Опис схеми дослідження випрямляча

Рис.1.8.Схема дослідження випрямляча.

 

На схемі резистор 1 кОм; конденсатор електролітичний 220 мкФ, 16 V; блок діодів КЦ405Б; тумблер; прилад Ц43101; прилад Ц43342; прилад Ф4372.

 

В роботі досліджується двопівперіодна мостова схема випрямляння, зібрана на основі випрямляючого блоку діодів . Випрямляч працює без трансформатора, змінна напруга подається з блока живлення комплекту. Навантаженням випрямляча служить резистор . Зміна навантаження здійснюється паралельним під’єднанням резисторів. Конденсатор згладжує пульсації випрямленого струму. Конденсатр вмикається у схему при включенні вимикача .

 

Порядок виконання роботи

 

1. На монтажній панелі з елементів набору і вимірювальних приладів складіть схему дослідження випрямляча згідно з рис.1.8. Зверніть увагу на полярність конденсатора . Вхід схеми з’єднайте з гніздами»8V блока живлення комплекту.

2. Приєднайте осцилограф до вхідних гнізд випрямляча. Ручками керування осцилографа добийтеся стійкого зображення змінної напруги на екрані осцилографа. Зарисуйте осцилограму напруги разом з великими клітинками масштабної сітки та вкажіть чутливість каналу вертикального підсилення і тривалість розгортки.

Від’єднайте вхід осцилографа від входу схеми і приєднайте його паралельно до резистора , слідкуючи щоб “холодний” кінець кабеля осцилографа був з’єднаний з загальним провідником. Прослідкуйте, щоб вимикач був розімкнутий. Не змінюючи установок осцилографа, зніміть і зарисуйте осцилограму випрямленої напруги без згладжуючого конденсатора.

Тумблером ввімкніть у схему згладжуючий конденсатор . За допомогою осцилографа прослідкуйте за зміною величини пульсацій при включенні фільтра. Зарисуйте осцилограму випрямленої напруги при наявності згладжуючого фільтра. Це повторить при ввімкненні .

3. Для знімання зовнішньої характеристики випрямляча паралельно до навантаження підключіть вхід мультиметра, слідкуючи щоб гніздо “*” було з’єднане з загальним провідником. Величину резистора змінюйте ступінчато, приєднуючи додаткові резистори з номінальним значенням опору 1кОм, 1.5кОм та 3.3 кОм паралельно до . Постійну складову випрямленої напруги вимірюйте мультиметром у режимі вольтметра постійного струму, а величину струму приладом . Дані занесіть до табл 1.1.

 

Таблиця 1.1.

 

За даними таблиці побудуйте навантажувальну характеристику випрямляча.

4. Для визначення коефіцієнта пульсацій випрямляча відключіть конденсатор і за допомогою мультиметра віміряйте постійну складову випрямленої напруги . Переключіть мультиметр для вимірювання змінної напруги і виміряйте діюче значення напруги пульсацій

. Коефіцієнт пульсацій розрахуйте за формулою . Приєднайте конденсатор і повторіть вимірювання ; . Визначте коефіцієнт пульсацій випрямляча з фільтром . Знайдіть коефіцієнт згладжування за формулою . Повторіть дослідпри вмиканні .

 

1.6.Контрольні запитання

 

1. Який механізм винекнення p-n - переходу?

2. Які властивості p-n - переходу?

3. Яке призначення і структура випрямлячів?

4. Які основні схеми випрямлення?

5. Які вимоги до діодів, що використовуються у випрямлячах?

6. Поясніть роботу мостової схеми випрямлення.

7. Поясніть необхідність згладжуючих фільтрів у схемах випрямлячів.

Робота 2. Дослідження біполярного транзистора

 

Мета роботи

 

Експериментальним шляхом зняти статичні вольт-амперні характеристики біполярного транзистора, ввімкненого з загальним емітером; визначити за цими характеристиками його h - параметри та освоїти методику вимірювання параметрів транзисторів за допомогою тестера.

 

Теоретичні відомості

 

Біполярним транзистором називають напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими p-n переходами і трьома виводами, призначений для підсилення, генерування і комутації електричних сигналів.

Основою транзистора є кристалічна пластинка германію чи кремнію, в якій за допомогою відповідних домішок утворюють три області з різним типом домішкової провідності. Транзистори, в котрих крайні області мають діркову провідність, а середня електронну - називають транзисторами p-n-p типу. В транзисторах n-p-n типу крайні області мають електронну провідність, а середня -діркову (рис.2.1). Крайні області називають емітером (Е) і колектором (К), а середню -базою (Б).

 

 

Рис.2.1. Структура і типи транзисторів:

n-p-n типу (а) і p-n-p типу (б).

 

Принцип роботи транзисторів обох типів однаковий, але полярність прикладених напруг протилежна. У назві біполярні відбито той факт, що струм через транзистор визивається рухом носіїв заряду обох знаків - дірок і електронів, на відміну від польових транзисторів, де струм у каналі виникає в результаті руху носіїв лише одного знаку.

Транзистори вмикають в електричні кола таким чином, щоб до переходу емітер-база зовнішня напруга була прикладена у прямому напрямку, а до переходу колектор-база -в зворотному. Коротко розглянемо роботу біполярних транзисторів на прикладі транзистора n-p-n типу (рис.2.2).

Рис.2.2. Схема вмикання транзистора із загальною базою.

 

Так як емітерний перехід зміщений у прямому напрямку, то навіть невелика напруга між емітером і базою визиває перехід основних носіїв, в даному випадку електронів, із емітера в базу. Цей процес називають інжекцією основних носіїв із емітера в базу. В області бази інжектовані носії стають неосновними і в наслідок теплового руху (дифузії) і під дією прискорюючого поля колекторного переходу (дрейфу) досягають колектора, створюючи основний струм колектора . Деяка частина електронів, інжектованих в базу, рекомбінує з дірками бази, спричинюючи появу струму бази . Однак, цей струм невеликий тому, що концентрація дірок в базі низька, а область бази порівняно невелика.

Розглянуте вмикання транзистора називають вмиканням з спільною базою, оскільки вивід бази є спільним для вхідного і вихідного кіл. Отже, при такому вмиканні величиною вихідного колекторного струму транзистора можна керувати, змінюючи величину вхідного емітерного струму. Відношення приростів колекторного струму до емітерного носить назву коефіцієнта передачі за струмом в схемі з спільною базою

.

Величина лежить в межах 0.9 -0.99, тобто при цьому вмиканні транзистора не відбувається підсилення струму, однак відбувається підсилення за напругою і потужністю. При емітерному струмі, рівному нулю, через транзистор протікає незначний початковий струм колектора , зумовлений рухом неосновних носіїв: дірок із колектора в базу та електронів із бази в колектор для транзисторів n-p-n - типу.

Схема вмикання транзистора зі спільною базою характеризується низьким вхідним та великим вихідним опорами і застосовується дуже рідко, зокрема, у підсилювачах напруги, що працюють на високоомне навантаження.

На рис.2.3, а приведено схему вмикання транзистора з спільним колектором. Вона відрізняється великим вхідним та малим вихідним опорами, тому застосовується у вхідних (буферних) каскадах підсилювачів та у вихідних каскадах підсилювачів потужності для узгодження з низькоомним навантаженням. Коефіцієнт підсилення за напругою в цій схемі близький до одиниці.

 

а) б)

 

Рис.2.3. Схеми вмикання транзистора із загальним

колектором (a) та загальним емітером (б).

 

 

Найчастіше використовується вмикання транзисторів із спільним емітером (рис 2.3, б). При цьому вмиканні здійснюється підсилення і за напругою, і за струмом. Відношення приростів колекторного струму до базового називають коефіцієнтом передачі транзистора за струмом у схемі з загальним емітером

.

Основними характеристиками транзистора, ввімкнутого за схемою з загальним емітером, є статична вхідна характеристика при і статична вихідна характеристика при .

Підсилюючі властивості транзисторів оцінюються за їх характеристиками за допомогою системи h- параметрів. Значення h-параметрів знаходять з побудови характеристичних трикутників на статичних вольт-амперних характеристиках транзистора в околі робочої точки.

При дії малих сигналів транзистор розглядають як лінійний активний чотириполюсник (рис.2.4).

 

 

Рис. 2.4. Схема чотириполюсника, еквівалентного транзистору.

 

За допомогою системи h-параметрів легко отримати вирази для приростів вхідної напруги і вихідного струму, як функцій зміни струму бази і колекторної напруги

;

;

З приведених рівнянь легко встановити фізичний зміст h-параметрів. Зокрема, параметр , що визначається відношенням приросту напруги на базі до відповідного приросту струму бази при постійній напрузі на колекторі є вхідним опором транзистора

при .

Параметр називають коефіцієнтом зворотного зв'язку за напругою і він визначається відношенням приросту колекторної напруги до визваного приросту напруги бази при постійному струмі бази

 

при .

Важливим параметром транзистора є його коефіцієнт передачі за струмом , рівний відношенню приросту колекторного струму до відповідного приросту струму бази при постійній напрузі на колекторі

при .

Параметр має зміст вихідної провідності транзистора у схемі з загальним емітером і визначається відношенням приросту колекторного струму до відповідного приросту напруги на колекторі при постійному струмі бази, а саме

 

при .

Параметри i знаходять за вхідними статичними характеристиками транзистора, а і - за вихідними.

Система h- параметрів використовується при побудові схем заміщення транзисторів, необхідних при теоретичному аналізі роботи електронних кіл. Схема заміщення біполярного транзистора приведена на рис.2.5.

 

 

Рис.2.5. Схема заміщення транзистора.

 

Зі схеми ри.2.5. видно, що транзистор можна розглядати, як кероване джерело струму. Величина струму генератора визначається струмом бази, який, в свою чергу, залежить від величини прикладеної напруги і вхідного опору транзистора . Джерело струму зашунтоване резистором, опір якого є оберненим до вихідної провідності транзистора.

 

Програма роботи

 

1.Зібрати схему дослідження характеристик транзистора зі спільним емітером.

2.Зняти сім'ю вхідних статичних характеристик при різних напругах на колекторі транзистора.

3.Зняти сім'ю вихідних статичних характеристик при фіксованих значеннях струму бази.

4. Визначити h-параметри транзистора і порівняти з довідковими даними.

5. Побудувати схему заміщення транзистора.

6. Визначити коефіцієнт передачі за струмом транзистора за допомогою тестера.