Тема: Дослідження стабілітрона

1 Мета роботи: Вивчення особливостей роботи стабілітрону, побудова ВАХ та визначення його параметрів.

 

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, програма Electronics Worbench.

 

3 Схема дослідження:

S1

2 3

Рис.1

4 Основні теоретичні положення:

Стабілітрон – це напівпровідниковий діод, напруга на якому в області електричного пробою майже не залежить від сили струму.

Принцип дії стабілітрону – електричний пробій p-n переходу.

Основна характеристика – вольт-амперна характеристика (ВАХ) (рис.2).

Робоча ділянка (АБ) -пряма майже паралельна осі струмів.

Рис.2

Робочий режим – при зворотному включенні (режим електричного пробою).

Стабілітрони виготовляють з кремнію, який має порівняно з германієм більшу ширину забороненої зони, а значить значно менший зворотний струм. Це приводить до того, що тепловий пробій настає при значно більших зворотних напругах, ніж в германієвих приладах.

Застосовуються стабілітрони для стабілізації напруги, як обмежувач постійної та імпульсної напруги, як поділювач напруги, як джерело еталонної напруги.

Основні параметри:

- напруга стабілізації U_ст – падіння напруги на стабілітроні в області стабілізації при номінальному значенні струму;

- мінімальний струм стабілізації І_min – найменше значення струму крізь стабілітрон, при якому виникає стійкий електричний пробій (точка А на ВАХ);

- максимальний струм стабілізації І_max – найбільший струм крізь стабілітрон, при якому потужність, що розсіюється на стабілітроні, не перевищує допустимого значення (точка Б на ВАХ);

- диференційний опір r_ст – характеризує зміну величини напруги на приладі зі змінами струму крізь нього, тобто, характеризує ступінь стабільності напруги стабілізації при зміні струму пробою

r_ст = ∆U_ст /∆І_ст;

де ∆U_ст = U_{ст. max} - U_{ст. min} - змінення напруги в режимі стабілізації;

∆І_ст = І_{ст. max} - І_{ст. min} - крайні значення струму стабілізації.

- температурний коефіцієнт напруги стабілізації α,

α = ∆U_ст /U_ст ∙ ∆T (1/град);

- максимальна потужність розсіювання Р_max – найбільша потужність, яка виділяється в p-n переході, при якій ще не виникає теплового пробою.

 

5 Послідовність виконання роботи:

5.1. Зняття ВАХ при прямому включенні стабілітрону (рис.1)

Для зняття ВАХ при прямому включенні діоду перемикач S1 поставити в положення 1-3. Змінюючи значення U_пр, зняти залежність І_пр = f(U_пр) (пряма гілка). Дані вимірювань занести у таблицю 1.

Таблиця 1

Пряме включення
U, В
I,mA

5.2. Зняття ВАХ при зворотному включенні стабілітрону (рис.1)

Для зняття ВАХ при зворотному включенні діоду перемикач S1 поставити в положення 2-3. Змінюючи значення U_зв, зняти залежність І_зв = f(U_зв) (зворотна гілка). Особливо ретельно слід знімати характеристику на ділянці стабілізації, так як тут у широкому інтервалі змінення струму діоду напруга U_ст змінюється незначно. Дані вимірювань занести у таблицю 2.

Таблиця 2

Зворотне включення
U, В
I,mA

5.3. Побудова ВАХ

За результатами вимірювань (таблиці 1 і 2) побудувати графік ВАХ (на міліметровому папері).

5.4 Визначення основних параметрів стабілітрону

За ВАХ визначити: U_ст; І_ст; І_min; І_max; r_ст.

 

6 Зміст звіту:

- найменування та мета роботи;

- схема дослідження;

- перелік приладів;

- результати вимірювань (таблиці 1 і 2);

- графік ВАХ (на міліметровому папері);

- розрахунок та визначення основних параметрів стабілітрону;

- висновки. Розшифрувати маркування дослідженого стабілітрону.

 

7 Контрольні питання:

7.1 Принцип дії стабілітрону.

7.2 Чому основним матеріалом для стабілітрону є кремній?

7.3 Умовне графічне зображення стабілітрону.

7.4 Як стабілітрон вмикається у схемі відносно навантаження?

7.5 Приведіть схему включення стабілітрону, якщо потрібно збільшити напругу стабілізації на навантаженні.

7.6 Основні параметри стабілітрону.

7.7 Як визначається диференційний опір стабілітрону в режимі стабілізації?

7.8 Що таке стабістор?

 

8 Література:

8.1 Васильєва Л.Д, Медведенко Б.І., Якименко Ю.І. «Напівпровідникові прилади: Підручник. – К.: ІВЦ «Видавництво «Політехніка»», 2003. – 388 с.

8.2 Ю.П. Колонтаєвський, А.Г. Сосков, “Електроніка і мікросхемотехніка»: Підручник. 2-е вид./ за ред. А.Г. Соскова.-К.: Каравела, 2009.-416 с.

8.3 В.Ю. Лавриненко, «Справочник по полупроводниковым приборам. 10-е изд., перераб. И доп. – К.: Техника, 1984. – 424 с.

8.4 Конспект лекцій.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Тема:Дослідження біполярного транзистора

1 Мета роботи: Вивчення особливостей роботи біполярного транзистора, увімкнутого за схемою зі спільним емітером; побудова статичних ВАХ та визначення його основних параметрів (коефіцієнтів підсилення за струмом, за напругою та потужністю, вхідного та вихідного опорів).

 

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, програма Electronics Workbench.

 

3 Схема дослідження: 1 кОм

 

1 кОм

 

 

1 кОм

 

1В 1кОм 10В

 

Рис.1

 

4 Основні теоретичні положення:

Транзистором (від TRANSFER RESISTOR – такий, що перетворює опір) називається НП прилад, який має один або декілька p-n переходів, три або більше виводів і здатний підсилювати потужність електричного сигналу.

Біполярний транзистор – це НП прилад, призначений для підсилення потужності сигналу, який має 2 p-n переходи, використовує носії зарядів двох різних типів: електронів та дірок і керується струмом.

Як елемент електричного кола, транзистор зазвичай використовується так, що один з його електродів є вхідним, другий вихідним, а третій – спільний відносно входу та виходу. У коло вхідного електроду вмикається джерело вхідного змінного сигналу, який треба підсилити за потужністю, у коло вихідного – навантаження, на якому виділяється підсилена потужність.

Розрізняють три схеми вмикання транзисторів:

- з спільною базою - з СБ;

- з спільним емітером - з СЕ;

- з спільним колектором - з СК.

Схема зі спільним емітером (рис.1) найбільш розповсюджена.

Основні параметри біполярного транзистора для схеми з спільним емітером визначаються за формулами:

R_вх =ΔU_БЕ / ΔІ_Б , при ΔU_КЕ = const (сотні Ом – одиниці кОм);

R_вих =ΔU_КЕ / ΔІ_К , при ΔІ_Б = const (одиниці – десятки кОм);

К_І = ΔІ_К / ΔІ_Б , ΔU_КЕ = const (десятки – сотні);

К_U = ΔU_вих / ΔU_вх , ΔI_вх = const (сотні – тисячі);

К_Р = К_І ∙ К_U (тисячі – десятки тисяч);

Для визначення статичних параметрів транзисторів використовують два види статичних характеристик:

- вхідні І_Б = f(U_БЕ) при U_КЕ = const (рис.2);

- вихідні І_К = f(U_КЕ) при І_Б = const (рис.3).

5 Послідовність виконання роботи:

5.1 Зняття вхідних статичних характеристик транзистора І_Б = f(U_БЕ) при U_КЕ = const

Перед зняттям характеристик заготовляють таблицю спостережень (табл.1 і табл.2).

 

 

Таблиця 1

UКЕ = 0, В	UКЕ = 5, В
UБЕ , В	ІБ , мА	UБЕ , В	ІБ , мА

 

Вхідні статичні характеристики транзистора знімають для двох значень напруги U_КЕ . Напругу між базою та емітером змінюють потенціометром R₁.

 

5.2 Зняття вихідних статичних характеристик транзистора І_К = f(U_КЕ) при І_Б = const

Таблиця 2

ІБ = 500, мкА	ІБ = 1000, мкА	ІБ = 2000, мкА
UКЕ , В	ІК , мА	UКЕ , В	ІК , мА	UКЕ , В	ІК , мА

Вихідні статичні характеристики знімають для трьох значень струму бази, котрі встановлюють потенціометром R1 та підтримують у процессі спостережень незмінними. Напругу U_КЕ змінюють, потенціометром R2.

5.3 Побудова статичних характеристик транзистора.

За результатами вимірювань (табл.1 і табл.2) побудувати сімейства вхідних та вихідних статичних характеристик транзистора на міліметровому папері. Зразковий приклад цих характеристик приведено на рис.2, 3.

Рис. 3 Рис.2

5.4 Визначення вхідного та вихідного опорів, коефіцієнтів підсилення транзистора.

За вихідними статичними характеристиками (рис.3) можна знайти вихідний опір транзистора R_вих для заданої точки Т. По прирощенням ∆U_КЕ і ∆І_К між точками В і С при постійному струмі І_Б = 40 мкА

R_вих=∆U_КЕ / ∆І_К =(15В - 1В) / (1,4-0,9)10^-3 А = 28000 Ом = 28 кОм.

Вхідний опір транзистора R_вх визначаємо за вхідними статичними характеристиками (рис.2). Точка Т відповідає тому ж режиму, що й на вихідних характеристиках (І_Б = 40 мкА).

По прирощенням ∆І_Б та ∆U_БЕ між точками А і Б при постійній напрузі U_КЕ= 8 В, знаходимо

R_вх = ∆U_БЕ / ∆І_Б = (185 мВ-140 мВ) / (50-30)10^-3 мА = 2250 Ом = 2,25 кОм.

Коефіцієнт підсилення струму К_І визначаємо за вихідними характеристиками транзистора (рис.3). Нехай транзистор працює при напрузі між колектором і емітером U _КЕ = 8 В, а струм бази дорівнює І _Б = 40 мкА. Цьому режиму на сімействі вихідних характеристик транзистора відповідає точка Т.

По прирощенням ∆І _К та ∆І _Б між точками А і Б при постійній напрузі U _КЕ знаходимо

К_І = ∆І _К / ∆І _Б = (1,6 - 0,6)мА / (60 - 20)10^-3 мА = 25, при U _КЕ = 8 В = const.

Коефіцієнт підсилення напруги К_U визначаємо за вхідними характеристиками транзистора (рис.2).

Нехай І _Б = const = 30 мкА (т. КА).

Для точки К U _БЕ = 110 мВ, U _КЕ = 0 В

Для точки А U _БЕ = 140 мВ, U _КЕ = 8 В.

К_І = ∆ U _КЕ / ∆ U _БЕ = (8 - 0)В / (140-110)10^-3 В = 270.

Коефіцієнт підсилення потужності К_Р визначаємо за формулою:

К_Р = К_І К_U = 25∙270 = 6750.

 

6 Зміст звіту:

6.1 Найменування та мета роботи.

6.2 Схема дослідження.

6.3 Перелік приладів.

6.4 Результати вимірювань (таблиці).

6.5 Вхідні статичні характеристики транзистора І_Б = f(U_БЕ), при U_БЕ = const (на міліметровому папері).

6.6 Вихідні статичні характеристики транзистора І_К = f(U_КЕ), при І_Б = const (на міліметровому папері).

6.7 Розрахунок основних параметрів транзистора: вхідного і вихідного опорів, коефіцієнтів підсилення струму, напруги, потужності.

6.8 Висновки.

 

7 Контрольні питання:

7.1 Чому БТ називається біполярним.

7.2 Які режими роботи має БТ?

7.3 Що називається динамічним режимом роботи БТ.

7.4 Яка схема включення найбільш використовується і чому?

7.5 Назвіть h-параметри БТ і їх фізичні властивості?

7.6 Які електроди має БТ і вимоги до них?

7.7 У якій області знаходиться транзистор p-n-p- структури, якщо U_БЕ = - 0,2 В В; U_КЕ = 6В?

 

8 Література:

8.1 Васильєва Л.Д., Медеведенко Б.І., Якименко Ю.І. «Напівпровідникові прилади»: Підручник. – К.: ІВЦ «Видавництво «Політехніка»», 2003. – 388 с.

8.2 Ю.П. Колонтаєвський, А.Г. Сосков, “Промислова електроніка та

мікросхемотехніка: теорія і практикум.».- К.: «Каравела», 2004. – 368 с.

8.3 В.Ю. Лавриненко, «Справочник по полупроводниковым приборам. 10-е изд., перераб. И доп. – К.: Техника, 1984. – 424 с.

8.4 Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник. За ред.. В.І. Мілих. – К.: Каравела, 2007. – 688 с.

8.5 Конспект лекцій.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Тема: Дослідження польового транзистора

1 Мета роботи: Вивчення особливостей роботи польового транзистора з керуючим p-n переходом, побудова статичних ВАХ та визначення його основних параметрів.

 

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, програма Electronics Workbench.

3 Схема дослідження:

1 Ом

 

 

5В 10В

 

1кОм

1 кОм

 

 

Рис.1

4 Основні теоретичні положення:

Польовим транзистором - називається трьохелектродний напівпровідниковий прилад, в якому струм створюють основні носії заряду під дією подовжнього електричного поля, а керування величиною струму здійснюється поперечним електричним полем, що утворюється напругою, прикладеною до керуючого електроду. Тобто польові транзистори керуються електричним полем.

Елементи польових транзисторів:

Виток (В) – електрод, від якого починається рух носіїв заряду.

Стік (С) – електрод, до якого рухаються носії заряду.

Затвор (З) – керуючий електрод.

Канал – ділянка напівпровідника між стоком та витоком, де тече електричний струм.

Принцип дії польових транзисторів базується на зміні поперечного перерізу каналу: І_C = f(S_K)

В польових транзисторах з керуючим p-n переходом (унітронах) площа поперечного перерізу каналу змінюється за рахунок зміни зворотної напруги на p-n- переході затвор – канал.

 

 

Рис.2

Для визначення параметрів польових транзисторів використовують дві сім′ї статичних характеристик:

- стокові (вихідні) І_С = f(U_СВ), при U_ЗВ = const (рис.3);

- стокозатворні (характеристики керування) І_С = f(U_ЗВ), при U_СВ = const (рис.4).

5 Послідовність виконання роботи:

5.1 Опробування схеми.

Для опробування схеми (рис.1) потенціометром R1 встановіть напругу на дільниці «затвор – джерело» приблизно 0,6 В, а потенціометром R2 змініть напругу між стоком та витоком від 0 до + 10 В. Спостерігаючи, як змінюється струм стоку, впевніться у можливості зняття стокової характеристики.

Можливість зняття стокозатворної характеристики перевірте падаючи на стік напругу від 0 до – 10 В. Підтримуючи цю напругу постійною змінюйте напругу між затвором та витоком від 0 до значення напруги, рівної напрузі відсічки, та спостерігайте, як змінюється струм стоку.

 

5.2 Зняття стокових характеристик польового транзистора І_С = f(U_СВ), при U_ЗВ = const.

Перед зняттям характеристик заготуйте таблицю спостережень (табл.1).

Стокові характеристики польового транзистора знімають для 4 – 5 значень напруги U_ЗВ. Величини напруг затвор – виток залежать від типу транзистора та знаходяться у межах від 0 до +10 В. Напругу стоку змінюють у процесі зняття характеристики через (1 – 2) В потенціометром R2.

Таблиця 1

UЗВ 1 = В	UЗВ 2 = В	UЗВ 3 = В	UЗВ 4 = В
UСВ, В	ІСВ, мА	UСВ, В	ІСВ, мА	UСВ, В	ІСВ, мА	UСВ, В	ІСВ, м А

5.3 Зняття стокозатворної характеристики польового транзистора І_С = f(U_ЗВ), при U_СВ = const.

Перед зняттям характеристик заготуйте таблицю спостережень (табл.2).

 

Таблиця 2

UЗВ , В
ІС , мА

 

Стокозатворну характеристику знімають для одного значення напруги стоку, наприклад U_СВ = - 5 В. При цьому змінюють напругу затвору від 0 (при максимальному значенні струму стоку) до напруги відсічки (при якому струм стоку дорівнює 0) через 0,5 В.

5.3 Побудова стокових, стокозатворних характеристик польового транзистора.

За результатами вимірювань (табл.1 і табл.2) побудуйте сімейство стокових (вихідних) характеристик, та стік – затворну (вхідну) характеристику польового транзистора на міліметровому папері. Зразковий приклад цих характеристик приведено на рис.3, 4.

Рис.3 Рис. 4

5.4 Визначення параметрів польового транзистора

5.4.1За стокозатворними характеристиками (рис.4) визначають:

- напругу відсічки U_{ЗB 0};

- крутизну стокозатворної характеристики S = ΔI_С /ΔU_ЗВ = fe/de [mA/В],

при U_СВ =const ;

- вхідний опір R_вх = ΔU_ЗВ / ΔI_З [Ом]; R_вх = de/fe.

5.4.2Для визначення внутрішнього (вихідного) диференційного опору на одній із стокових характеристик (рис. 3) будують характеристичний трикутник Δaвс з якого знаходять

R_і =ΔU_СВ /ΔI_С [Ом], при ΔU_ЗВ =const; R_вих = aс/вс.

5.4.3 За внутрішнім рівнянням польового транзистора визначають коефіцієнт підсилення μ = S·R_i.

Зверніть увагу на узгодження одиниць вимірювання S та R_i.

 

6 Зміст звіту:

6.1 Найменування та мета роботи.

6.2 Схема дослідження.

6.3 Перелік приладів.

6.4 Результати вимірювань (таблиці).

6.5 Стоково - затворна характеристика польового транзистора І_С = f(U_ЗВ), при U_СВ = const (на міліметровому папері).

6.6 Стокові характеристики польового транзистора І_С=f(U_СВ), при U_ЗВ=const (на міліметровому папері).

6.7 Розрахунок основних параметрів польового транзистора: вхідного і вихідного опорів, крутизну характеристики, напругу відсічки, коефіцієнта підсилення.

6.8 Висновки.

7 Контрольні питання:

7.1 Чим керується польовий транзистор?

7.2 Який у ПТ вхідний опір?

7.3 Як поділяються ПТ з ізольованим затвором?

7.4 При якій полярності напруги на затворі МДН – транзистор з каналом р - типу працює в режимі збіднення?

7.5 Яким чином можна змінювати переріз каналу S_К?

 

8 Література:

 

8.1 Васильєва Л.Д., Медеведенко Б.І., Якименко Ю.І. «Напівпровідникові прилади»: Підручник. – К.: ІВЦ «Видавництво «Політехніка»», 2003. – 388 с.

8.2 Ю.П. Колонтаєвський, А.Г. Сосков, “Промислова електроніка та

мікросхемотехніка: теорія і практикум.».- К.: «Каравела», 2004. – 368 с.

8.3 В.Ю. Лавриненко, «Справочник по полупроводниковым приборам. 10-е изд., перераб. И доп. – К.: Техника, 1984. – 424 с.

8.4 Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник. За ред.. В.І. Мілих. – К.: Каравела, 2007. – 688 с.

8.5 Конспект лекцій.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5