УДК 621.382.3.083.8:006.354 Группа Э29

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ТРАНЗИСТОРЫ

Метод измерения обратного тока коллектора-эмиттера

Transistors. Method for measuring collector-emitter reverse current

ГОСТ

18604.5-74*

(СТ СЭВ 3998-83)

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 14 июня 1974 г. № 1478 срок введения установлен

Проверен в 1984 г. Постановлением Госстандарта от 29.01.85 № 184 срок действия продлен

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на биполярные транзисторы всех классов и устанавливает метод измерения обратного тока коллектора-эмиттера (тока в цепи коллектор-эмиттер при заданном обратном напряжении коллектор-эмиттер и коротко-замкнутых выводах эмиттера и базы Ices; при заданном активном сопротивлении, включенном между базой и эмиттером Icer; при заданном обратном напряжении эмиттер-база /ста) свыше 0,01 мкА.

Стандарт соответствует СТ СЭВ 3998-83 в части измерения обратного тока коллектора-эмиттера (справочное приложение);

Общие условия при измерении обратного тока коллектора-эмиттера должны соответствовать требованиям ГОСТ 18604.0-83 .

1. АППАРАТУРА

1.1. Измерительные установки, в которых используются стрелочные приборы, должны обеспечивать измерения с основной погрешностью в пределах ±10% от конечного значения рабочей

Издание официальное ★

Перепечатка воспрещена

Переиздание (декабрь 1985 г.) с Изменениями М 1, 2, утвержденными в сентябре 1980 гапреле 1984 г.

(МУС 7-80, 8-84).

части шкалы, если это значение не менее 0,1 мкА, и в пределах ±15% от конечного значения рабочей чести шкалы, если это значение менее 0,1 мкА.

Для измерительных установок с цифровым отсчетом основная погрешность измерения должна быть в пределах ±5% от измеряемого значения ±1 знак младшего разряда дискретного отсчета.

Для импульсного метода измерения обратного тока коллектора-эмиттера при использовании стрелочных приборов основная погрешность измерения должна быть в пределах ±15% от конечного значения рабе чей части шкалы, если это значение не менее 0,1 мкА, для цифровых приборов - в пределах ±10% от измеряемого значения ±1 знак младшего разряда дискертного отсчета.

2. ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЮ

2.1. Структурная электрическая схема для измерения обратного тока коллектора-эмиттера должна соответствовать указаной на чертеже.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.2. Основные элементы, входящие в схему, должны соответствовать требованиям, указанным ниже.

2.2.1. Падение напряжения на внутреннем сопротивлении измерителя постоянного тока ИП1 не должно превышать 5% от показаний измерителя постоянного напряжения ИП2.

Если падение напряжения на внутреннем сопротивлении измерителя постоянного тока ИП1 превышает 5%, то необходимо увеличить напряжение источника питания Uс на значение, рав-

яое падению напряжения на внутреннем сопротивлении измерителя постоянного тока ИП1.

2.2.2. Пульсация напряжения источника постоянного тока коллектора не должна превышать 2%.

Значения напряжения Uc и напряжения Ube указывают в стандартах или технических условиях на транзисторы конкретных типов и контролируют измерителем постоянного напряжения ИП2.

2.2.3. Значение сопротивления резистора в цепи базы R b должно соответствовать номинальному значению, указанному в стандартах или технических условиях на транзисторы конкретных типов с погрешностью в пределах ±2%.

2.2.2. 2.2.3. (Измененная редакция, Изм. № 2).

2.3. Допускается проводить измерение обратного тока коллектора-эмиттера мощных высоковольтных транзисторов импульсным методом.

Измерение проводят по схеме, указанной в стандарте, при этом источник постоянного тока заменяют генератором импульсов.

2.3 1 Длительность импульса т и должна выбираться из соотношения

где т=/? г -С с;

R r -включенное последовательно с переходом транзистора суммарное сопротивление внешней цепи (в этом числе внутреннее сопротивление генератора импульсов);

С с -емкость коллекторного перехода испытуемого транзистора, значение которой указывают в стандартах или технических условиях на транзисторы конкретных типов.

2.3.2. Скважность импульсов должна быть не менее 10. Длительность фронта импульса генератора Тф должна быть

2.3.3. Значения напряжения и тока измеряют измерителями амплитудных значений.

2.3.4. Параметры импульсов должны быть указаны в стандартах или технических условиях на транзисторы конкретных типов.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.3.5. Температура окружающей среды при измерении должна быть в пределах (25±10) °С.

(Введен дополнительно, Изм. № 2).

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Обратный ток коллектора-эмиттера измеряют следующим образом. От источника постояннго тока на коллектор транзистора

подают напряжение Uс и с помощью измерителя постоянного тока ИП1 измеряют обратный ток коллектора-эмиттера.

Допускается измерять обратный ток коллектора-эмиттера по значению падения напряжения на калибровочном резисторе R K , включенном в цепь измеряемого тока. При этом должно соблюдаться соотношение

Если падение напряжения на резисторе R K превышает 5%, то необходимо увеличить напряжение Uо на значение, равное падению напряжения на резисторе R K .

3.2. Порядок проведения измерения обратного тока коллектора-эмиттера импульсным методом аналогичен указанному в п. 3.1.

3.3. При измерении обратного тока коллектора-эмиттера импульсным методом должно быть исключено влияние выброса напряжения, поэтому измеряют импульсный ток через интервал времени не мене 3 Тф с момента начала импульса.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Справочное

Информационные данные о соответствии ГОСТ 18604.5-74 СТ СЭВ 3998-83 ГОСТ 18604.5-74 соответствует разд. 3 СТ СЭВ 3998-83.

(Введено дополнительно, Изм. № 2).

Для изготовления аппаратуры высокого качеств, измерительных и высокоточных схем, часто требуется подобрать радиоэлементы с одинаковыми или возможно более близкими параметрами. Ниже приведены простые схемы измерения основных параметров часто используемых элементов радиосхем, с помощью которых можно измерить:
- вольт-амперные характеристики диодов, в том числе фото-, свето-, туннельных- и обращенных диодов (в интервале напряжений 0… 4,5 В и токов 1мкА … 0,5 А);
- обратный и прямой токи коллектора и ток базы биполярных транзисторов;
- ток стока, начальный ток стока, напряжение «затвор-исток» и напряжение отсечки полевых транзисторов;
- ток через тиристор в открытом и закрытом состоянии, ток через управляющий переход и напряжение на нем, открывающее тиристор при напряжении на аноде 4,5В;
- межбазовый ток и напряжение на эмиттере однопереходных транзисторов.

В качестве измерительных приборов используются стрелочные или цифровые измерительные приборы (микроамперметр и вольтметр), можно использовать обычный тестер. Элемент питания – батарея напряжением 4,5 В или стабилизированный блок питания с таким напряжением.

На рис.1 показан способ измерения обратного тока коллекторного перехода (Iкбо) транзистора структуры n-p-n. Для транзисторов обратной структуры следует изменить полярность питания и включения микроамперметра. Резистор R1 нужен для ограничения тока при пробитом переходе, чтобы защитить измерительный прибор от больших токов. Эта схема позволяет также проверить обратный ток диода, световые характеристики фотодиода, обратный ток p-n –перехода полевого транзистора и измерить ток утечки конденсатора:

Рис 1. Измерение Iкбо

На рис.2 показана схема измерения тока базы, прямого тока через p-n- переход и напряжения на нем у диодов и тиристоров. Резистором R3 задается требуемый ток базы (грубо) и с помощью R4 – точно. Если в вашем распоряжении есть только один измерительный прибор (тестер), то после установления необходимого тока базы вместо микроамперметра включается его эквивалент (резистор R1, показан пунктиром), а тестер включается в качестве второго прибора – вольтметра. Резистор R2, также как в первой схеме, ограничивает ток через прибор при пробитом переходе измеряемого элемента.

Рис 2. Измерение Iб

На рис.3 дана схема измерения коллекторного тока транзистора. Если необходимо при этом измерить напряжение между коллектором и эмиттером транзистора или анодом и катодом тиристора, то вместо микроамперметра включают эквивалентное сопротивление R2, а измерительный прибор включат согласно схеме как вольтметр.

Рис 3. Измерение Iк

На рис.4 показаны способы измерения характеристик полевых транзисторов. В нижнем по схеме положении движка резистора R1 можно измерить начальный ток стока полевого транзистора или межбазовый ток однопереходного транзистора в закрытом состоянии. Межбазовое сопротивление при необходимости можно вычислить, разделив значение напряжения батареи (4,5 В в данном случае) на измеренное значение межбазового тока. В некотором положении движка R1 ток стока полевого транзистора станет равным нулю (мерить нужно на самом нижнем пределе измерения применяемого тестера или вольтметра!). При этом вольтметр «2» покажет напряжение отсечки транзистора.

Рис 4. Полевые и однопереходные транзисторы

Простой способ проверки работоспособности тиристора

С помощью простой схемы можно проверить работоспособность тиристора на переменном и постоянном токе.

Рис 5. Схема проверки тиристоров

S1 – кнопка на замыкание без фиксации. В качестве диода VD1 можно применить любой выпрямительный диод средней мощности (Д226, КД105, КД202, КД205 и др.). Лампа – от фонарика или любая малогабаритная на напряжение 6 – 9 В. Вместо лампы можно, конечно, включить тестер (в режиме измерения тока до 1 А).

Трансформатор маломощный с напряжением на вторичной обмотке от 5 до 9 В.
Проверка переменным током: S2 установить в положение «1». При каждом нажатии S1 лампа должна загораться, при отпускании гаснуть;
Проверка постоянным током: S2 установить в положение «3». При нажатии S1 лампа загорается и горит при отпускании кнопки. Чтобы ее выключить, то есть «закрыть» тиристор, нужно снять напряжение питания, переключив S2 в положение «2».

Если тиристор неисправен, то лампа будет гореть постоянно либо не будет загораться вообще.

Прибор для проверки параметров биполярных транзисторов может быть и самодельным.

Прежде чем вмонтировать транзистор в то или иное радиотехническое устройство, желательно, а если транзистор уже где-то использовался ранее, то совершенно обязательно, проверить его обратный ток коллектора Iкбо статический коэффициент передачи тока h21Э и постоянство коллекторного тока. Эти важнейшие параметры маломощных биполярных транзисторов структур р-n-р и n-р-n ты можешь проверять с помощью прибора, схема и устройство которого изображены на рис. 121. Для него потребуются: миллиамперметр РА1 на ток 1 мА, батарея GB напряжением 4,5 В, переключатель S1 вида измерений, переключатель S2 изменения полярности включения миллиамперметра и батареи, кнопочный выключатель S3 для включения источника питания, два резистора и три зажима типа «крокодил» для подключения транзисторов к прибору. Для переключателя вида измерений используй двухпозиционный тумблер ТВ2-1, для изменения полярности включения миллиамперметра и батареи питания - движковый переключатель транзисторного приемника «Сокол» (о конструкции и креплении переключателя этого типа я расскажу в следующей беседе).

Рис. 121. Схема и конструкция прибора для проверки маломощных биполярных транзисторов

Кнопочный выключатель может быть любым, например подобным звонковому или в виде замыкающихся пластинок, Батарея питания - 3336Л или составления из трех элементов 332 или 316.

Шкала миллиамперметра должна иметь десять основных делений, соответствующих десятым долям миллиамперметра. При проверке статического коэффициента передачи тока каждое деление шкалы будет оцениваться десятью единицами значения .

Детали прибора смонтируй на панели из изоляционного материала, например гетинакса. Размеры панели зависят от габаритов деталей.

Прибор действует так. Когда переключатель S1 вида измерений установлен в положение , база проверяемого транзистора V оказывается замкнутой на эмиттер. При включении питания нажатием кнопочного выключателя S3 стрелка миллиамперметра покажет значение обратного тока коллектора . Когда же переключатель находится в положении , на базу транзистора через резистор R1 подается напряжение смещения, создающее в цепи базы ток, усиливаемый транзистором. При этом показание миллиамперметра, включенного в коллекторную цепь, умноженное на 100, соответствует примерному значению статического коэффициента передачи тока h21Э данного транзистора. Так, например, если миллиамперметр покажет ток 0,6 мА, коэффициент h21Э данного транзистора будет 60.

Положение контактов переключателя, показанное на рис. 121, а, соответствует включению прибора для проверки транзисторов структуры р-n-р. В этом случае на коллектор и базу транзистора относительно эмиттера подается отрицательное напряжение, миллиамперметр подключен к батарее отрицательным зажимом. Для проверки транзисторов структуру n-р-n подвижные контакты переключателя S2 надо перевести в другое нижнее (по схеме) положение. При этом на коллектор и базу транзистора относительно эмиттера будет подаваться положительное напряжение, изменится и полярность включения миллиамперметра в коллекторную цепь транзистора.

Проверяя коэффициент транзистора, следи внимательно за стрелкой миллиамперметра. Коллекторный ток с течением времени не должен изменяться - «плыть». Транзистор с плавающим током коллектора не годен для работы.

Учти: во время проверки транзистора его нельзя держать рукой, так как от тепла руки ток коллектора может измениться.

Какова роль резистора R2, включенного последовательно в коллекторную цепь проверяемого транзистора? Он ограничивает ток в этой цепи на случай, если коллекторный переход транзистора окажется пробитым и через него пойдет недопустимый для миллиамперметра ток.

Максимальный обратный ток коллектора Iкбо для маломощных низкочастотных транзисторов может достигать 20-25, но не больше 30 мкА. В нашем приборе это будет соответствовать очень малому отклонению стрелки миллиамперметра - примерно третьей части первого деления шкалы. У хороших маломощных высокочастотных транзисторов ток Iкбо значительно меньше - не более нескольких микроампер, прибор на него почти не реагирует. Транзисторы, у которых Iкбо превышает в несколько раз допустимый, считай непригодными для работы - они могут подвести.

Прибор с миллиамперметром на 1 мА позволяет измерять статический коэффициент передачи тока h21Э до 100, т.е. наиболее распространенных транзисторов. Прибор с миллиамперметром на ток 5-10 мА расширит соответственно в 5 или 10 раз пределы измерений коэффициента h21Э. Но прибор станет почти нечувствительным к малым значениям обратного тока коллектора.

У тебя, вероятно, возник вопрос: нельзя ли в качестве миллиамперметра - прибора для проверки параметров транзисторов - использовать микроамперметр описанного ранее комбинированного измерительного прибора?

Рис. 122. Схема измерения параметров и S полевого транзистора

Ответ однозначный: можно. Для этого миллиамперметр комбинированного прибора надо установить на предел измерения до 1 мА и подключать его к приставке для проверки транзисторов вместо миллиамперметра РА1.

А как измерить основные параметры полевого транзистора? Для этого нет надобности конструировать специальный прибор, тем более, что в твоей практике полевые транзисторы будут использоваться не так часто, как маломощные биполярные.

Для тебя наибольшее практическое значение имеют два параметра полевого транзистора: - ток стока при нулевом напряжении на затворе и S - крутизна характеристики. Измерить эти параметры можно по схеме, приведенной на рис. 122. Для этого потребуются: миллиамперметр РА1 (используй комбинированный прибор, включенный на измерение постоянного тока), батарея GB1 напряжением 9 В («Крона» или составленная из двух батарей 3336Л) и элемент G2 (332 или 316).

Делай это так. Сначала вывод затвора проверяемого транзистора соедини с выводом истока. При этом миллиамперметр покажет значение первого параметра транзистора - начальный ток стока . Запиши его значение. Затем разъедини выводы затвора и истока (на рис. 122 показано крестом) и подключи к ним элемент G2 плюсовым полюсом к затвору (на схеме показано штриховыми линиями). Миллиамперметр зафиксирует меньший ток, чем Iс нач. Если теперь разность двух показаний миллиамперметра разделить на напряжение элемента G2, получившийся результат будет соответствовать численному значению параметра S проверяемого транзистора.

Для измерения таких же параметров полевых транзисторов с р-n переходом и каналом типа полярность включения миллиамперметра, батареи и элемента надо поменять на обратную.

Измерительные пробники и приборы, о которых я рассказал в этой беседе, поначалу тебя вполне устроят. Но позже, когда настанет время конструирования и налаживания радиоаппаратуры повышенной сложности, например супергетеродинных приемников, аппаратуры телеуправления моделями, потребуются еще измерители емкости конденсаторов, индуктивности катушек, вольтметр с повышенным относительным входным сопротивлением, генератор колебаний звуковой частоты. Об этих приборах, которые пополнят твою измерительную лабораторию, я расскажу позже.

Но, разумеется, самодельные приборы не исключают приобретение промышленных. И если такая возможность у тебя появится, то в первую очередь купи авометр - комбинированный прибор, позволяющий измерять постоянные и переменные напряжения и токи, сопротивления резисторов, обмоток катушек и трансформаторов и даже проверять основные параметры транзисторов. Такой прибор при бережном обращении с ним многие годы будет тебе верным помощником в радиотехническом конструировании.

Статье мы с вами разобрали такой важный параметр транзистора, как коэффициент бета (β) . Но есть в транзисторе еще один интересный параметр. Сам по себе он ничтожный, но делов может наделать ого-го! Это все равно что галька, которая попала в кроссовок легкоатлету: вроде бы маленькая, а причиняет неудобство при беге. Так чем же мешает эта самая “галька” транзистору? Давайте разберемся…

Прямое и обратное включение PN-перехода

Как мы помним, транзистор состоит из трех полупроводников. , который у нас база-эмиттер называется эмиттерным переходом , а переход, который база-коллектор – коллекторным переходом.

Так как в данном случае у нас транзистор NPN, значит ток будет течь от коллектора к эмиттеру, при условии, что мы будем открывать базу, подавая на нее напряжение более чем 0,6 Вольт (ну чтобы транзистор открылся).

Давайте гипотетически возьмем тонкий-тонкий ножик и вырежем эмиттер прямо по PN-переходу. У нас получится как-то вот так:

Стоп! У нас что, получился диод ? Да, он самый! Помните, в статье вольтамперная характеристика (ВАХ) мы рассматривали ВАХ диода:

В правой части ВАХ мы с вами видим как веточка графика очень резко взлетела вверх. В этом случае мы подавали на диод постоянное напряжение вот таким образом, то есть это было прямое включение диода.

Диод пропускал через себя электрический ток. Мы с вами даже проводили опыты с прямым и обратным включением диода. Кто не помнит, можно прочитать .

Но если поменять полярность

то диод у нас не будет пропускать ток. Нас всегда так учили, и в этом есть доля правды, но… наш мир не идеален).

Принцип работы PN-перехода? Мы его представляли как воронку. Так вот, для этого рисуночка

наша воронка будет перевернута горлышком к потоку

Направление потока воды – это направление движения электрического тока. Воронка – это и есть диод. Но вот вода, которая попала через узкое горлышко воронки? Как же ее можно назвать? А называется она обратный ток PN перехода (I обр) .

А как вы думаете, если прибавить скорость течения воды, увеличится ли количество воды, которое пройдет через узкое горлышко воронки? Однозначно! Значит, если прибавлять напряжение U обр , то и увеличится обратный ток I обр , что мы с вами и видим в левой части на графике ВАХ диода:

Но до какого предела можно увеличивать скорость потока воды? Если она будет очень большой, наша воронка не выдержит, стенки треснут и она разлетится по кусочкам, так ведь? Поэтому на каждый диод можно найти такой параметр, как U обр.макс , превышение которого для диода равнозначно летальному исходу.

Например, для диода Д226Б:

U обр.макс = 500 Вольт, а максимальное обратное импульсное U обр. имп.макс = 600 Вольт. Но имейте ввиду, что электронные схемы проектируют, как говорится “с 30% запасом”. И если даже в схеме обратное напряжение на диоде будет 490 Вольт, то в схему поставят диод, который выдерживает более 600 Вольт. С критическими значениями лучше не играть). Импульсное обратное напряжение – это резкие всплески напряжения, которые могут достигать амплитудой до 600 вольт. Но здесь тоже лучше взять с небольшим запасом.

Так… а что я это все про диод да про диод… Мы же вроде как транзисторы изучаем. Но как ни крути, диод – кирпичик для построения транзистора. Значит, если приложить к коллекторному переходу обратное напряжение, то у нас через переход потечет обратный ток, как в диоде? Именно так. И называется такой параметр в транзисторе . У нас он обозначается как I КБО , у буржуев – I CBO . Расшифровывается как “ток между коллектором и базой, при открытом эмиттере” . Грубо говоря, ножка эмиттера никуда не цепляется и висит в воздухе.

Чтобы замерять обратный ток коллектора, достаточно собрать вот такие простенькие схемки:

Для NPN транзистора для PNP транзистора

У кремниевых транзисторов обратный ток коллектора меньше, чем 1 мкА, у германиевых: 1-30 мкА. Так как у меня замеряет только от 10 мкА, а германиевых транзисторов под рукой нет, то провести этот опыт я не смогу, так как разрешение прибора не позволяет.

Мы так и не ответили на вопрос, почему обратный ток коллектора имеет такое важное значение и приводится в справочниках? Все дело в том, что при работе транзистор рассеивает какую-то мощность в пространство, значит нагревается. Обратный ток коллектора очень сильно зависит от температуры и на каждые 10 градусов по Цельсию увеличивает свое значение в два раза. Не, ну а что такого? Пусть возрастает, никому же вроде не мешает.

Влияние обратного коллекторного тока

Все дело в том, что в некоторых схемах включения часть этого тока проходит через эмиттерный переход. А как мы с вами помним, через эмиттерный переход течет базовый ток. Чем больше управляющий ток (ток базы) тем больше управляемый (ток коллектора). Это мы с вами рассматривали еще в статье. Следовательно, малейшее изменение базового тока ведет к большому изменению коллекторного тока и вся схема начинает работать неправильно.

Как борются с обратным коллекторным током

Значит, самый главный враг транзистора – это температура. Как же с ней борются разработчики радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)?

– используют транзисторы, у которых обратный коллекторный ток имеет очень малое значение. Это, конечно же, кремниевые транзисторы. Небольшая подсказка – маркировка кремниевых транзисторов начинается с букв “КТ”, что означает К ремниевый Т ранзистор.

– использование схем, которые минимизируют обратный ток коллектора.

Обратный ток коллектора – важный параметр транзистора. Он приводится в даташите на каждый транзистор. В схемах, которые используются в экстремальных температурных условиях, обратный ток коллектора будет играть очень большую роль. Поэтому, если собираете схему, где не используется радиатор и вентилятор, то, конечно же, лучше взять транзисторы с минимальным обратным коллекторным током.

Лабораторная работа

Исследование биполярного транзистора и транзисторного каскада в режиме малого сигнала. (4 часа)

Исследование зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения база-эмиттер

Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от тока коллектора

Получение входных и выходных характеристик транзистора

Определение коэффициента передачи по переменному току

Исследование коэффициента усиления по напряжению в усилителях с общим эмиттером и общим коллектором

Определение фазового сдвига сигналов в усилителях

Измерение входного и выходного сопротивлений усилителей

Краткие сведения из теории:

Статический коэффициент передачи тока транзистора определяется как отношение тока коллектора I­­ k к току базы I б:

Коэффициент передачи тока
определяется отношением приращения ∆I к коллекторного тока к вызывающему его приращению базового тока ∆I б:

Дифференциальное входное сопротивление r вх транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению ∆I­ б тока базы:

Дифференциальное входное сопротивление r вх транзистора в схеме С 07 через параметры транзистора определяется следующим выражением:

r б - распределенное сопротивление базовой полупроводника,

r э - дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое через выражение:

I э - постоянный ток эмиттера в миллиамперах.

Первое слагаемое r б во много раз меньше второго, поэтому:

Дифференциальное сопротивление r э перехода база-эмиттер для биполярного транзистора сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением r вх об транзистора в схеме с общей базой, которое может быть найдено по формуле:

Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:

Первым слагаемым в выражении можно пренебречь и считать, что:

В транзисторном каскаде коэффициент усиления по напряжению определяется отношением амплитуд выходного напряжения к входному (сигналы синусоидальны):

Усилитель с общим эмиттером - коэффициент усиления по напряжению:

r к - сопротивление в цепи коллектора, которое определяется параллельным соединением сопротивления R к и сопротивлением нагрузки, чью роль может играть, например, следующий усилительный каскад:

r э - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, равное

Для усилителя с сопротивлением R э в цепи эмиттера коэффициент усиления равен:

Входное сопротивление усилителя переменному току определяется как отношение амплитуд синусоидального входного напряжения и входного тока:

Входное сопротивление транзистора

Входное сопротивление усилителя по переменному току r вх вычисляется как параллельное соединение r i , R 1 , R 2 .

Значение дифференциального выходного сопротивления схемы по напряжению U хх холостого хода на выходе усилителя, которое может быть измерено как падение напряжения на сопротивлении нагрузки, превышающем 200 кОм , и по напряжению U вых, измеренного для данного сопротивления нагрузки R­ н из уравнения, решаемого относительно r вых

Сопротивление
можно считать разрывом в цепи нагрузки.

Приборы и элементы:

Биполярный транзистор 2N3904

Источник постоянной ЭДС

Источник переменной ЭДС

Амперметры

Вольтметры

Осциллограф

Резисторы

Функциональный генератор

Порядок проведения экспериментов:

Эксперимент 1. Определение статического коэффициента передачи тока резистора

а) Собрать схему со схемой, изображённую на рисунке рис. 10_001

Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора, тока базы и напряжения коллектор-эмиттер. По полученным результатам подсчитать статический коэффициент передачи транзистора
:

б) Изменить наминал источника ЭДС E б до 2,65В. Включить схему. Записать те же данные и подсчитать
.

в) Изменить наминал источника ЭДС E к до 5В. Включить схему. Записать те же данные и подсчитать
. Затем установить E к = 10В.

Эксперимент 2. Измерение обратного тока коллектора.

На схеме 10_001 изменить номинал источника ЭДС Е к до 0В. Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора для данных значений тока базы и напряжения коллектор-эмиттер.

Эксперимент 3.

а) В схеме 10_001 провести измерения тока коллектора I к для каждого значения E к и E б и заполнить таблицу. По данным таблицы 1 построить график зависимости I к от E к.

Таблица 1.

б) Собрать схему рис. 10_002.

Включить схему. Зарисовать осциллограмму выходной характеристики, соблюдая масштаб. Повторить измерения для каждого значения E б из таблицы 1. Осциллограммы выходных характеристик для разных токов базы зарисовать на одном графике.

Эксперимент 4. Получение входной характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером.

а) Открыть файл 10_002. Установить значение напряжения источника E к =10В и провести измерения тока базы E б, напряжение база-эмиттер U бэ, тока эмиттера I э для различных значений напряжения источника E б в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2.

б) Построить график зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер.

в) Открыть файл 10_003, включить схему. Зарисовать входную характеристику транзистора.

рис.10_003

г) По входной характеристике найти сопротивление r вх при изменении базового тока с 10мА до 30мА. По формуле:

Записать его значение.

Эксперимент 5. Исследование каскада с общим эмиттером в области малого сигнала

а) Собрать схему рис. 10_010

Установочные параметры приборов должны соответствовать изображению.

б) Включить схему. Для установившегося режима записать результаты измерений амплитуд входного и выходного сигналов (разность фаз можно определить про помощи Боде-плоттера). По результатам измерений амплитуд входного и выходного синусоидальных напряжений вычислить коэффициент усиления усилителя по напряжению.

в) Для схемы на рисунке определить ток эмиттера. По его значению вычислить дифференциальное сопротивление rэ эмиттерного перехода. Используя найденное значение вычислить коэффициент усиления каскада по напряжению.

г) Подключить резистор R д между точкой U вх и конденсатором С 1 , разомкнув ключ (space). Включить схему. Измерить амплитуды входного и выходного напряжения. Вычислить новое значение коэффициента усиления по напряжению по результатам измерения.

д) Переместить щуп канала А осциллографа в узел U б. Снова включить схему и измерить амплитуду U б напряжения в точке U б. Вычислить коэффициент усиления по напряжению, входной ток по результатам измерения U вх и U б. По U вх и i вх вычислить входное сопротивление r вх усилителя.

е) По значению коэффициента усиления тока β, полученному в эксперименте 1 и величине дифференциального сопротивления эмиттера r э (где взять?) вычислить входное сопротивление транзистора r i . Вычислить значение r вх используя значение сопротивлений R 1 , R 2 , r i . Результаты записать.

ж) Замкнуть резистор R д между узлом U вх и конденсатором C 1 , замкнув ключ (space). Переместить щуп канала А осциллографа в узел U вх. Установить наминал резистора R 2 2кОм. Затем включить схему и измерить амплитуды входного и выходного синусоидального напряжения. Используя результаты измерений, вычислить новое значение коэффициента усиления по напряжению.

з) Используя результаты измерений амплитуды выходного синусоидального напряжения в пункте б) и пункте ж), значение сопротивления нагрузки в пункте ж), вычислить выходное сопротивление усилителя.

и) Установить наминал резистора R н = 200кОм. Переставить щуп канала В осциллографа в узел U с и включить схему. Измерить постоянную составляющую выходного сигнала и записать результат измерения.

к) Вернуть щуп канала В осциллографа в узел U out . На осциллографе установить масштаб для входа 10мВ/дел. Убрать шунтирующий конденсатор С з и включить схему. Измерить амплитуды входного и выходного синусоидального напряжения. По результатам измерений вычислить значение коэффициента усиления каскада с ОЭ с сопротивлением в цепи эмиттера по напряжению.

л) По величине сопротивления r э и R э вычислить значение коэффициента усиления усилителя с ОЭ с сопротивлением в цепи эмиттера по напряжению.

От чего зависит ток коллектора транзистора?

Зависит ли коэффициент β дс от тока коллектора? Если да, то в какой степени? Обосновать ответ.

Что такое токи утечки транзистора в режиме отсечки?

Что можно сказать по выходным характеристикам о зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения коллектор-эмиттер?

Что можно сказать по выходной характеристике о различии между базо-эмиттерным переходом и диодом, смещенным в прямом направлении?

Одинаково ли значение r вх при любом значении тока эмиттера?

Одинаково ли значение r э при любом значении тока эмиттера?

Как отличается практическое значение сопротивления r э от вычисленного по формуле?

Каково отличие практического и теоретического значений коэффициента усиления по напряжению?

Как влияет входное сопротивление на коэффициент усиления по напряжению?

какова связь между входным напряжением (узел U вх) и напряжением на базе (узел U б) при включении между ними сопротивления?

какое влияние оказывает понижение сопротивления нагрузки на коэффициент усиления по напряжению?

Как влияет сопротивление R э на коэффициент усиления по напряжению усилителя?

Каково отличие практического и теоретического значений напряжений U б, U э по постоянному току?

Почему значение коэффициента усиления по напряжению меньше еденицы?

Велико ли значение выходного сопротивления усилителя с ОК?

какова разность фаз входного и выходного синусоидальных сигналов?

в чем заключено главное достоинство схемы усилителя с ОК? В чем главное назначение этой схемы?