Основы электроники Цель работы: получение…

Основы электроники

Цель работы: получение экспериментальной вольтамперной характеристики (ВАХ) выпрямительного полупроводникового диода и определение по ней основных параметров диода, составление его эквивалентной схемы.
1. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1.
Рис. 1 – Схема измерения ВАХ диода
Переключатель S1.1 в левом положении подключает к диоду источник прямого напряжения, а в правом положении подключает к диоду источник обратного напряжения. Переключатель S1.2 подключает вольтметр V1 непосредственно к диоду при измерении малых прямых напряжений для исключения погрешности за счёт падения напряжения на амперметре А1. При измерении малых обратных токов диода этот переключатель подключает амперметр А1 непосредственно к диоду для исключения погрешности за счёт утечки тока через вольтметр V1.
Резистор R1 в схеме предназначен для ограничения обратного тока диода при высоких обратных напряжениях.
2. Измерим напряжения и токи диода для прямой ветви его ВАХ. Ре-зультаты измерения представлены в табл. 1.
3. Измерим напряжения и токи диода для обратной ветви его ВАХ.
Режим пробоя проявляется при UBR = 100 B. Ток возрастает до десятков миллиампер. Измерения проведём в диапазоне от 0 до 90 В. Результаты измерения представлены в табл. 2.
Табл. 2 – Обратная ветвь ВАХ полупроводникового диода
5. Определить основные параметры диода.
Дифференциальное прямое сопротивление rТ и дифференциальное об-ратное сопротивление rR диода определяются углами наклона и могут быть вычислены по выражениям:
rТ = ΔUF / ΔIF = (0,9-0,5)/(448-70) = 1,06 мОм.
rR = UR / IR = 90/100,5·10-6 = 895 кОм.
Пороговое напряжению диода равно
UТО = 0,45 В.
Напряжение пробоя диода равно
UBR = 100 В.
Эквивалентная схема диода представлена на рис. 4.
Идеальные вентили VDF ,VDR и VDBR в этой схеме обладают нулевым сопротивлением при прямом включении и бесконечно большим при обрат-ном включении.
Идеальные ЭДС на эквивалентной схеме равны соответственно поро-говому напряжению и напряжению пробоя диода. Такая эквивалентная схема позволяет существенно упростить анализ цепей при наличии выпрямительных диодов, сохраняя приемлемую точность расчётов.
Выводы: результаты моделирования и расчётов согласуются с теорией – диод обладает односторонней проводимостью, с учётом соответствующих сопротивлений, порогового напряжения и напряжение пробоя.
Вопросы к лабораторной работе № 1
1. Каков принцип работы полупроводникового диода?
Полупроводниковые диоды состоят из двух различных типов полупроводников, обычно кремния или германия, соединённых вместе.
Когда на полупроводниковый диод подаётся напряжение в прямом направлении, свободные электроны из n-типа и дырки из p-типа перемеща-ются к переходу и рекомбинируют друг с другом. Это создаёт электрический ток, который может проходить через диод.
Когда на полупроводниковый диод подаётся напряжение в обратном направлении, электроны из p-типа и дырки из n-типа отталкиваются друг от друга и не могут перемещаться через переход. Это создаёт высокое сопро-тивление и практически отсутствие электрического тока.
2. Какими уравнениями описываются прямая и обратная ветви ВАХ электронно-дырочного перехода?
ВАХ электронно-дырочного перехода описывается уравнением:
где I– ток через переход при напряжении U;
IS – ток насыщения, создаваемый неосновными носителями заряда. IS называется также тепловым током, так как концентрация неосновных носи-телей зависит от температуры;
φт – температурный потенциал перехода, примерно равный при ком-натной температуре 0,025 В = 25 мВ.
3. Что обозначает каждый из параметров диода в этой работе?
VDF ,VDR и VDBR — идеальные вентили, обладающие нулевым сопро-тивлением при прямом включении и бесконечно большим при обратном включении.
rТ – дифференциальное прямое сопротивление диода.
rR – дифференциальное обратное сопротивление диода.
UTO – пороговое напряжение диода.
UBR – напряжение пробоя диода.
4. Чем отличается ВАХ идеального электронно-дырочного перехода от ВАХ реального диода?
ВАХ идеального электронно-дырочного перехода и ВАХ реального диода отличаются рядом факторов:
– в идеальном диоде нет собственного сопротивления p и n слоёв. По-этому при прямом напряжении в реальном диоде ток меньше (ВАХ идёт правее идеального).
– при обратном напряжении ток реального диода увеличивается при возрастании напряжения, а в идеальном диоде он равен константе — току неосновных носителей.
– в идеальном диоде нет участка пробоя — можно прикладывать сколь угодно высокое обратное напряжение.
5. Объясните структуру и назначение эквивалентной линейной схемы диода.
Эквивалентная линейная схема диода
Идеальные вентили VDF ,VDR и VDBR в этой схеме обладают нулевым сопротивлением при прямом включении и бесконечно большим при обрат-ном включении. Дифференциальное прямое сопротивление rТ и дифференциальное обратное сопротивление rR диода.
Идеальные ЭДС на эквивалентной схеме равны соответственно поро-говому напряжению (UTO) и напряжению пробоя диода (UBR).
Такая эквивалентная схема позволяет существенно упростить анализ цепей при наличии выпрямительных диодов, сохраняя приемлемую точность расчётов.
Цель работы: получение экспериментальных вольтамперных характеристик (ВАХ) биполярного транзистора и определение его h-параметров при включении его по схеме с общим эмиттером (ОЭ).
1. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1.
Амперметр А1 измеряет ток базы IБ, вольтметр V1 измеряет напряжение база-эмиттер UБЭ, вольтметр V2 измеряет напряжение UКЭ, а амперметр A2 – ток коллектора IК транзистора.
2. Измерим напряжения и токи входной ВАХ транзистора при фиксированном значении UКЭ = 5 В. Результаты представлены в табл. 1.
Табл. 1 – Входная ВАХ транзистора в схеме с ОЭ при UКЭ = 5 В.
3. Измерим напряжения и токи выходных ВАХ транзистора при различных фиксированных токах базы. Результаты представлены в табл. 2.
Табл.2 – Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме с ОЭ.
4. Сформируем таблицу результатов измерения характеристики передачи тока транзистора для фиксированного значения UКЭ = 5 В. Результаты представлены в табл. 3.
Табл.3 – Характеристика передачи тока в схеме с ОЭ при UКЭ = 5 В.
5. Сформируем таблицу результатов измерения характеристики передачи транзистора IК(UБЭ ) для фиксированного значения UКЭ = 5 В. Результаты представлены в табл. 4.
Табл.4 – Характеристика передачи в схеме с ОЭ при UКЭ = 5 В.
6. По значениям табл. 1–4 построим характеристики транзистора и их семейства.
7. По характеристикам транзистора определить его h-параметры для заданного режима работы: IБ = 600 мкА, UКЭ = 5 В.
В схеме с ОЭ входным током является ток базы IБ, входным напряжением – напряжение база-эмиттер UБЭ, выходным током – ток коллектора IК, выходным напряжением – напряжение коллектор-эмиттер UКЭ. Система уравнений для этой схемы имеет вид:
ΔUБЭ = h11Э ΔIБ + h12Э ΔUКЭ,
ΔIК = h21Э ΔIБ + h22Э ΔUКЭ.
где ΔI и ΔU – приращения соответствующих токов и напряжений,
h11Э = ΔUБЭ /ΔIБ – входное сопротивление в режиме КЗ на выходе для переменного тока;
h12Э = ΔUБЭ /ΔUКЭ – коэффициент обратной связи по напряжению в режиме ХХ на входе для переменного тока;
h21Э = ΔIК /ΔIБ – коэффициент передачи тока в режиме КЗ на выходе для переменного тока;
h22Э = ΔIК /ΔUКЭ – выходная проводимость в режиме ХХ на входе для переменного тока.
Тогда
h11Э = ΔUБЭ /ΔIБ = (785-755)·10-3/(800-400)·10-6 = 75 Ом,
h21Э = ΔIК /ΔIБ = (58,6-31,0)·10-3/(800-400)·10-6 = 69,
h22Э = ΔIК /ΔUКЭ = (45,2-44,3)·10-3/(5-3) = 0,45 мСм,
h12Э = ΔUБЭ /ΔUКЭ = (785-755)·10-3/(5-3) = 15·10-3.
8. Выводы: измерены ВАХ биполярного транзистора и определены его h-параметров при включении его по схеме с ОЭ. Получение характеристики соответствуют типовым значениям.
Вопросы к лабораторной работе № 4.
1. Как устроен биполярный транзистор, какие существуют схемы его включения в электрическую цепь?
Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E), базы ( «Б», англ. B) и коллектора ( «К», англ. C). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n -полупроводник, база — p -полупроводник, коллектор — n -полупроводник) и p-n-p транзисторы.
На практике применяют три основных схемы включения транзисторов:
— с общим эмиттером (ОЭ);
— с общей базой (ОБ);
— с общим коллектором.
Тип схемы включения определяется по выводу (электроду) транзистора, который является общим для входной и выходной цепей по переменному току.
2. Как происходит в транзисторе процесс усиления мощности электрических колебаний?
Процесс усиления мощности электрических колебаний в транзисторе происходит следующим образом: 1
1. На базу транзистора подаётся малый ток.
2. Когда этого тока становится достаточно, открывается переход коллектор-эмиттер.
3. Если на базе переменный сигнал с переменными напряжением и током, то транзистор будет то открываться, то закрываться, и сигнал будет как бы усиливаться.
4. На самом деле через переход эмиттер-коллектор сигнал от источника питания то подаётся, то нет.
5. По мощности сигнал усиливается в результате того, что он усиливается по напряжению (или по току, в зависимости от схемы включения).
Таким образом, транзистор не сам усиливает слабый сигнал, а управляет при его помощи током мощного источника.
3. Почему толщина базы транзистора не должна превышать определённого значения? Какого?
Толщина базы транзистора не должна превышать определённого значения, потому что это необходимо для повышения частотных параметров (быстродействия).
Толщину базового слоя делают меньше, так как этим определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. В результате почти все электроны, пройдя базу, достигают коллектора, и только малая доля электронов рекомбинирует в базе с дырками.
Однако при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса. Обычно она не превышает нескольких микрон.
При этом нельзя сделать базу транзистора сколь угодно тонкой, чтобы избежать пробоя, когда зоны истощения переходов эмиттер-база и база-коллектор соприкасаются, что приводит к прекращению работы транзистора.
4. Почему схема включения транзистора с ОЭ является наиболее распространённой?
Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ) является наиболее распространённой, поскольку позволяет усилить как ток, так и напряжение, то есть получить максимальное усиление мощности. Эта дополнительная мощность у усиленного сигнала берётся от источника питания (Eпит).
5. Теоретически обоснуйте формы характеристик транзистора.
Входная характеристика представляет собой зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при определённом значении напряжения коллектор-эмиттер. Общий характер входных характеристик определяется свойствами эмиттерного перехода, смещённого в прямом направлении, поэтому внешне они похожи на прямые ветви ВАХ p-n-перехода. При увеличении напряжения коллектор-эмиттер ветвь входной характеристики смещается вправо.
Выходная характеристика — это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы. При небольших значениях напряжения коллектор-эмиттер коллекторный ток увеличивается очень быстро, а при дальнейшем увеличении напряжения – изменение тока очень мало и фактически не зависит от напряжения коллектор-эмиттер (зато пропорционально току базы). Эти участки соответствуют разным режимам работы транзистора.
6. Как определить физический смысл h-параметров транзистора?
Физический смысл h–параметров следующий:
h11– входное сопротивление в режиме короткого замыкания для переменной составляющей тока по выходу
h21– коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода во входной цепи
h12– коэффициент передачи (усиления) тока в режиме короткого замыкания по выходу
h22– выходная проводимость в режиме холостого хода во входной цепи

Также у нас Вы можете заказать диплом недорого заказать дипломную работу цена написание дипломных работ на заказ написать диплом на заказ стоимость купить готовую дипломную купить диплом вкр купить готовый диплом где купить дипломную работу написание диплома на заказ цена сколько стоит вкр на заказ заказать вкр срочно
заказать вкр недорого вкр купить цены где заказать вкр вкр на заказ диссертация купить диссертацию купить кандидатскую диссертацию купить магистерскую диссертацию купить практическую работу помощь студентам сессия под ключ сессия под ключ дистанционно сессия под ключ тусур заказать дипломную работу где заказать дипломную работу купить курсовую работу купить готовую курсовую работу купить курсовую работу недорого заказать курсовую работу заказать курсовую работу недорого

Анна

Исследования ученых о взаимосвязи ума и красоты говорят о том, что умные люди – красивые!

Задать вопрос

Представленная информация была полезной?

ДА

86.75%

НЕТ

13.25%

Проголосовало: 249

или напишите нам прямо сейчас:

⚠️ Пожалуйста, пишите в MAX или заполните форму выше.

В России Telegram и WhatsApp блокируют - сообщения могут не дойти.

Написать в MAXНаписать в TelegramНаписать в WhatsApp

Отзывы наших клиентов

1 2 ... 12 ►