Частина 4

Мета: навчитись визначати та реалізувати ключові режими роботи біполярних і польових транзисторів; ознайомитись зі схемами та принципами роботи логічних інверторів.

Порядок виконання:

1. Зібрати схему для дослідження режиму насичення біполярного транзистора(Рис.4.1). У запропонованій схемі застосувати транзистор, що має коефіцієнт підсилення у схемі з загальним емітером β=100.

Рис.4.1 Схема дослідження ключового режиму бінарного транзистора

Рис.4.2 ВАХ транзисторів

Рис.4.3 Сім’я ВАХ транзисторів

2. Користуючись сім'єю вольт-амперних характеристик біполярного тра­нзистора (рис.4.3), розрахувати мінімальне значення струму бази І_bn, що забез­печує режим насичення при заданих колекторних опорах R_с1 = 1kOm і R_с2=2kOm. Значення електрорушійної сили (ЕРС) джерела живлення Е_к=10V. Необхідні розрахункові формули наводяться нижче:

3. За допомогою перемикача С (рис.4.1) вмикати R_с1 = 1kOm. Поступо­во збільшуючи U_іп, зафіксувати показники вимірювальних приладів. Потім по­вторити те саме при R_с2 = 2Om (табл. 1.1 і 1.2)

Табл.1.1

Табл.1.2

За результатами експериментів визначити струм бази I_bн, як значення I_b, що вже не відповідає умові I_c=β* I_b, і визначити експериментально значення мінімальної вхідної напруги U_in, що забезпечує режим насичення транзистору. Порівняти значення I_bn, отримані при розрахунках і експериментально. Визначити, як впливає величина R_c на значення I_bn і U_ben=U_in.

4. Зібрати схему для дослідження режиму насичення польового транзистора МОП-технології (MOSFET)(Рис. 4.4)

Рис.4.4 Схема ослідження ключового режиму поьового транзистора

5. Повторит пункт 3 для вказаної схеми і заповнити таблиці 1.3 та 1.4:

Табл.1.3

Табл.1.4

Пояснити відсутність струму I_g в режимі насичення. Порівняти U_ds і U_ce для режимів насичення обох типів транзисторів. Зробити відповідні висновки.

6. Активізувати фай «non_bin.ca3», що моделює логічний інвертор у різних режимах роботи (рис. 1.4). Пояснити призначення кожного елемента схеми, а також перемикачів A; B; C; G.

Рис.4.5 Схема дослідження логічного інвертора на біполярному транзисторі

7. Перемикач G встановити в положення, що дає змогу подавати на вхід схеми постійні рівні «0» або «1». За допомогою перемикачів В і С реалізувати усі можливі значення R_c і R_b, вимірюючи для кожної схеми рівень вихідної напруги U_”0”=0V при двох рівнях вхідної напруги (U_”1”=5V; U_”0”=0V). Отримані значення U_ce занести в таблицю1.5.

Табл.1.5

Пояснити чому U_ce в режимі насичення при R_b=10kOm менше ніж при R_c=1kOm

8. Враховуючи що логічний рівень «1» відповідає U>4V, а логічний рівень «0»-U>=0.6V, записати логічне рівняння для розглянутої схеми. Визначити, який з досліджених режимів відповідає цьому рівнянню. Яка логічна функція при цьому реалізується? Чи відповідає ця функція роботі логічного інвертора?

9. Перемикач G встановити в положення, що забезпечує керування схемою від генератора імпульсів. На лицевій панелі генератора встановити режим прямокутного сигналу зі сквапністю 50%, значення “offcet”, - в положення «0». Активізувати лицеву панель осцилографа і отримати стійке зображення U_вх і U_ce.

10. Поступово змінюючи амплітуду U_вх 0,5 – 5V і використовуючи для цього ручки генератора “Amplitude” і “Offcet”, зафіксувати амплітуду U_{вх min}, яка забезпечує U_се<=0.6V у відкритому положенні транзистора. Накреслити осцилограми U_се для кожного експерименту 0,9 U_{вх min} і 1,1 U_{вх min}. Пояснити незмінність осцилограми U_се при 1,1 U_{вх min} і 0,9U_{вх min}.

11. Активізувати файл “1non_bin.ca3”, що дає змогу визначити навантажувальну здатність логічного інвертора на біполярному транзисторі рис.4.6).

Рис. 4.6 Схема визначення навантажувальної здатності логічного інвертора на біполярному транзисторі

Примітка: за елемент навантаження прийняти аналогічний інвертор , що розташований у магазині елементів електронної лабораторії під назвою “NON_ST”.

12. Поступово збільшуючи кількість елементів навантаження, що під­ключені до виходу інвертора, за наявності на його виході логічного рівня "1", а також значень R_c і R_b, щоразу визначати величину U_сe (U_се контролюється за до­помогою вольтметра U_out).Дані експерименту занести в таблицю 1.6.

Визначити максимальну кількість підключених елементів, що забезпечує умову U_ce>4V . Зробити висновок щодо впливу значень колекторного опору ін­вертора та вхідного опору елементів навантаження на навантажувальну здат­ність інвертора. (Зауважимо, що навантажувальна здатність будь-якого логічно­го елемента визначається саме кількістю підключених елементів навантаження, що ще задовольняють умову U_ce > =U_”1”min.У нашому випадку U_”1”min = 4V.)

Табл.1.6

13. Активізувати файл "non_jfet.ca3", що є реалізацією інвертора на польових транзисторах із динамічним опором навантаження, роль якого вико­нує також польовий транзистор (рис.4.7). Пояснити принцип дії динамічного опору навантаження.

14. Змінюючи логічні рівні вхідного сигналу («1» або «0»), визначити відповідні рівні вихідного сигналу і огічну функцію, що реалізується за допомогою цієї схеми. Порівняти логічні рівні вихідного сигналу з аналогічними рівнями інвертора на біполярному транзисторі. Зробити відповідні висновки.

Рис.4.7 Інвертор на польовому транзисторі

Контрольні запитання:

1. Як впливає колекторний опір інвертора на біполярних транзисторах на мінімальний рівень вхідного сигналу насичення, а також на навантажувальну здатність інвертора?

2. В якому інверторі значення вихідної напруги, що відповідає логічному рівню «0», є більшим – в інвертора на біполярному чи на польовому транзисторі?

3. Чому навантажувальна здатність інвертора на польовому транзисторі більша ніж на біполярному?

4. Чому застосування динамічного опору стоку польового транзистора різко зменшує вихідну напругу, що відповідає логічному рівню «0»?

5. Як впиває на навантажувальну здатність інверторів вхідний опір елементів навантаження?