Измерение электpофизических характеристик полевого транзистора

Описание лабораторной установки и практические задания

Состав лабораторной установки

Внешний вид установки можно увидеть на рис. 1. В её состав входят: два источника питания 1, многопредельный миллиамперметр 2, измерительный модуль 3, осциллограф 4 и генератор сигналов 5.


Рис. 1.

1. Блоки питания
Для питания схемы используются два лабораторных источника питания GPS3030D. Как пользоваться прибором, читаем здесь..

2. Многопредельный миллиамперметр
Для измерения тока в работе используется мультиметр APPA-201N. Основные приёмы работы с ним можно прочитать здесь.

3. Измерительный модуль
Исследуемый транзистор и несколько пассивных элементов помещены в диэлектрический бокс, обеспечивающий защиту элементов схемы от внешних факторов и защищающий экспериментаторов от неблагоприятных воздействий (рис 2). Для подсоединения питающих напряжений и измерительных приборов на корпусе модуля имеются клеммы и ВЧ разъёмы.


Рис. 2.

4. Осциллограф
Для визуализации сигналов в данной установке используется осциллограф ОСУ-10А. Как пользоваться осциллографом, вкратце рассказано по этой ссылке.

5. Генератор сигналов
Генератор сигналов UTG9000C служит для подачи сигнала на затвор исследуемого транзистора. Форма, частота и другие параметры сигнала зависят от поставленного задания. Краткую инструкцию по использованию генератора читайте здесь.

Практические задания

1. Измерение переходных характеристик транзистора Iс = f (Uз)
Для выполнения этого задания используется схема рис. 3. Здесь и далее транзистор включен по схеме с общим истоком.


Рис. 3.

Обратите внимание на резисторы R1 и R2 в цепи затвора транзистора. Если не принять во внимание их влияние на режим работы транзистора, то дальнейшие измерения будут проведены неверно.
Проведите измерение семейства переходных характеристик при напряжениях на стоке транзистора 0.5 В, 2.0 В и
10.0 В.
Ток стока должен быть не более 15 мА, напряжение затвора не более 2.5 В.
Рассчитайте крутизну переходной характеристики транзистора для каждого напряжения стока.

2. Измерение выходных характеристик транзистора Iс = f (Uс)
Выполнение этого задания производится при включении транзистора по схеме рис. 3.
Проведите измерение семейства выходных характеристик при напряжениях на затворе транзистора 0 В, -0.5 В, -1.0 В.
Напряжение исток-сток должно быть не более 10 В.
Ток стока должен быть не более 15 мА.

3. Режимы работы транзистора
Соберите схему рис. 4.


Рис. 4.

Установите напряжение E1=10.0 В. Изменяя напряжение на затворе транзистора, переведите транзистор в режимы: отсечки, насыщения, линейный. В каждом из режимов:
- определите напряжение на затворе;
- измерьте напряжение и ток стока.
Подайте с генератора сигналов синусоидальный сигнал амплитудой частотой 10...50 кГц. Изменяя амплитуду сигнала в пределах 0,2...2 В, в каждом из режимов:
- получите осциллограмму выходного сигнала, характеризующую этот режим;
- зарисуйте (сфотографируйте) осциллограмму выходного сигнала.
Если вы выполненяете работу онлайн ответьте на вопросы:
- какое напряжение и ток стока в режиме отсечки?
- при каком напряжении на затворе транзистор переходит в режиме отсечки?
Для ответов на вопросы используйте результаты измерений в заданиях 1 и 2. Напряжение источника Е1=10.0 В.

4. Измерение коэффициента усиления однокаскадного усилителя
Измерение производится по схеме рис. 4.
Установите линейный режим работы транзистора. Подайте с генератора сигналов синусоидальный сигнал 100...200 мВ, частотой 10...50 кГц. Получите на осциллографе выходной сигнал. Скорректируйте положение рабочей точки и уровень входного сигнала для достижения минимальных искажений выходного сигнала (рис. 5).



Рис. 5.

При онлайн измерениях транзистор сам устанавливается в линейный режим, амплитуда входного напряжения соответствует требуемому значению. Проведите измерение зависимости коэффициента усиления по напряжению от частоты усиливаемого сигнала. Найдите граничные частоты усиления.
Совет: при построении графика частоту откладывайте в логарифмическом масштабе (по основанию 10).

5. Измерение времени переключения транзистора
Измерение производится по схеме рис. 4.
Установите транзистор в режим отсечки. Подайте с генератора прямоугольный сигнал «меандр» частотой 120...150 кГц, напряжением 2...3 В. Получите на осциллографе выходной сигнал.
Подстройте уровень выходного напряжения генератора так, чтобы транзистор переключался из режима отсечки в режим насыщения. Примерный вид осциллограммы см. на рис. 6.



Рис. 6.

При онлайн измерениях транзистор сам устанавливается в необходимый режим, амплитуда входного напряжения соответствует требуемому значению. Измерьте зависимость времени переключения транзистора из режима отсечки в режим насыщения и из режима насыщения в режим отсечки в зависимости от напряжения на затворе
Оцените предельную частоту усиления транзистора, сравните со значением, полученным в предыдущем задании.

Техника безопасности

1. В лабораторной установке используются низкие напряжения, не опасные для жизни, поэтому дополнительных требований к безопасности нет.
2. Сборку, разборку и любые изменения в схеме следует производить только при выключенном питании.
3. После сборки схемы перед её включением следует пригласить заведующего лабораторией. Он проверит правильность сборки схемы и проведёт инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.