Лабораторная работа по физике для вузов

Лабораториялық жұмыс №

Тақырыбы: «Биполяр транзисторда жасалған транзисторлы кілті монтаждау және зерттеу».

Жұмыстың мақсаты: Биполяр транзистордың сипаттамаларын оқып білу, транзисторлы кілті жинақтау және зерттеу.

Қажетті құралдар:

1. Тұрақты тоқ козі

2. Осциллограф 2 сәулелі

3. Универсалды электронды жинақтаушы микроэлементтер блогі

4. Тестр

Жұмыс орындауға қолданылатын сұрақтар:

1. Статистикада транзистрлі кілт деген не?

2. Импульстік сигналдардың негізі параматрлері?

3. Статикада зерттеу деп нені айтады?

4. Транзисторлық кілт деген не және ол қандай формуламен анықталады?

5. RC – элементтерінің сызбасын түсіндір не үшін пайдаланады?

Биполярлық транзистор теориялық мәлімет.

Биполярлық транзистор деп – электр тербелістерін күшейту мен генерация жасауға арналған және үш аймақтан тұратын, Si немесе Ge т.б. пластинасы болып табылатын екі p-п асуы бар жартылай өткізгішті аспапты айтады.

Екі шеткі облыстың әрқашан бірдей текті өткізгіштігі бар, ал ортадағы облыс қарама-қарсы түрдегі өткізгіштігі болады. Шеткі облыстарының электронлвқ өткізгіштігі, ал ортасында кемтік өткізгіштігі бар транзистор п-р-п түрлі транзистор деп атайды ( 1а – сурет), ал (1 – б сурет) ортасының электрондық өткізгіші бар р-п-р түрлі транзисторлар деп атайды. Екі үлгілік транзисторда жүріп жататын физикалық үрдістер өте ұқсас, олардың арасындағы айырмашылықтары мысалы: олардың қоректендіру көздеріне қосылу полярлығы қарама-қарсы және де, р-п-р үлгілі транзисторда кемтіктер, ал п-р-п үлгілі транзисторында электр тогын негізінен электрондар түзеді. Р-п асулар бір-бірінен бөлінген шектес облыстар: эмиттер, база және коллектор деп аталады. Эмиттер – заряд тасушылары п-р-п үлгілік транзисторда электрондар, ал р-п-п үлгілі транзисторда кемтіктерді шығаратын (эмитерлік) облыс болып табылады. Коллектор – заряд тасушылары жинап алатын облыс. База – ортаңғы облыс (аймақ) негіз болады. Транзистор жұмыс істеуі кезінде сол жақтағы р-п асуының тура бағыттағы эмиттер – база кернеуі беріледі. Электр өрісінің әсерінен сол жақтағы облыстан заряд тасушылардың көп бөлігі р-п асуынан басып өтіп енсіз ортаңғы облысқа (базаға) өтеді. Заряд тасушылардың көп бөлігі одан әрі екінші ауысуға қарай қозғала отырып, оған жақындағаннан кейін, кернеу көзі тудыратын электр өрісінің ықпалына түседі. Осы өрістің әсерінен заряд тасушы батарея тізбегіндегі токты өсіріп, оң жақтағы облысқа (коллекторға) тартылып кіреді. Егер кернеуін өсірсек, онда эмиттерден базаға көшкен заряд тасушылардың саны өседі, яғни эмиттер тогы ΔI – ға артады. Бұл жағдайда коллектор тогы ΔI-ға артады. Базаға эмттерден кірген заряд тасушылардың шамалы бөлігі қарама-қарсы полярлықтағы еркін заряд тасушылармен рекомбинацияланады (бейраптанады), олардың азаюын база тогы I құрайтын сыртқы тізбектен келетін жаңа заряд тасушылар толықтырылып отырады. Сөйтіп коллектор тогы Iк= Iэ- Iб эмиттер тогынан шамалы ғана кіші болады. = const болғанда а= ΔIк/ Δiэ қатынасы ток бойынша күшейту коэффициенті деп аталынады а=0,9:0,95.

Аз қуатты биполярлық транзистордың технологиялық құрылысы мен шартты белгісі 2 а,б – суретте көрсетілген.

п-р-р үлгілік және р-п-р үлгілік транзисторда тізбекке үш түрлі схема боцынша қосу мүмкіншілігі бар.

Транзисторда қосу схемасы өзінің қасиеттерімен өзгешеленеді, бірақ та тербелістерді күшейту принципті бәрінде бірдей болады. Мысалы: осы схеманы кірістік кернеу көзі база тізбегінде, ал қоректендіру көзі мен жүктеме кедергісі эмиттер тізбегіне қосылған. Кірістік ток болып, база тогы, ал шығыстық эмиттер тогы болады. Осы схема үшін ток бойынша күшейту коэффициенті:

Кi= ΔIэ/Iб= ΔIэ (ΔIэ- ΔIк)=1/(1-α)*K=0.9:0,95

Тізбектгі токтар мен кернеулер арасындағы тәуелділіктерді транзистордың сипаттамалары деп атайды.

Ортақ эмиттер схемасы бойынша қосылған р-п-р текті транзистордың статикалық сипаттамасы (3 - сурет).

а)кіру б)шығу

Транзистордың кемшілігі: жұмыс істеу тәртібі қоршаған ортаның температурасына тәуелділігі, шығыстық қуатының шамалылығы, артық жүктелуге сезімталдығы, параметрлерінің бытыраңқы болуы мен арасындағы елеулі айырмашылықтарының болуы.

Жұмыстың орындау реті

№1 сұрақ бойынша тапсырма.

Статикада транзистрлу кілттің мына түрін зерттеу.

1.1 Статикада зерттеу дегініміз схеманың кірісіне шамалары әр түрлі кернеу берген кездегі транзистордың күйін анықтау. Аталған кернеулерді белгіштер арқылы аламыз, яғни келесі схемада:

4 б – сурет

Біздің экспериметімізде R1 резисторы өзгермейді, шамасы 1к Омға тең. R2 резисторының шамасын өзгерте отырып «а» нүктесінде шамалары әр түрлі кернеу аламыз. 0-ден + 5 в-қа дейін.

4б- ші суреттегі схеманың R1 = 1 кОм резисторы, аВ-қа жалғанған, бөлігі, лог 1 блокқа орналастырылған. Сонымен 4б – суреттегі схема мына түрде дайындалып былайша көрсетіледі.

4 в – сурет

Осы айтылғандар бойынша стендте мына сұлбаны жинау керек.

Лог 1 ұлғайтқыштар

4 в – ші суреттегі схеманы жинау алдында бірігу таблицасын жазу керек.

1.2 Тестр арқылы 4 суреттегі схеманың дұрыс екендігін және 2-1 мен 2-2 клеткаларының араларындағы қысқаша тұйықталуды тексеру керек. Егер «қ.т.» жоқ болса +5 вольт көзіне қосамыз.

1.3 Тесттер арқылы немесе 5 вольт максимальді дәлдікпен 3-ші суреттегі 7 кеңейткіштегі R- ның орына мына қатар алынады:

n-(Е.б) 8 – нейткіштегі және 10 кенейткіштегі кернеулерді табу керек.

R = R1=100 Ом

R = R = 330 Ом

R = R1+R2=200 Ом

R = R5 = 1кОм

1.4 +5в тоқ көзін қосу керек R=R8=3Ом

1.5 R – ның әр мәні үшін I б – базалық тоқты, I к – коллекторлық тоқты және I э – эмиттерлі тоқты Iэ= Iб+ Iк табу керек. 5 а – ші суреттегі кестені толтыру керек.

Ескерту:

1. Иэб – «эмиттер – база» көрнеуін табу;

2. Икб – «коллектор - база» көрнеуін табу;

3. Икэ – «коллектор - эмиттер» көрнеуін табу.

1.6 Алынған мәліметтерге талдау жасаймыз.

Кіріс кернеуінің аз шамасында базалық тоқ аз, сондықтан 0, транзистор жабық. Транзистордың бұндай күйін аутқу, отсечкой деп атайды. Ал шығыс сипатындағы осы күйге сәйкес келетін ауытқу ауданы, отсечка облысы деп аталады.

Эмиттер мен коллектордың ауысуы қосарланып кері бағытта жүреді, бұл транзистордың ауытқуын сиппатайды. Яғни п-р-п типті транзистордың И эю 0, болатындығын толық Икб0. Дәл айтқанда біздің жағдайда Икб0 болатындығын толық шындығы шығады, егер Изб0 болды. Егер Иэб0 болса Иэб

Кірістегі кернеудің Еб-ң кейбір мәндеріндегі коллектор тоғы өспейді. 16 базалық тоқ өзгергенімен. Транзистордың мұндай жағдайын қанығу, транзистордың осы күйіне сәйкес келетін шығыс сипатындағы ауданды қанығу ауданы деп атайды. Эмиттерлі және коллекторлы ауысу қосатрланып бір бағытта жүреді, яғни п-р-п типті үшін Изб

Қанығу критериясы былай жазылады BIбЕк/Rк В – ортақ эмиттерлі О.Э. базадағы ток күшейткішінің статистикалық коэффициенті.

Транзистордың ауытқу мен қанығу аралығы активті күй деп аталады, ал ауданды осы күйге сәйкес келетін транзистордың шығыс сипатындағы, активті аудан деп аталады п-р-п типті транзистор үшін Иэб 0 эмиттерлі ауысы тура бағытта жүруы активті құнын сиппатайды. Активті күй транзистордың сигналаның күшейту режимінде қолданылады. Мұндай режим радио немесе қанығу күйінде тұрған жұмыс режимын импульсті немесе кілтті режим деп атайды. Осы аталған режим автоматика және есептеу техникасында кеңінен қолданылады.

2 – сұраққа тапсырма

Динамикада транзисторлық кілттің жұмысын қарастыру. Басқарушы импульс амплитудасымен кіріске беріледі. Тоқ пен кернеудегі кіріс және шығыс тізбектеріндегі осы кілттегі уақыт диаграммасын құрайық 5б-ші сурет.

Уақыт моментіне дейін И кер-0, сондықтан Iб=0 Демек транзистор жабық, яғни Ик=Ек, Ir=0 моментінде кірістегі кернеу секірмелі түрде Икір=0 шамаға дейін өседі. Базалы тоқ пайда болады да транзистор ашылады, яғни ол арқылы Iк ұлғаюшы тоқ өседі. Коллектордағы кернеу Ик=Ek-Ir-RkI ұзаяды. T уақыттан кейін t=t3с-қа тен облып қалады транзистор қанығуға өтеді, яғни Икэ кернеуі 0 В-қа тен болып қалады Икэ=Ик=0, ал коллектор тоғы өзінің максимум мәніне жетеді. Т2 – ші уақыт моментінде кірістегі кілт кернеуі секірмелі түрде кемиді. Е-ден 0 В-қа дейін. I1 жоғалады да транзистор жабылады, яғни азаяды. Сондықтан коллектордағы кернеу өседі. T уақыттан кейін t=t3 транзистор толық жабылады, яғни коллектордағы тоқ толық жоғалады, ал коллектордағв кернеу Ик= Ек.

2.1 Динамикадағы транзистордың кілттің қарастыру себебі жұмыс істеуші және оны жоғарлату әдісін анықтауда сигналдардың фронт бойынша және түсу бойынша кірістегі сигналдармен салыстырғанда ұсталу уақыты кілттің жұмыс істеуін сипаттайды. Тоқ кезі ретінде тік бұрышты сигналдың импульсын аламыз.

2.2 Генератордың кірісіне Свн-ға С5=6800пф конденсаторын қосамыз орналысқан.

2.3 Схеманы 4-ші суреттегі жинаған стендті мына схемамен сәйкес келетінде етіп аяқтау керек.

2.4 Тестер арқылы 7 суреттегі жиналған схеманың дұрыстығын тексеру керек және Қ.Т. XS2-1 және XS 2-2 арасындағы жоқ екенің қ.т. жоқ болған кезде 5В тоқ кезіне қосады.

2.5 7-ші кенейткіш бойынша кілттің кірісіндегі осциллограманғы сызып салу керек 8 және 9 бойынша транзистордың максималды дәлдікпен кілттің жұмыс істеуін тексеру керек, яғни жабық күйден ашық күйге еткендегі және керісінше кеткен уақытты. Алынған осмиллограммалар жабық және жабық күйде болады 2-жабық күйден ашық күйге өту.

2.6 Тоқ көзіне қосу керек.

Кілттің жұмыс істеуінде айтылатын транзистордың қанығудан ауыртқу күйіне өткен кездегі аяқталу уақытын белгілейміз.

Егер сигналдың кешігу уақытын фронт бойынша және түсу анализ десек транзистордың базадағы идеал жағдайда уақытпен мынадай өзгеріс болатындағы көз жеткіземіз.

Транзистордың жабық күйінен қаныққан күйіне өтуін тездету процессі үшін барынша қанығұшы базалы тоқ көп керек. Терең, қаныққан үшін режимді ескермеу.

Коллекторлы кернеуді мәніне жеткеннен кейін, базалы ток қажет болады, транзистордың қанығу граның қамтамасыз ететін ашық күйден жабық күйге көшу уақытын азайту үшін барынша кері бағыттағы ток қажет болады. 1 және 2 ұзақтығы базалы токтын, транзистордың жабық күйін қанықтаруға жақын режимге базалы тоқ импульсінің теңдеуін р-п тізбегін қарастыру арқылы алуға болады.

2.7 1-ші суреттегі схеманы 7-ші суреттегі схеманы негізінде жиналған мына түрде модифицирлеу керек.

Яғни қарастырып отырған 7 – суреттегі схемада R10 резисторына параллеь 7 және 8 кенейткіштер арасына сиымдылығы конденсаторы қосу, ал транзистордың базасына R8=3 кОм резисторын қосу бір шағысын 9 кенейткішімен 2-шісін –лог мен 2.8.2.4.2.5.2.6-ды орындап кейіннен 2.9-ға өту керек.

2.9 Конденсаторы С-және R8 резисторлы құрылғыларының жұмыс істеуі кілтінін кенет жоғарлады. Нені атап өтуге болады? Уақыт кілттің жабық күйінен ашық күйіне өтуімен байланысты, бірақ жабық күйіне өтуде. Кілттің жабық күйіне және қанығуға жақын күйіне өту процессін тездету, зарядталған С2 конденсаторларын да басында аз өту кедергісі болады да және транзистор қанығу күйіне тез өтеді. Жеткілікті аз тұрақты кешуге уақытында, уақыт арқылы конденсатор. Ал базалы тоқ транзисторды гранында ұстау үшін жеткілікті шамасына дейін кемиді. Кіріс кернеунің кемуінен конденсатор, зарядтала бастайды, транзистордың жабылуының және базадағы сорғышқа тоқты қамтамасыз ете отырып.

2.10 Транзистордың 8 және 9 кеңейткіштегі базадағы кернеудің осциллограммасына көңіл бөлейік, Сигналдарының теріс мәніне қарап R8. R8- ді сиымдылығының уақыт разрядының тұрақтысы прием бөлігінің байланыстыруға болады. Неғұрлым аз болса, соғурлым тез өте алады, кілттің жұмыс істеуі жоғарлайды, кемуінің бір жолы кедергінің шамасын кемітуге біздің жағдайда кеміте отырып, біз транзисторлар ашылар кезінде базадағы потенциалдарды кемітеміз. Бұл транзистордың қанығу күйіне кірмеуіне әкеліп соғады. Айтқанымызға көз жеткіземіз. Транзистор не кірмейді қанығуға не егер кіретін болса қанығудан шығады кілттің кірісіндегі импульстің соңғы әсерін дейін. Әрине, мұндай жол қолданылмайды. Есебімізде 7-ші суреттегі схемада көрсетілген модификация арқылы шешуге тырысамыз.

Мұндай модификацияны қолдану үшін стендте импульсты диодты Д 6-Д 10 қолдануға, катодты 9 кеңейткішке жалғанатын ал анодты – лог: «0»-ге тоқ көзіне қосамыз.

2.11 Транзистордың базасындағы 3 және 9 кеңейткіштер импульстарды көреміз. Теріс импулсьтардың азайғанын және С2 сиымдылығы тұрақты уақыт разрядты көп көмегінің байқауға болады. Қалай түсінеміз?

Берілген жағдайда R разр = R8 II Rgo. Яғни R разр кедергісі сиымдылықтар анықтайтын шамасы жағынан R8. Резиторымен ашық диодты параллель жалғаған кедергілерге тең.

=Rgo -

Диодтың база және эмиттер араларындағы диодтың басқаша ерекшіліктері бар. Ол диод транзистордың эмиттерінің ауытқуының бүлінуше жол бермейді.

2.12 Тоқ көзіне өтіп стендтегі, ажырау қажет.

Бақылау сұрақтары:

1. Электрлік импульстік сигнал деген не?

2. Импульстік сигналдардың негізгі параметрлері?

3. Толықтық коэффициент деп нені айтады?

4. Транзисторлық кілт деген не және ол қандай формуламен анықталады?

5. RC – элементтерінің сызбасын түсіндір не үшін пайдаланады?

6. Транзистордың жабық күйінен қаныққан күйіне өтуі қалай?

7. Конденсаторы С және R8 резисторлы құрылғыларының жұмыс істеуі қалай?

8. Кілттің жұмыс істеуінде айтылатын транзистордың қанығудан ауыртқу күйіне өтуі қалай?

9. Диодтың база және эмиттер араларындағы диодтың басқаша ерекшіліктері бар?

10. Динамикада транзисторлық кілттін жұмысы қалай?