амперные характеристики транзисторов определяются тремя параметрами, для получения изображения характеристики на экране осциллографа один из параметров должен быть зафиксирован. Тогда, подавая на горизонтально и вертикально отклоняющие пластины напряжения, пропорциональные двум другим параметрам, плавно изменяющимся по определенному закону со временем, можно получить вольт – амперную характеристику транзистора, соответствующую фиксированному значению первого параметра. Чаще всего в качестве независимого переменного параметра используют однополупериодное синусоидальное напряжение. Например, если необходимо снять выходную статическую характеристику транзистора в схеме с ОЭ при определенном токе базы Iк = f (Uк) при Iб = const, в цепь базы подают заданный ток (рис. 3.12.), измеряя его миллиамперметром, а к цепи коллектора подключают однополупериодное синусоидальное напряжение, полученное от генератора синусоидальных сигналов и пропущенное через вентиль.

 

 

Рис. 3.12. Принципиальная схема для осциллографического снятия выходных характеристик транзисторов в схеме с ОЭ и вид выходных характеристик.

Это изменяющееся по синусоидальному закону напряжение управляет отклонением луча по горизонтали. По такому же закону изменяется и коллекторный ток, который создает на сопротивлении падение напряжения

URк =IкRк, подаваемое на вход «у» осциллографа и управляющее отклонением луча по вертикали. При этом род синхронизации должен быть «внеш.», род работы – «усилитель». Таким образом, если в течение одного полупериода синусоиды каждому мгновенному значению напряжения на коллекторе будет соответствовать определенное мгновенное значение Uу, пропорциональное току коллектора, то отклонение луча по вертикали образует все пробегаемые мгновенные значения Iк, Uк, т.е. электронный луч “начертит” вольт – амперную характеристику. Эту характеристику зарисовывают на форматку, предварительно отградуировав отклонение по “у” – по току и отклонение по “х” – по напряжению. Так как чувствительность осциллографа по оси “у” выше, чем по оси “х”, то наименьшие величины следует подавать на вход “у”, а большие на вход “х”. Напряжение с генератора должно быть такого размера, чтобы амплитудные напряжения синусоиды было несколько меньше максимального напряжения коллектора. В зависимости от полярности снимаемых напряжений и подачи их на входы “х” и “у” соответственно чувствительности последних, вольт – амперные характеристики могут быть повернуты на 90 – 1800 относительно принятого расположения оси. Поэтому снятые на форматку характеристик потом следует развернуть так, чтобы с ними было удобно работать далее.

После снятия семейства характеристик проводят градуировку вертикальной и горизонтальной шкал.

Внимание! При градуировке ручки “усиление” и “синхронизация” по входам “у” и “х” не трогать (чтобы не изменить масштаб снятых вольт – амперных характеристик).

Для градуировки вертикальной шкалы по току:

записать отклонение луча в мм (показания вольтметра перевести в амплитудные значения Um);

полученное отклонение соответствует току, равному .

Для градуировки горизонтальной шкалы по напряжению:

записать показания вольтметра и соответствующее отклонение луча в мм, предварительно переводя показания вольтметра в амплитудное значение;

полученное отклонение луча соответствует значению напряжения, равному 2 Um (развертка луча проводится биполярным синусоидальным сигналом).


Исследование выпрямителя однофазного и трехфазного токов