«Дыхание» транзистора или когда все изменяется...

Условие

Республиканская олимпиада 2015 11 класс № Э1

Ничего не понимаю, но делать надо! (Основное правило «олимпиадников»)

Современные компьютеры, смартфоны содержат десятки миллионов транзисторов. Мощь человеческого интеллекта и современных технологий делают работу огромного числа транзисторов согласованной!

Вам предстоит изучить некоторые характеристики всего лишь одного транзистора малой мощности МП41, широко применявшегося на практике 50 лет тому назад.

Если вы первый раз услышали слово транзистор, то можете ознакомиться с «Кратким описанием» принципов его работы.

В данной работе Вам предстоит исследовать работу транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Основное назначение этой схемы – усиление сигнала, который подается на базу транзистора.

Оказывается, что малое изменение тока базы существенно влияет на силу тока коллектора, именно благодаря этому осуществляется усиление сигнала «по току».

Для выполнения работы для вас собрана следующая электрическая схема.

Кружочками на схеме с номерами 1, 2, 3, 4, 5 обозначены штырьковые контакты,

предназначенные для удобства подключения вольтметра и милливольтметра при измерении напряжения.

Для регулировки напряжения, подаваемого на базу-эмиттер, используется проволочный реостат . Измерения необходимо делать аккуратно, так как ток базы в несколько микроампер существенно изменяет ток коллектора!

Для подачи изменяемого напряжения на коллектор – эмиттер используется батарея из 6 элементов. Для измерения малого тока базы и напряжения база-эмиттер используется мультиметр, работающий в режиме измерения напряжений. Снимать показания с мультиметра следует с точностью до милливольта. Для расчета тока базы используйте

результаты измерений напряжения на резисторе $Ом$ (контакты 1-2). С помощью мультиметра также можно измерять напряжение между базой и эмиттером (контакты 2-3).

Для измерения тока коллектора используйте результаты измерений напряжения на нагрузке (контакты 4-5). Эти измерения проводите с помощью школьного вольтметра с точностью до десятых долей вольта.

При расчетах внутренними сопротивлениями источников можно пренебречь.

Внимание! Сопротивление школьного вольтметра не слишком велико (его нельзя считать идеальным). Поэтому сопротивление нагрузки (резистора и соединенного с ним вольтметра) измерьте предварительно с помощью мультиметра, переключив его в режим измерения сопротивления. (запишите значение этого сопротивления). По причине малости сопротивления вольтметра с его помощью нельзя измерять напряжение между коллектором и эмиттером – подключение вольтметра к контактам 4-3 существенно изменяет все параметры рассматриваемой схемы!

Строго соблюдайте полярность подключения источников к блоку усиления!

Основной целью данной работы является выбор параметров изучаемой схемы, при которых она может работать в качестве усилителя. Выбор этих параметров обусловлен двумя критериями:

Усиление должно происходить без искажения сигнала, т.е. связь между током коллектора и током базы должна быть линейной.
Имеются ограничения для силы тока коллектора, напряжения коллектор – эмиттер и мощности теплоты, выделяющейся на транзисторе.

Часть 1. Входные характеристики транзистора

Входные характеристики показывают зависимость тока базы $Б$ от напряжения между эмиттером и базой $ЭБ$ при постоянном напряжении между эмиттером и коллектором $ЭК$ .

1.1 Измерьте зависимости силы тока базы $Б$ от напряжением между базой $ЭБ$ при напряжениях между эмиттером и коллектором равным $ЭК В$ , $ЭК В$ . Постройте графики полученных зависимостей на одном бланке.

Измерения проведите при напряжениях на резисторе , изменяющихся в пределах от 10 до 80 мВ. Для подачи напряжения на коллектор-эмиттер закоротите проводником резистор .

Часть 2. Выходные характеристики транзистора

Выходные характеристики транзистора показывают зависимость тока коллектора ( $К$ , мА) от напряжения между эмиттером и коллектором ( $ЭК$ , В) при постоянном значении тока базы ( $Б$ , мкА).

Отключите провод между контактами 4 и 5. Подключите вольтметр к резистору .

2.1 Установите последовательно напряжение на резисторе $Ом$ мВ при $В$ и, дотрагиваясь контактом D последовательно к шести контактам источника () – (), измерьте значения напряжения на нагрузке для соответствующих напряжений источника при установленном токе базы.

После каждого размыкания контакта D с источником тока проверяйте установленное значение тока базы (напряжение )!

2.2 Вычислите значения тока коллектора $К$ и напряжение эмиттер-коллектор $ЭК$ для соответствующих значений тока базы и напряжения источника.

2.3 Постройте графики (на одном бланке) зависимости тока коллектора ( $К$ , мА) от напряжения эмиттер – коллектор ( $ЭК$ , В) при соответствующем токе базы.

Часть 3. Усиление транзистора по току

3.1 Измерьте зависимость силы тока коллектора $К$ от тока базы $Б$ при постоянных значениях напряжения равных 3,0 В, 4,5 В, 6,0 В. Постройте графики полученных зависимостей на одном бланке. Сила тока базы не должна превышать 0,3 мА

3.2 Какое напряжение является оптимальным для работы данного усилителя? Ответ обоснуйте.

3.3 Для оптимального значения рассчитайте коэффициент усиления по току $К Б$ (Рассчитывать погрешность не требуется!)

Часть 4. Рабочая область и ограничения

Допустимый рабочий диапазон транзистора:*

по напряжению $В ЭК В$ ;
по току $м А К м А$ ;
по мощности $К К ЭК м В т$ .

4.1 На диаграмме ( $ЭК К$ ) постройте область допустимых значений напряжения эмиттер-коллектор и силы тока коллектора.

4.2 Используя входные и выходные характеристики транзистора, график зависимости $К Б$ , определите:

4.2.1 максимальный, минимальный ток коллектора $К$ , $К$ и, соответствующий им, максимальный и минимальный ток базы $Б$ , $Б$ , допускающих работу транзистора без искажений входного сигнала;

4.2.2 максимальное и минимальное значение напряжения входного сигнала $Э Б$ , $Э Б$ , допускающих работу транзистора без искажений входного сигнала.

Смотреть решение →

Условие

Оригинал в архиве олимпиады