Лабораторна робота №3

Мета роботи: дослідження властивостей та характеристик ключів на біполярних транзисторах.

3.1Короткі теоретичні відомості

Найбільш простий та розповсюджений ключ на біполярному транзисторі зображено на Рисунок 5. Для його нормальної роботи, як і для будь-якого ключа з насиченням, потрібно забезпечити умови існування двох стійких станів та можливості здійснення переходів між ними:

- режим відсічки – високий рівень напруги на виході, при низькому рівні на вході;

- режим насичення – низький рівень напруги на виході, при високому рівні на вході.

Рисунок 5 – Схема ключа на біполярному транзисторі та епюри його напруг

Для забезпечення цих станів необхідно дотримуватися наступних умов:

та ,

де: – напруга на вході ключа, що відповідає рівню логічної одиниці (у випадку, коли "1" відповідає високий рівень напруги);

15

– напруга на вході ключа, що відповідає рівню логічного нуля (у випадку, коли "0" відповідає низький рівень напруги);

– напруга база – емітер у режимі насичення;

– потрібний тік колектора у режимі насичення (визначається з та мінімального еквівалентного опору наступних кіл);

– коефіцієнт насичення транзистору (для гарантованого режиму насичення), як правило, дорівнює 1,3…3;

– мінімальний коефіцієнт передачі по току у схемі зі спільним емітером;

– зворотній тепловий тік колектора.

Побудова ключів по наведеній вище схемі можлива лише у випадку, коли до них не висуваються вимоги щодо високої швидкості перемикання. Для підвищення швидкодії застосовуються різноманітні схеми (Рисунок 6). Зокрема: ємність, підключена паралельно до частини опору у ланцюгу бази, застосування транзисторних ключів з діодом Шоткі, котрий утримує транзистор на межі режиму насичення та активного режиму, не допускаючи накопичення надлишкового заряду у базі, тощо.

Рисунок 6 – Схеми, що дозволяють збільшити швидкодію ключа на біполярному транзисторі

3.2Виконання роботи

Схема експериментальних досліджень наведена на Рисунок 7.

16

Рисунок 7 – Схема експериментів

Виконання роботи доцільно розбити на два етапи: моделювання за допомогою програми Electronics Workbench та експериментальне вивчення ключа на біполярному транзисторі.

Перший етап:

3.2.1На робочому столі Electronics Workbench зберіть схему для дослідження біполярного ключа (Рисунок 8) при , , , , , , опір навантаження , що приєднується до виходу ключа, оберіть згідно з варіантом (Таблиця 4).

Рисунок 8 – Схема, що моделюється

17

Таблиця 4 – Варіанти завдань

Кнопка з групи S3, яку треба натиснути	S2.1	S2.2	S2.3	S2.4	S2.5	S2.6
Номер варіанту	1	2	3	4	5	6
, кОм	20	40	60	80	100	120

3.2.2За допомогою EWB моделюйте біполярний ключ за натиснутого перемикача S4.3. Замалюйте осцилограми вхідної та вихідної напруги. При цьому зверніть увагу на зміщення імпульсної послідовності відносно нульової відмітки. Виміряйте при та . Зробіть висновки про режими роботи транзистора.

3.2.3За допомогою EWB моделюйте біполярний ключ за не натиснутого перемикача S4.3. Замалюйте осцилограми вхідної і вихідної напруги. При цьому зверніть увагу на зміщення імпульсної послідовності відносно нульової відмітки. Виміряйте при та . Зробіть висновки про режими роботи транзистора.

Другий етап:

3.2.4Виставте на стенді для випробувань наступне положення перемикачів: S4.3, S1.3 … S1.6, S3.6, S4.1, S4.3 – натиснути; перемикачі S2 – у відповідності до номера підгрупи, згідно з Таблиця 4; решта перемикачів не натиснути.

3.2.5Підключить диференціальні входи каналів осцилографа до точок, згідно з Рисунок 7. Перевірте заземлення стенда та вимірювальних приладів.

3.2.6Увімкніть живлення стенду та вимірювальних приладів.

3.2.7Замалюйте осцилограми напруги на виході; вимикаючи послідовно перемикачі S1.5 і S1.6, зніміть осцилограми вхідної напруги і напруги база-емітер. При цьому зверніть увагу на зміщення сигналу відносно нульової відмітки.

3.2.8Відтисніть перемикач S4.3, при цьому у стенді опір колекторного резистору зменшиться. Повторіть виконання пункту 3.2.7.

3.3

18

Результати роботи

Звіт по виконаній роботі повинен включати в себе: титульна сторінка з назвою роботи; мета роботи; схема ключа, що досліджується; осцилограми по пунктах 3.2.2, 3.2.3; результати розрахунків та висновки про режими роботи транзисторів; осцилограми по пунктах 3.2.7 та 3.2.8; висновки про відповідність експериментальних та отриманих у результаті моделювання осцилограм.

3.4Контрольні запитання

3.4.1Які бувають режими роботи біполярних транзисторів?

3.4.2Ознаки і характеристики режиму відсічки.

3.4.3Ознаки і характеристики режиму насичення.

3.4.4Як забезпечити режим відсічки у ключах на біполярних транзисторах?

3.4.5Як забезпечити насичення у ключах на біполярних транзисторах?

3.4.6Які є статичні характеристики ключа на біполярному транзисторі?

3.4.7Які є динамічні характеристики ключа на біполярному транзисторі?

3.4.8У чому полягають причини зниження швидкодії ключів на біполярних транзисторах?

3.4.9Які засоби підвищення швидкодії ключів на біполярних транзисторах можливо використовувати?

4

19

Логічні елементи