Устройства автоматики на биполярном транзисторе

Цель работы: Изучить работу биполярного транзистора в простейших устройствах автоматики. Познакомиться с устройством и принципом работы управляемого делителя напряжения, фотоэлектрического ключа и реле времени.

Оборудование: стенд ТОЭ, биполярный транзистор p-n-p типа, фоторезистор, светодиод, набор резисторов и конденсаторов. 

 

ЗАДАНИЕ 1. Ответьте на вопросы:

1. Назовите основные отличия биполярных транзисторов от полевых?

2. Начертите принципиальную схему управляемого делителя напряжения на биполярном транзисторе и поясните назначение каждого элемента?

3. Как изменяется сопротивление фоторезистора при изменении освещенности и почему?

4. От каких параметров электрической цепи зависит время разрядки конденсатора?

ЗАДАНИЕ 2. Предварительные эксперименты.

1) Переменное сопротивление и резистивный делитель напряжения

Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рисунке 1а.

Рис. 1.

Последовательно изменяя положение движка резистора R1 от 0 до 10 по делениям шкалы, снимите показания омметра. Данные занесите в таблицу 1 (вторая строка).

Таблица 1

Деления шкалы	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
R1, Ом
Uвых, В

Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рисунке 1б.

Изменяя сопротивление резистора R1, как в первом случае, пронаблюдайте и зафиксируйте  изменения выходного напряжения от U_пит до 0 В. Данные занесите в таблицу 1 (третья строка).

По данным таблицы 1 постройте график зависимости U_вых=f(1/R1).

Сделайте вывод, как зависит напряжение на переменном резисторе U_вых от его сопротивления.

    2) Фоторезистор

Соберите электрическую цепь по схеме, представленной на рисунке 2.

При сборке цепи разместите элементы так, чтобы «окошко» фоторезистора находилось напротив миниатюрной  лампочки накаливания. В схеме использовать лампочку с боковым выходом светового потока!

Изменяя освещенность фоторезистора, пронаблюдайте изменение его сопротивления. Запишите значения сопротивления фоторезистора при его полной засветке и при полном затемнении. R_светл =, R_темн =. Изменение освещения фоторезистора осуществляется изменением яркости свечения лампочки, напряжение на которой можно изменять с помощью регулируемого источника напряжения (0 … 15) В.

Рис. 2.

Сделайте вывод, как изменяется сопротивление фоторезистора при его освещении. Объясните почему?

ЗАДАНИЕ 3.  Транзистор в практических схемах.

1) Управляемый делитель напряжения

Соберите электрическую цепь по приведенной схеме (рис. 3а). Ориентировочное размещение элементов показано на рисунке 3б.

Рис. 3.

Изменяя величину переменного резистора 10 кОм, измерьте напряжение на базе транзистора U_бэ и на его коллекторе U_кэ. Данные занесите в таблицу 2.

    Таблица 2

Деления	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uбэ, В
Uкэ, В

Отметьте, при каком значении напряжения U_бэ напряжение на коллекторе равно половине источника питания U_кэ=1/2U_пит.

По данным таблицы постройте график зависимости U_кэ=f(U_бэ). Сравните его с графиком U_вых =f(1/R1), полученным в первом задании.

Объясните поведение зависимости U_кэ=f(U_бэ) на основе процессов, происходящих в биполярном транзисторе.

2) Фотоэлектронный ключ

Соберите электрическую цепь по приведенной схеме (рис. 4а), разместив элементы на панели так, как показано на рисунке 4б.

Рис. 4.

 

Изменяя освещенность фоторезистора, пронаблюдайте изменение напряжения на базе U_бэ и на коллекторе U_кэ, а также величину тока в цепи коллектора по яркости свечения фотодиода. Запишите значения U_бэ и U_кэ в случае полной засветки фоторезистора, полного затемнения и при двух промежуточных условиях.

Объясните принцип работы данного устройства. Предложите оригинальные варианты применения данного устройства?

3) Реле времени

Соберите электрическую цепь по схеме (рис. 5а.). Ориентировочное размещение элементов показано на рисунке 5б.

Рис. 5.

В качестве конденсатора С* последовательно используйте конденсаторы емкостью (10, 100, 470) мкФ. При подключении конденсаторов обратите внимание на полярность! Замкните и разомкните ключ. Пронаблюдайте изменения напряжения на коллекторе по вольтметру и ток в цепи коллектора по яркости свечения фотодиода при различных значениях емкости конденсатора С*. Экспериментально определите время разрядки конденсатора в каждом случае по времени свечения светодиода в коллекторной цепи: t₁=, t₂=, t₃=. Как будет работать схема в случае отсутствия конденсатора С*? Подумайте, где может быть использовано данное устройство?