2015-09-07
727
1. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин, Ю. Е. Наумов, А. З. Струков, Г. Г. Шишкин / Под ред. Г. Г. Шишкина – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 494 с. ISBN5-283-01472-Х. С. 330–345.
2. Батушев В.А. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / В. А. Батушев. М.: Высшая школа, 1980. – 383 с. С. 231–265.
3. Дулин В.М. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / В. М. Дулин – М.: Энергия. 1977. – 424 с. С.40–72.
4. Булычев А.Л. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / А. Л. Булычев, П. М. Лямин, Е. С. Тулинов. – М.: Лайт ЛТД, 2000. – 416 с. С.224–247.
Лабораторна робота 2
ДОСЛІДЖЕННЯ КРЕМНІЄВОГО СТАБІЛІТРОНА
1. Мета і зміст роботи.
Мета. Дослідити основні електричні властивості кремнієвого стабілітрона Д814Б.
Зміст. В роботі знімають вольт-амперну характеристику (ВАХ) стабілітрона в ділянці прямих і зворотних напруг. Вимірюють диференційний опір стабілітрона в межах стабілізації, а також для прямої гілки ВАХ. Обчислюють коефіцієнт стабілізації досліджуваної схеми.
2. Схема вимірювань
Схема, яка представлена на передній панелі лабораторного макета і на рис. 2.1, дозволяє зняти пряму і зворотну гілки ВАХ діода. Обмежувальний резистор R 1 має опір 130 Ом.
Рис. 2.1. Схема дослідження кремнієвого стабілітрона
3. Завдання
1. Поставити перемикач S1 в положення 5 і зняти пряму гілку ВАХ I = f (U) стабілітрона. Напругу змінювати від 0 до значення, при якому I пр=40 мА. Пряму напругу на стабілітроні вимірювати зовнішнім вольтметром на гніздах Х 2 і Х 3.
2. Поставити перемикач S 1 в положення 4 і, за допомогою вольтметра 6 макета зняти зворотну гілку ВАХ стабілітрона. Зворотну напругу змінювати від 0 до значення, при якому I звор = 25 мА. Одночасно з вимірюванням U звор вимірювати і вхідну напругу вольтметром 1.
3. Поставити перемикач S 1 в положення 3 і зняти характеристику D U ст = f (І ст) в межах від мінімального струму стабілізації І ст.мін » 2 мА до максимального Іст.макс = 25 мА. Оскільки напруга стабілізації в межах стабілізації (від І ст.мін до І ст.макс) змінюється мало, то зміна напруги стабілізації D U ст вимірюється компенсаційним методом з допомогою потенціометрів R 3 та R 4. Напруга в точці Х 4 залежить від співвідношення опорів R 3 та R 4 і може змінюватись від 0 до Е = 30 В. В точці Х 4 встановлюють напругу, яка відповідає напрузі U ст на початку ділянки стабілізації при І ст. мін . Зовнішній вольтметр у цьому випадку між точками Х 3 та Х 4 зафіксує нульову різницю потенціалів. При зніманні характеристики D U ст = f (І ст) необхідно фіксувати показання зовнішнього вольтметра. Струм І ст змінювати від І ст.мін до І ст.макс (2…25 мА).
4. Оброблення результатів вимірювань
1. Визначити диференційний опір стабілітрона r пр для прямої гілки ВАХ в точках І пр = 1; 5; 20; 40 мА графічним методом. Порівняти результати з обчисленнями за формулою r пр = 
для jt = 0,026В (300 К).
2. На зворотній гілці ВАХ стабілітрона відмітити межі ділянки стабілізації. Розрахувати диференційний опір стабілітрона r ст в точках І ст = 1; 5; 25 мА.
3.Розрахувати за допомогою характеристик U ст = f (І ст) та D U ст = f (І ст) коефіцієнт стабілізації для зміни струму стабілізації від І ст.мін до І ст.макс за рис. 2.2 і формулою:
К ст = 
Рис. 2.2. До розрахунку коефіцієнта стабілізації
5. Зміст звіту
1. Схема дослідження стабілітрона.
2. Графік прямої гілки ВАХ стабілітрона.
4. Графік зворотної гілки ВАХ U ст = f (І ст) з відміткою напруги стабілізації, меж стабілізації. На цій же координатній системі нанести залежність U вх = f (І ст) та D U ст = f (І ст).
5. Розрахунок диференційного опору r ст для зворотної гілки в точках І ст = 1; 5; 25 мА і коефіцієнта стабілізації.
6. Контрольні питання
1. Основні види пробоїв в p-n переході.
2. Які пробої використовують у стабілітронах?
|
|
4. ВАХ стабілітрона. Які фізичні процеси визначають форму різних ділянок ВАХ?
5. Назвіть основні параметри стабілітрона.
|
7. Як можна зменшити ТКН стабілітрона?
8. Який знак має ТКН для лавинного пробою?
9. Що таке коефіцієнт стабілізації?
10. Яке застосування стабілітронів
11. Чи можна вмикати стабілітрони послідовно, паралельно?
12. Роль обмежувального опору в схемі ввімкнення стабілітрона.
13. Поясніть, як обрати робочу точку стабілітрона, побудувати навантажувальну пряму, розрахувати величину R обм?
14. Як відбувається стабілізація напруги при зміні струму в навантаженні?
Список рекомендованої літератури
|
1. Электронные приборы. Учебн. для вузов / В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин, Ю. Е. Наумов, А. З. Струков, Г. Г. Шишкин / Под ред. Г. Г. Шишкина – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 494 с. ISBN5-283-01472-Х. С. 121– 126.
2. Батушев В.А. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / В. А. Батушев. – М.: Высш. школа, 1980. – 383 с. С.79 – 82.
3. Булычев А.Л. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / А. Л.Булычев, П. М. Лямин, Е. С.Тулинов. - М.: Лайт ЛТД, 2000. – 416 с. С.52–56.
Лабораторна робота 3
ДОСЛІДЖЕННЯ ІМПУЛЬСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
НАПІВПРОВІДНИКОВОГО ДІОДА
1. Мета і зміст роботи
Мета: Вивчити імпульсні характеристики напівпровідникового діода Д226В та виміряти його імпульсні параметри.
Зміст: В роботі досліджують напівпровідниковий діод в режимах ввімкнення і вимикання. Вимірюють час встановлення прямого опору tвст і досліджують його залежність від прямого імпульсного струму. Вимірюють час розосередження носіїв та час відновлення зворотного опору діода tвідн, досліджують їх залежність від прямого струму і від перепаду струму при перемиканні.
2. Схема вимірювань
Рис. 3.1. Схема дослідження діода в режимі ввімкнення
Схема дослідження діода в режимі ввімкнення показана на рис. 3.1. Від генератора прямокутних імпульсів ГІ через обмежувальний резистор R 1 на досліджуваний діод подається імпульс струму. Процес встановлення прямої напруги на діоді спостерігається на екрані осцилографа. Цим же осцилографом вимірюються амплітуди імпульсів напруги на діоді, імпульсів генератора, тривалість процесу ввімкнення.
Рис. 3.2. Схема дослідження діода в режимі вимикання
На рис. 3.2 показана схема дослідження діода в режимі вимикання. Змінним резистором R 1.1 встановлюється прямий струм через діод, який контролюється за міліамперметром 2. Від генератора імпульсів ГІ через конденсатор С 1 на діод подається імпульс напруги вимикання. З резистора R 2 знімається напруга, пропорційна струму через діод, яка подається на осцилограф. На екрані осцилографа спостерігається процес встановлення зворотного струму.
3. Завдання
1.Зібрати схему дослідження діода в режимі ввімкнення, рис. 3.1.
2. Дослідити залежність форми напруги на діоді від значення струму ввімкнення (див. п. 1, розд. 4). Замалювати всі отримані осцилограми на кальку. Амплітуду імпульсів від генератора імпульсів давати U гі=2; 5; 10 В, імпульси позитивної полярності тривалістю tі = 10 мкс.
3. Зібрати схему дослідження діода в режимі вимикання, рис. 3.2.
4. Дослідити процес встановлення зворотного струму в залежності від значення прямого струму при постійній амплітуді напруги імпульсів вимикання (див. п. 2, розд. 4). При вимірюванні встановити амплітуду імпульсів генератора U гі = 5 В негативної полярності тривалістю tі = 10 мкс. Прямий струм діода встановити І пр = 1; 2; 4 мА. Всі осцилограми замалювати на кальку.
5. Дослідити процес відновлення зворотного струму від перепаду на діоді D І = І пр + І звор. макс (див. п. 3, розд. 4). Вимірювання виконувати для І пр = 2 мА, U гі=2; 4; 6 В, імпульси негативної полярності тривалістю tі=10 мкс.
4. Методичні вказівки.
|
|
, якщо R 1>> R пр, де U гі – амплітуда імпульсів генератора, вимірюється осцилографом, R 1= 470 Ом.
|
3. Значення перепаду струму регулюється зміною амплітуди імпульсів U гі генератора імпульсів. При зміні U гі, підртимувати значення прямого струму діода І пр = 2 мА, за допомогою змінного резистора R 1.1.
5. Оброблення результатів вимірювань.
1. З осцилограм встановлення напруги на діоді при його ввімкненні визначити імпульсний опір діода за формулою 
,
|
амплітуда імпульсу струму (див. п. 1, розд. 4).
Визначити статичний опір діода 
,
де U д – стала напруга на діоді (див. рис. 3.3).
2. Побудувати графік залежності часу встановлення прямого опору діода від прямого струму, tвст = f (І пр імп).
3. З осцилограм відновлення зворотного струму діода (рис. 3.4) визначити:
а) час розосередження носіїв в базі діода t р;
|
4. Побудувати графіки залежності часу розосередження носіїв і часу відновлення від значення перепаду струму D І на діоді:
t р = f (D І) і t в = f (D І), де D І = І пр + І звор макс; І пр вимірюється міліамперметром 2 (рис. 3.2); І звор макс – визначається з допомогою осцилографа (рис. 3.4).
Побудувати графіки залежностей часу розосередження носіїв і часу відновлення зворотного струму від значення прямого струму t р = f (І пр) і t в = f (І пр).
Рис. 3.3. Осцилограма напруги на діоді при ввімкненні
Рис.3.4. Осцилограма вiдновлення зворотного струму дiодa
6. Зміст звіту
1. Схеми досліджень діода.
2. Всі отримані осцилограми струмів і напруг діода.
3. Розраховані імпульсні і статичні опори діода.
4. Визначений за осцилограмами час встановлення прямого опору діода.
5. Графік залежності часу встановлення прямого опору діода від значення прямого струму tвст = f (І пр імп).
6. Визначений за осцилограмами час розосередження носіїв і час відновлення зворотного струму.
7. Графіки залежностей t р = f (І пр) і t в = f (І пр).
8. Графіки залежностей t р = f (D І) і t в = f (D І).
7. Контрольні запитання
1. В чому полягає вплив ефекту нагромадження на роботу діода в імпульсному режимі?
2. Основні процеси, які відбуваються в діоді при його ввімкненні та вимиканні.
3. Вплив товщини бази на час розосередження t р.
4. Роль ємності p-n переходу в процесах перемикання.
5. Яке призначення імпульсних діодів?
6. Пояснити залежність часу встановлення прямої напруги і часу відновлення зворотного опору від параметрів імпульсного режиму роботи діода.
7. Яким вимогам повинні відповідати діоди з високою швидкодією?
Список рекомендованої літератури
1. Электронные приборы. Учебн. для вузов / В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин, Ю. Е. Наумов, А. З. Струков, Г. Г. Шишкин / Под ред. Г. Г. Шишкина – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 494 с. ISBN5-283-01472-Х. С.75 –82, 116 –121.
2. Батушев В.А. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / В. А. Батушев. – М.: Высш. школа, 1980. – 383 с. С.76 –79.
3. Дулин В.М. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / В. М. Дулин – М.: Энергия. 1977. – 424 с. С.245 –257, 266, 268 – 271.
4. Булычев А.Л. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / А. Л. Булычев, П. М. Лямин, Е. С. Тулинов. – М.: Лайт ЛТД, 2000. – 416 с. С.58–62.
Лабораторна робота 4
ДОСЛІДЖЕННЯ ВОЛЬТ-АМПЕРНИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРА
1. Мета і зміст роботи
Мета. Вивчити вольт-амперні характеристики транзистора МП40 для схем із спільною базою і спільним емітером. Навчитись визначати мало-сигнальні h -параметри за характеристиками в робочій точці.
Зміст. В роботі знімають ВАХ (вхідні, вихідні, зворотного зв’язку, прямої передачі) для схеми з спільною базою і спільним емітером. За характеристиками в робочій точці визначають h -параметри і на їх основі аналітично визначають параметри Т- та П-подібних схем заміщення транзистора.
2. Схеми вимірювань
Схема приведена на рис. 4.1 та передній панелі макета.
Рис.4.1. Схема дослідження ВАХ транзистора.
При положенні перемикача S 1 в поз. 1 вимірюються характеристики транзистора в схемі із спільною базою, в поз. 2 – спільним емітером. Полярність джерел живлення вказана для випадку дослідження транзистора типу p-n-p.
Застереження: при роботі з транзистором забороняється розривати коло бази увімкненого транзистора, перевищувати допустимі значення струмів, напруг та потужності, яка розсіюється в колекторі.
3. Завдання
1. Встановити перемикач S 1 в положення 1. Напруги на колекторі (вольтметр 6) і емітері (зовнішній вольтметр, який під’єднано до клем Х 1, Х 2) рівні нулю. Зняти сімейство вхідних характеристик 
=¦(
) для 
= 0; -5; -10 В. Струм змінювати від 0 до 5 мA.
2. Зняти сімейство вихідних характеристик 
=¦() для = 0; 1; 2; 5 мA. Напругу змінювати від 0 до -10В.
3. Зняти сімейство характеристик прямої передачі =¦() для = 0; -5; -10 В. Струм змінювати від 0 до 5 мA.
4. Зняти сімейство характеристик зворотного зв’язку =¦() для = 0; 1; 2; 5; 7 мA. Напругу змінювати від 0 до -10 В.
5. Встановити перемикач S 1 в положення 2 для дослідження ВАХ транзистора в схемі зі спільним емітером. Зняти сімейство вхідних характеристик = ¦(
) для 
= 0; -5 В. Струм змінювати від 0 до значення, за якого струм колектора досягне = 5 мA.
6. Зняти сімейство вихідних характеристик =¦() для = 0; 50; 100 мкА. Напругу змінювати від 0 до –5 В.
7. Зняти сімейство характеристик прямої передачі =¦() для = 0; -5 В. Струм змінювати від 0 до значення, за якого струм колектора досягне = 5 мA.
8. Зняти сімейство характеристик зворотного зв’язку =¦(
) для = 0; 50; 100 мкА. Напругу змінювати в межах від 0 до –5 В.
4. Оброблення результатів вимірювань
1. Графічно визначити за отриманими сімействами ВАХ транзистора з спільною базою та спільним емітером, його малосигнальні h -параметри в робочій точці = 5 В, = 1 мА (СБ) та = 5 В, = 50 мкА (СЕ).
2. Порівняти знайдені h -параметри з паспортними даними.
3. За знайденими h -параметрами для схеми з спільною базою обчислити параметри Т-подібної схеми заміщення транзистора в схемі з спільною базою:
За знайденими h -параметрами для схеми з спільним емітером обчислити параметри П-подібної схеми заміщення транзистора в схемі з спільним емітером:
5. Зміст звіту
1. Схеми дослідження ВАХ транзистора з спільною базою і спільним емітером.
2. Сімейства ВАХ транзистора в схемах з спільною базою і спільним емітером.
3. Визначені за характеристиками h-параметри (
; 
; 
; 
) в схемі з спільною базою.
4. Обчислені параметри Т-подібної схеми заміщення транзистора з спільною базою (
; 
; 
; a).
5. Визначені за характеристиками h -параметри (
; 
; 
; 
) транзистора з спільним емітером.
6. Обчислені параметри П-подібної схеми заміщення транзистора з спільним емітером (
; 
; 
; 
).
6. Контрольні питання
1. Намалюйте потенціальні діаграми p-n-p та n-p-n транзисторів в рівноважному стані і в активному режимі.
2. Основні потоки носіїв заряду, які течуть крізь електронно-діркові переходи транзистора.
3. Вплив процесів рекомбінації в області бази на коефіцієнт передачі струму транзистора.
4. Струми колектора в схемах із спільною базою та спільним емітером.
5. Режими роботи транзистора. Визначити режими роботи на вхідних та вихідних характеристиках.
6. Природа струму бази, його складові.
7. Що таке ефект Ерлі і як його можна пояснити за ВАХ?
8. Чому не дозволяється вмикати транзистор з розімкненим колом бази при наявності номінальних напруг живлення?
9. Що таке зворотний струм колекторного переходу? Які причини його виникнення? Як залежить його величина від температури?
10. Що означає сумісність малосигнальних параметрів?
7. Параметри досліджуваного транзистора.
В роботі дослідується транзистор МП40 з наступними параметрами:
= 25…35 Ом = 200…2000 Ом
= 1.0×10-3…5×10-3 = 2× 
…12×
= 0,923…0.978 = 12…45
= 0.5…3.3 мкСм = 12…100 мкСм.
Режим роботи: 
= -5В; = 1 мА.
Список рекомендованої літератури
1. Электронные приборы. Учебн. для вузов / В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин, Ю. Е. Наумов, А. З. Струков, Г. Г. Шишкин / Под ред. Г. Г. Шишкина – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 494 с. ISBN5-283-01472-Х. С.140 –173.
2. Батушев В.А. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / В. А. Батушев. – М.: Высш. школа, 1980. – 383 с. С.93 –158.
3. Дулин В.М. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / В. М. Дулин - М.: Энергия. 1977. – 424 с. С.266, 278 – 322.
4. Булычев А.Л. Электронные приборы. Учебн. для студ. вузов / А. Л. Булычев, П. М. Лямин, Е. С. Тулинов. – М.: Лайт ЛТД, 2000. – 416 с. С.83–116.
Лабораторна робота 5.
ТРАНЗИСТОР В КЛЮЧОВОМУ РЕЖИМІ
1. Мета і зміст роботи
Мета. Дослідити роботу транзистора в ключовому режимі
Зміст. В роботі вимірюють нормальний 
та інверсний 
коефіцієнти передачі бази в режимі великого сигналу, напругу 
між колектором та емітером в режимі насичення, а також досліджують процес перемикання транзистора, вимірюють тривалість переднього та заднього фронтів імпульсу колекторного струму, час розосередження носіїв в колекторі, базі,досліджують залежність цих величин від глибини насичення.
2. Схема вимірювань
Рис 5.1. Схема вимірювання імпульсних характеристик транзистора
На рис.5.1 приведена схема вимірювання нормального та інверсного коефіцієнтів передачі струму бази, вимірювання напруги між колектором та емітером в режимі насичення , і дослідження процесу перемикання. При вимірюванні і всі зовнішні прилади мають бути від’єднанні.
При вимірюванні перемикачі 
, 
, 
знаходяться в положенні 1, 
- в положенні 2.
Для вимірювання залишкової напруги між колектором та емітером в режимі насичення, в коло колектора вмикають резистор навантаження R 3 перемиканням в положення 1.
Напруга вимірюється зовнішнім мілівольтметром постійного струму між гніздами Х 4 і Х 5.
При дослідженні режиму перемикання транзистора зовнішній мілівольтметр від’єднується, а до макету під’єднують генератор імпульсів і осцилограф. Під’єднуючи вхід Y осцилографа почергово до гнізд Х 1, Х 3, Х4 можна дослідити форму імпульсу напруги відповідно імпульсного генератора, бази і колектора.
3.Завдання
1. Зібрати схему вимірювання нормального коефіцієнта передачі струму бази. Поставити перемикачі , , в положення 1, перемикач 
- в положення 2 (рис. 5.1).
2. Виміряти коефіцієнт , врахувавши співвідношення:
.
Струм бази встановити рівним 25 мкА резистором R 1.1 за показанням мікроамперметра 2. Резистором R 2.2 встановити напругу на колекторі = 5 B за показанням вольтметра 6. Величину струму колектора виміряти міліамперметром 5. Значення 
для заданої напруги 
= 5 В взяти =10 мкА.
3. Зібрати схему вимірювання інверсного коефіцієнта струму бази . Для цього перемикач перевести в положення 2.
4.Виміряти 
, врахувавши співвідношення: 
Встановити резистором R 1.1 струм бази = 100 мкА за показанням мікроамперметра 2. Резистором R 2.2 встановити напругу = 5 B, за показанням вольтметра 6. Величину струму колектора виміряти міліамперметром 5.
Значення 
для заданої напруги = 5 В, взяти = 5 мкА.
5. Зібрати схему вимірювання залишкової напруги між колектором і емітером для нормального ввімкнення транзистора в режимі насичення. Перемикачі , , , в положенні 1.
6. Виміряти залишкову напругу в режимі = 100 мкА, = 2 мА. Струм бази регулюється резистором R 1.1 за показанням мікроамперметра 2, струм колектора - резистором R2.2 за показанням міліамперметра 5. Напругу виміряти зовнішнім мілівольтметром між гніздами X 4, X 5.
7. Зібрати схему дослідження процесу перемикання транзистора в нормальному ввімкненні. Перемикачі , , поставити в положення 1, в положення 2.
8. Дослідити режим перемикання (див. розділ 4). Всі осцилограми замалювати на кальку. Глибину насичення встановити S = 0; 1; 5.
4. Методичні вказівки
Процес перемикання досліджується в двох режимах.
Перший режим - струм бази транзистора в початковому стані дорівнює нулю. (Резистор R 1.1 в крайньому лівому положенні).
Другий режим - транзистор знаходиться в стані відсічки, І Б = - .
В обох режимах досліджують форму імпульсу струму колектора в залежності від глибини насичення транзистора. Глибиною насичення називають величину 
,
де -струм бази в режимі насичення більший ніж 
.
- мінімальний струм бази, за якого транзистор переходить в режим насичення і який дорівнює 
.
Встановити полярність вихідних імпульсів генератора імпульсів негативною (для ввімкнення транзистора p-n-p). Тривалість імпульсів 10 мкс. Осцилограф ввімкнути в коло зовнішньої синхронізації. Виконати вимірювання в двох режимах:
а) струм бази транзистора в початковому стані дорівнює нулю. Для цього резистор R 1.1 вивести в крайнє ліве положення. Вхід Y осцилографа під’єднати до гнізда Х 4 (замість мілівольтметра). Змінюючи амплітуду імпульсів генератора, отримати зображення імпульсу струму колектора на екрані осцилографа для глибини насичення S = 0. Збільшивши амплітуду імпульсів генератора в 2 і 6 разів, отримати зображення імпульсів колекторного струму для глибини насичення S = 1 та S = 5 відповідно. Замалювати всі три осцилограми на одній координатній системі.
б) струм бази транзистора в початковому стані дорівнює = , що відповідає режиму глибокої відсічки транзистора. Для цього резистором R 1.1 за вольтметром 1 встановлюється зворотна напруга 
= 5 В. Повторити вимірювання які оговорені в п. а).
При проведенні імпульсних вимірювань підтримувати резистором R 2.2 напругу живлення колектора 5 В за вольтметром 6.
Рис. 5.2. Осцилограми струмів транзистора в режимах перемикання
На рис. 5.2 приведені приблизний вигляд осцилограм базового і колекторного струмів транзистора в режимі перемикання.
5. Оброблення результатів вимірювань
За отриманими осцилограмами струму колектора необхідно:
1. Побудувати графік залежності тривалості переднього фронту імпульса струму колектора 
від глибини насичення S = f(S), для обох режимів. Значення взяти з осцилограми струму колектора.
2. Побудувати графік залежності часу розосередження 
від глибини насичення S = f(S), для обох режимів. Значення взяти з осцилограм струму колектора.
3.Визначити тривалість заднього фронту імпульсу струму колектора 
при S = 1 для обох режимів.
6. Зміст звіту
2. Схема досліджень.
3. Прямий та інверсний коефіцієнти передачі струму бази , .
4. Залишкова напруга між колектором і емітером , в режимі насичення.
5. Всі отримані осцилограми струму колектора.
6. Графіки залежності 
для двох режимів.
7. Значення 
для двох режимів при S = 1, S = 5.
7. Контрольні запитання
1. Основні режими роботи транзистора: активний (нормальний та інверсний), відсічки, насичення.
2. Що таке глибина насичення транзистора?
3. Що таке час ввімкнення і час вимикання транзистора?
4. Чи залежить 
та 
від режиму роботи і параметрів схеми транзистора?
5. Що таке залишкова напруга транзистора?
6. Як визначається коефіцієнт передачі струму бази в режимі великого сигналу?
7. Розподіл неосновних носіїв заряду в транзисторі в активному режимі, в режимі насичення.
8. Що таке надлишковий заряд в транзисторі?
9. Процеси виведення зарядів з бази, колектора.
10. Залежність часу розосередження від глибини насичення транзистора.
11. Які параметри транзистора визначають його придатність для роботи в ключовому режимі?
12. Що таке швидкодія інвертора?
Список рекомендованої літератури
1. Электронные приборы. Учебн. для вузов / В. Н. Дулин, Н. А. Аваев, В. П. Демин, Ю. Е. Наумов, А. З. Струков, Г. Г. Шишкин / Под ред. Г. Г. Шишкина – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 494 с. ISBN5-283-01472-Х. С.191 –197.
2. Аваев Н.А. Основы микроэлектроники. Учебн. пособие для вузов / Аваев Н.А., Наумов Ю.Г., Фролкин В.Т. - М.: Радио и связь, 1991. – 286 с. ISBN5-256-000692-4. С.122–129.
3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Учебн. пособие для вузов / И.П.Степаненко – М.: Сов. Радио, 1980. – 424 с. С.246–260.
Лабораторна робота 6
ДОСЛІДЖЕННЯ БАЗОВОГО ЕЛЕМЕНТА
ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЇ ЛОГІКИ
1. Мета та зміст роботи.
Мета. Вивчення методів вимірювання статичних характеристик цифрових інтегральних мікросхем (ІМС).
Зміст. В роботі вивчають характеристики передачі, вихідні характеристики при високому та низькому рівнях напруги на виході, вимірюють та визначають параметри I 0вх, І 1вх , коефіцієнти розгалужень N 1, N 0 базового елемента ТТЛ (KM155ЛА2).
2. Теоретична частина.
Для реалізації основних логічних функцій існує ряд різних схем, що відрізняються між собою за споживаною потужністю та напругою живлення, величиною високого та низького рівнів вихідної напруги, часу затримки розповсюдження сигналу і навантажувальною здатністю. Основні параметри найважливіших типів логічних елементів зведені до табл. 7.1, в якій прийняті такі умовні скорочення:
ТТЛ – транзисторно-транзисторна логіка;
ЕЗЛ –емітерно-зв'язана логіка;
ІІ Л (І2Л) – інтегрально-інжекційна логіка;
N - МОН – N - канальна метал-окис-напівпровідник логіка;
КМОН – комплементарна метал-окис-напівпровідникова логіка. Однією з найбільш розповсюджених систем логічних елементів при побудові дискретних цифрових приладів є ТТЛ логіка. ТТЛ логічні схеми виникли як результат розвитку схем діодно-транзисторної логіки, завдяки заміні матриці діодів багатоемітерним транзистором (БЕТ). Принципова схема базового елемента І-НЕ типу ТТЛ зображена на рис. 6.1. Досліджувана ІМС КМ155ЛА2 відрізняється від приведеної на схемі тим, що в неї не 2, а 8 емітерів, тобто 8 входів. В цій схемі функція І реалізується на БЕТ VТ 1, а функція НЕ на складному інверторі, який виконаний на транзисторах VТ 2, VТ 3, VТ 4. БЕТ - це інтегральний елемент, що об'єднує властивості діодних логічних схем і транзисторного підсилювача. Основна структурна відмінність БЕТ від звичайних транзисторів у тому, що він має кілька емітерів. Відстань між межами сусідніх емітерів більша за дифузійну довжину носіїв заряду в базовому шарі, що виключає взаємодію між емітерами.
Поєднання БЕТ з простим транзисторним інвертором (ключем), теж реалізує логічну операцію І-НЕ, але така схема має малу навантажувальну здатність. Коли транзистор інвертора закритий, тоді вихідний опір схеми великий. Підключення до високоомного виходу низькомного навантаження (вхідний) опір аналогічних мікросхем шунтує вихідний опір схеми і знижує рівень логічної одиниці.
Таблиця 7.1. Основні параметри логічних елементів
| Тип елемента | Напруга живлення (В) | Статична потужність розсіювання (мВт) | Час затримки (мс) | Логічні рівні (В) | Коефі-цієнт розгалу-ження |
| Стандартна ТТЛ | +5 | 3...10 | +0,2 +3,5 | ||
| Малопотужна ТТЛ з діодами Шотткі | +5 | +0,3 +3,5 | |||
| Стандартна ЕЗЛ | -5,2 | 5... 15 | 0,5... 3 | -1,6 -0,8 | |
| ІІ Л | +1 | 0,2 | +0,1 +0,8 | ||
| N - МОН | +12±5 | 0,2...0.3 | 40...100 | +0.2 +3,5 | |
| KMOH | +5... +15 | < 0,001 | 13... 50 | +0,1* +4,9* |
* - для Uжив =5В
Для забезпечення високої навантажувальної здатності в схемах ТТЛ, як правило використовується складний інвертор (рис.6.1).
Рис. 6.1. Принципова електрична схема базового елемента І-НЕ типу ТТЛ
Для забезпечення високої навантажувальної здатності в схемах ТТЛ, як правило використовується складний інвертор (рис. 6.1).
Якщо на всі входи БЕТ подані напруги, що відповідають високому рівню, емітерні переходи транзистора закриті і струм, що тече через опір R 1 по відкритому в прямому напрямку переходу база-колектор транзистора VT 1 тече в базу транзистора VТ 2. На резисторі R 3 при цьому падає напруга, полярність якої є прямою по відношенню до переходу база—емітер транзистора VT 3. Транзистори V Т2 та VТ 3 відкриті, потенціали їх колекторів знижуються, а різниця цих потенціалів між точками А і В (рис.6.1) недостатня, щоб відкрити транзистор VТ 4, в результаті чого транзистор VТ 4 буде закритий. Основне призначення змішуючого діода VD полягає в тому, щоб надійно підтримувати цей стан, коли транзистори VT 2, VТ 3 відкриті і насичені, тобто коли напруга на виході низька і дорівнює значенню логічного нуля U °. Вихідний опір схеми при цьому малий і приєднання до виходу даної мікросхеми кількох аналогічних мікросхем практично не шунтує вихідний опір схеми і майже не впливає на режим її роботи.
Якщо хоча б на один вхід подати низький рівень напруги, то відповідний перехід база-емітер БЕТ VТ 1-відкривавється і шунтує базовий струм транзистора VТ 2. Струм, який визначаться резистором R 1 тече через відкритий емітерний перехід. Транзистори VТ 2 і VТ 3 закриваються, а на виході схеми (між колектором і емітером закритого транзистора VT 3 при цьому встановлюється напруга логічної одиниці U 1. Різниця потенціалів між колекторами транзисторів VТ 2 і VТ 3 збільшується і стає достатньою для
відкривання транзистора VТ 4. Струм цього транзистора, тобто вихідний струм схеми, збільшується і, відповідно, вихідний опір схеми залишається низьким, дозволяючи підключення до виходу близько десяти аналогічних мікросхем, тобто схема і в стані U 1 та U 0 має велику навантажувальну здатність.
Розглянуте схемотехнічне рішення базових логічних елементів, що передбачає використання біполярного транзистора, має недолік пов'язаний з тим, що транзистори VТ 2 і VТ 3 в цій схемі працюють в режимі насичення. Для обмеження насичення транзисторів шунтують їх колекторні переходи діодами Шотткі. Така модифікація ТТЛ отримала назву транзисторно-транзистрної логіки Шотткі (ТТЛШ).
Подальший розвиток транзисторної логіки з безпосередніми зв'язками - це інтегрально-інжекційна логіка (скорочено її називають II Л або І2Л). З допомогою схеми І2Л вдалося уникнути традиційних недоліків біполярних інтегральних схем: малу щільність компоновки і високу розсіювану потужність на ключовому елементі. Мала розсіювана потужність І2Л схем пов'язана з відсутністю навантажувальних резисторів. Велика швидкодія при малих споживаних потужностях пояснюється незначними паразитними ємностями, відсутністю нагромадження заряду і дуже малою різницею логічних рівнів.
Цифрові ІМС емітерно-зв'язаної логіки (ЕЗЛ) являють собою транзисторні перемикаючі схеми з об’єднаними емітерами і мають, порівняно з іншими типами цифрових ключів, найбільшу швидкодію і велику споживану потужність.
Велика швидкодія для схем ЕЗЛ обумовлена тим, що у цих схемах транзистори працюють у ненасиченому (лінійному) режимі. Ненасичений режим роботи біполярного транзистора дозволяє збільшити робочі струми необхідні для швидкого розрядження паразитних ємностей і, таким чином, звести до мінімуму час ввімкнення перемикаючого елемента без збільшення часу вимкнення біполярного транзистора.
ІМС на n-МОН структурах мають ряд переваг у порівнянні з біполярними схемами. Ці переваги: конструктивна і технологічна простота, мала споживана потужність, висока щільність розміщення елементів і висока радіаційна стійкість. Недолік – менша швидкодія.
Для реалізації МОН цифрових схем з покращеними параметрами були розроблені комплементарні структури МОН транзисторів. В комплементарних структурах формуються на одному кристалі МОН транзистори з n-, і р-типом електропровідності каналу.
Використання в цифрових ІМС КМОН – транзисторів привело до істотного зниження споживаної потужності живлення (одиниці мікроват) і збільшення швидкодії.
Статичні параметри логічного елемента можна визначити з його характеристик. До основних характеристик ТТЛ логічного елемента відносяться:
- характеристика передачі – залежність U вих від U вх;
- вхідна характеристика – залежність І вх від U вх;
- вихідна характеристика – залежність U вих від І вих;
Характеристика передачі інвертую чого ТТЛ логічного елемента зображена на рис. 6.2.
Вихідні характеристики ТТЛ логічного елемента приведені на рис. 6.3.
Перехідні характеристики інвертую чого ТТЛ логічного елемента зображені на рис. 6.4.
Струм, що споживає логічний елемент від джерела живлення залежить і від його логічного стану. Якщо схема споживає струм I °спож при U вих = U ° і струм I спож при U вих = U 1, то середня потужність, що споживається в статичному режимі, розраховується за формулою: Р = 0,5 Е (І 0спож + І 1спож).
3. Опис лабораторного макета.
Макет виконаний на базі мікросхеми К155ЛА2 (елемент І-НЕ) і призначений для вимірювання параметрів та дослідження характеристик вказаної мікросхеми. В макеті є джерело живлення Е = +5 В, схема формування рівнів логічної одиниці U 1 = 2,4 В та логічного нуля U 0 = 0,4 B.
На передній панелі розміщені 3 мікроамперметри для вимірювання вхідного (І вх), вихідного (І вих), споживання (І спож) струмів мікросхеми.
Рис. 6.2. Характеристика передачі інвертуючого
ТТЛ логічного елемента
U 1min - мінімальна напруга високого рівня, гарантована на виході подібного елемента (2,4В для К155ЛА2). U 0max - максимальна напруга низького рівня гарантована на виході подібного елемента (0,4 В для К155ЛА2). U N - поріг перемикання (поріг чутливості). U N+, U N- - максимально допустима величина потенційної завади, що не викликає збою в цифровій схемі. Введені позначення: напруга низького рівня - U 0; напруга високого рівня - U 1.
 |
Рис. 6.3. Вихідні характеристики ТTЛ логічного елемента
I н1max - максимально можливий струм при напрузі високого рівня на виході елемента;
I н0 max - максимально можливий струм при напрузі низького рівня на виході елемента;
I ¹н max= N ¹ I ¹вх max;
I °н max = N º I ºвх max;
N = min(N ¹, N º),
де N - коефіцієнт розгалуження (число входів аналогічних елементів, підключеннях до цього логічного елемента); І 1вх мах- вхідний струм логічного елемента при максимальній вхідній напрузі (40 мкА для К153ЛА2);
І 0вх мах - вхідний струм логічного елемента при мінімальній вхідній напрузі (1,6 мА для К153ЛА2);
 |
Рис. 6.4. Перехідні характеристики івертуючого
ТТЛ логічного елемента
t з1,0 - час затримки проходження сигналу через логічний елемент при перемиканні його з високого рівня до низького;
t з0,1 - час затримки проходження сигналів через логічний елемент при перемиканні його з низького рівня до високого;
t з сер = 0,5(t з1,0 + t з0,1), де t з сер - середній час затримки розповсюдження сигналу.
Шкали мікроамперметрів відповідають струмам:
а) вхідному – І вх: в лівому положенні перемикача – 100 мкА, в правому положенні перемикача – 1 мА;
б) споживання – І спож: в лівому положенні перемикача – 1 мА, в правому положенні перемикача – 10 мА;
в) вихідному – І вих: в лівому положенні перемикача – 1 мА, в правому положенні перемикача – 10 мА.
Зміна ціни шкали мікроамперметрів досягається за допомогою перемикачів під приладами.
Лабораторний макет – це універсальний прилад, що має розгалужену комутаційну мережу, яка дає можливість реалізувати те чи інше задане підключення мікросхеми. Перемикачі П2, та П3 і перемикачі Т2, Т3, Т4, Т5 як раз і призначені для комутації схем вимірювання. Перемикачем Т1 подається на вхід мікросхеми рівень логічної одиниці або логічного нуля. З допомогою змінних резисторів R 2 і R 3 регулюється напруга на вході та виході мікросхеми. Гнізда Гн1, Гн2, Гн3 призначені для підключення зовнішніх приладів.
Для виконання лабораторної роботи потрібен прилад – вольтметр типу В7-26, або ВК7-3 (А4-М2).
4. Завдання.
4.1. Ознайомитись з теоретичною частиною роботи.
4.2. Виміряти значення вхідних струмів мікросхеми I 1вх та І 0вх при високому та низькому рівнях напруги на входах 1, 1-8, фіксуючи при цьому струм споживання І спож.
Вимірювання I 1вх
При вимірюванні І 1вх мікросхеми на вхід, що перевіряється, подають напругу U 1вх та вимірюють результуючий струм в колі цього виводу. При цьому на всі інші входи ІМС подають напругу U 0вх.
Виконати комутацію на передній панелі макета: перемикач I вх - ліворуч, перемикач І спож - ліворуч, Т1 - догори, Т2, Т3 - донизу, перемикачі П2, П3 в положенні 1, Т4 і Т5 - неістотно. Цим самим комутується схема рис. 6.5 для вимірювання І 1вх на вході 1. Ввімкнути перемикач "МЕРЕЖА". Виміряти І 1вх та I спож. Щоб виміряти І 1вх на об’єднаних входах 1-8 треба поставити перемикачі І спож - праворуч, Т3 - догори. Виміряти І 1вх 1-8, I cпож.
Вимірювання І 0вх
При вимірюванні І 0вх мікросхеми, на вхід, що перевіряється, подають напругу U 0вх та вимірюють результуючий струм в колі цього виводу. При цьому на всі інші входи ІМС подають напругу U 1вх.
Виконати комутацію на передній панелі макета: вимкнути перемикач "МЕРЕЖА", перемикач I вх праворуч, перемикач І спож - ліворуч, перемикачі Т1, Т3 - донизу, Т2 - догори, перемикачі П2, ПЗ в положенні 1, Т4 і Т5 — несуттєво. Цим самим комутується схема рис. 6.5 для вимірювання І 0вх на вході 1. Ввімкнути мережу і зробити вимір І 0вх та I спож. Щоб виміряти І 0вх на об’єднаних входах 1-8 треба поставити перемикачі Т2 - донизу, Т3 - догори.
4.3. Зібрати схему рис. 6.6, для дослідження характеристики передачі логічного елемента U вих = f (U вх). Для цього виконати комутацію на передній панелі макета: вимкнути макет, положення перемикачів І вх, І вих не має значення, І спож - праворуч, положення перемикачів Т1, Т5 не має значення, перемикач Т3 - догори. Перемикач П2 в другому положенні, П3 - не має значення. Зовнішній вольтметр В7-26 підключається до гнізда Гн2 і приєднується за допомогою перемикача Т4: при верхньому положенні - до входу 1 ІМС, а при нижньому - до виходу ІМС. Змінний опір R 3 в крайньому лівому положенні.
Рис. 6.5. Схема для вимірювання вхідних струмів I ¹вх і I ºвх
Ввімкнути макет. Зняти характеристику передачі ІМС U вих = f (U вх), для об’єднаних входів 1-8, у всьому діапазоні зміни опору R 3, де крайнє ліве положення ручки відповідає низькому рівню, а крайнє праве - високому. Взяти не менше 10 відліків, одночасно фіксуючи І спож = f (U вх).
4.4. По знятій характеристиці визначити завадостійкості U +N і U N, поріг перемикання (чутливості) U N, та логічні рівні U 0 і U 1.
4.5. Зняти вихідну характеристику ІМС для низького рівня напруги на виході U 0вих = f (I 0н). Для цього треба вимірювати U 0вих.
Рис. 6.6. Схема для дослідження характеристики передачі
логічного елемента U вих= (U вх)
Вимірювання U 0 вих
При вимірюванні U 0 вих ІМС ТТЛ на її виході необхідно забезпечити низький рівень напруги при наявності вихідного струму, для чого на об’єднані входи 1-8 подають рівень порогової напруги U 1пор. На досліджуваний вихід подають струм від генератора струму.
Зібрати схему рис. 6.7. для дослідження вихідної характеристики для низького рівня напруги на виході U 0вих= 
(І0н) для цього виконати комутацію на передній панелі макета: вимкнути макет, положення тумблерів І вх, І вих, І спож - праворуч, тумблери ТІ, Т3 - догори, Т4 – донизу, Т2, Т5 - донизу. Перемикачі П2 у положенні 1, П3 у положенні 2. Опір R2 - у крайньому лівому положенні. Зовнішній вольтметр підключити до гнізда Гн2. Цим самим реалізується схема рис. 6.7.
Ввімкнути макет. Зняти вихідну характеристику, змінюючи опір R2 у 10 точках в межах 0-10мА. Одночасно фіксувати значення струму споживання І спож.
Вимірювання U 1вих
Зняти вихідну характеристику ІМС для високого рівня напруги на виході U 1вих = f (І1н). Для цього треба вимірювати U 1вих.
При вимірюванні U 1вих ІМС ТТЛ на її перевіреному виході. необхідно забезпечити високий рівень напруги при наявності вихідного струму. На досліджуваний вихід подають струм від генератора струму. На об’єднані входи 1-8 подають рівень порогової напруги U 0пор.
Зібрати схему рис. 6.8 для дослідження вихідної характеристики для високого рівня напруги на виході U 1вих= (I 1н), для цього виконати комутацію на передній панелі макета: вимкнути макет, положення перемикачів I вх, I вих, I спож - праворуч, перемикачі Т1, Т5 - донизу, Т3 - догори, Т2, Т4 - не істотно. Перемикачі П2 у положенні 1, П3 у положенні 3. Змінний опір R 2 - в крайньому лівому положенні. Зовнішній вольтметр підключити до гнізда Гн3.
Ввімкнути макет. Зняти вихідну характеристику, змінюючи опір R 2, у 10 точках в межах 0-10 мA. Одночасно фіксувати значення струму споживання.
Рис. 6.7. Схема для дослідження вихідної характеристики
при низькому рівні напруги на виході ІМС
4.7. За допомогою знятих характеристик визначити навантажувальну здатність за струмами при U 1вих = 2,4 В і U 0вих = 0,4 В. Розрахувати коефіцієнти розгалуження N 1, N 0, N.
4.8. Визначити потужність споживану логічним елементом від джерела живлення в статичному режимі.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
 Сейчас читают про:
  6233 6056 |
