Приложение к лабораторной работе №12 (М211 – Автоматика)

Лабораторная работа № 12 (М211 – Автоматика)

Сравнение свойств сигналов транзистора и тиристора

Цель работы:

Изучить принцип действия транзистора и тиристора.

Результаты измерений

Таблица 12.1

Таблица 12.2

Графики

Выводы по работе:
Порядок выполнения лабораторной работы №12 (М211 – Автоматика)

4 провода + (2 д + 3 к) перемычек

1. Убедиться, что все выключатели стенда выключены (находятся в нижнем положении).

2. Собрать схему рис. 12.1. Гнездо «Общ.» вольтметра V соединить длинной перемычкой с ближайшим гнездом корпуса стенда. Гнездо 10 В вольтметра соединить проводом с гнездом над R10. Вольтметр V измеряет входное напряжение.

Для измерения выходного напряжения U_КЭ использовать мультиметр или вольтметр магнитоэлектрической системы V_В с пределом измерения 30 В (больше 15 В).

3. Ручку R11 установить в крайнее левое положение (min).

С разрешения преподавателя включить тумблер «Сеть».

4. Плавно увеличивая величину входного напряжения ручкой R11, устанавливая значения, указанные в таблице 12.1, снять показания миллиамперметра и выносного вольтметра. Результаты измерений записать в таблицу 12.1.

Примечание.При использовании прибора со стрелочным индикатором измерения производить на наиболее точном пределе измерений.

5. Выключить тумблер «Сеть». Ручку R11 установить в крайнее левое положение.

6. Разобрать схему рис. 12.1 и собрать схему рис. 12.2. Вольтметр V использовать на пределе 10 В (на схеме показано пунктиром).

7. С разрешения преподавателя включить тумблер «Сеть».

8. Устанавливая на управляющем электроде VD4 значения входного напряжения, указанные в таблице 12.2, измерить ток и выходное напряжение тиристора U_АК. Результаты измерений записать в таблицу 12.2.

9. После загорания лампы EL1 (открытия тиристора) изменять величину входного напряжения от минимального до максимального значения, вращая R11, убедиться, что состояние тиристора VD4 и его выходное напряжение не изменяются.

10. Выключить тумблер «Сеть». Ручку R11 установить в крайнее левое положение.

11. Доложить преподавателю о выполнении работы. Разобрать схему и сдать рабочее место преподавателю.

12. По результатам измерений (табл. 12.1 и 12.2) построить в единой координатной системе графики U_вых=f(U_вх), I_К=f(U_БЭ), I_К=f(U_КЭ), I_АК=f(U_упр).

13. Сделать выводы по работе.

Приложение к лабораторной работе №12 (М211 – Автоматика)

«Сравнение свойств сигналов транзистора и тиристора»

Основные теоретические положения

Транзистор - полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигнала.

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с двумя р-п переходами и тремя выводами, обеспечивающий усиление мощности электрических сигналов.

Основой транзистора является кристалл полупроводника, в кото­ром создано два р-n перехода (рис. 12.3.).

Рис. 12.3.

Рис. 12.4.

Для нормальной работы между выводами транзистора должны быть включены источники питания. Их можно включить таким образом, чтобы оба перехода оказались под обратным напряжением. Этот режим работы транзистора называют отсечкой. Все токи транзистора практически равны нулю.

Если все переходы включить на прямое напряжение, то такой режим работы называют насыщением. Транзистор работает в активном режиме, если

эмиттерный переход находится под прямым напряжением (открыт), а

коллекторный переход находится под обратным напряжением (закрыт).

Для транзистора справедливо уравнение:

I_э = I_к + I_б

Режимы транзистора подробно описываются с помощью семейства его характеристик (рис. 12.5).

Рис. 12.5.

Основная особенность транзистора состоит в том, что коллекторный ток Iк является кратным базовому току Iб. Отношение их изменений

b = ¶Iк /¶Iб

называют коэффициентом усиления по току.

Второй особенностью является тот факт, что коллекторный ток мало изменяется после достижения Uкэ определённого значения.

Третьей особенностью транзистора является то, что малого изменения входного напряжения оказывается достаточно для того, чтобы вызвать относительно большое изменение коллекторного тока.

Транзистор характеризуется максимальным током коллектора Iкmax, максимальным напряжением коллектор-эмиттер Uкэmax, максимальным напряжением база-эмиттер Uбэmax, максимальным напряжением коллектор-база Uкбmax.

Для транзистора КТ805А максимально-допустимые параметры:

- постоянное напряжение коллектор-база U_кбmax = 100 В,

- постоянное напряжение эмиттер-база U_эбmax = 5 В,

- постоянный ток коллектора I_кmax = 5 А,

- постоянный ток базы I_бmax = 2 А,

- рассеиваемая мощность без теплоотвода P_max = 3 Вт,

- рассеиваемая мощность с теплоотводом P_max = 30 Вт.

Рис. 12.6.

Для анализа схемы с общим эмиттером приложим к ней входное напряжение Uвх = 0,6В (для кремниевых транзисторов) такое, чтобы через коллектор протекал ток. Если теперь входное напряжение повысить на некоторую величину DUвх, то коллекторный ток увеличится в соответствии с выражением:

DIк = S٠DUвх,

где S – крутизна изменения коллекторного тока, S = ¶ I_к /¶ U_бэ при U_кэ=const.

Так как коллекторный ток протекает через сопротивление Rк, то падение напряжения на Rк тоже повышается и выходное напряжение Uвых возрастает на величину

DUвых = -DIк٠Rк = -s٠Rк٠DUвх.

Таким образом, схема обеспечивает коэффициент усиления по напряжению

Кu = DUвых/DUвх = -s٠Rк.

Знак минус указывает, что выходное напряжение имеет полярность обратную входному напряжению.

Транзисторные ключи

Ключ коммутирует (включает и выключает) участки элек­трической цепи. Его действие основано на том, что во включен­ном состоянии он обладает очень

малым, а в выключенном — весьма большим сопротивлением.

В отличие от усилительных схем транзистор ключа рабо­тает в нелинейном режиме: с некоторых значений базового на­пряжения U_б ток его коллектора перестает изменяться вслед за U_б.

Ключ устанавливается последовательно с коммутируемым участком цепи (нагрузкой) или параллельно ему.

На рис. 12.7,а изображена схема параллельного ключа. Ког­да под действием управляющего напряжения U_упр транзистор заперт (выключен), нагрузка R_H через резистор R_K подключена к источнику питания Е_к. Если. управляющим напряжением обеспечивается насыщение (включение) транзистора, нагрузка оказывается зашунтированной его незначительным сопротивле­нием и напряжение на ней близко к нулю.

На рис. 12.7,б приведена схема последовательного ключа. При включенном транзисторе нагрузка R_H подключается к на­пряжению U_вх, при выключенном — эта связь обрывается. Данный ключ будет нормально работать при U_вх > 0. Ключевые свойства транзистора не являются идеальными (R_вкл ≠ 0, R_вык ≠ ∞). Поэтому для повышения эффективности

а) б)

Рис. 12.7

коммутации ее иногда осуществляют одновременно последова­тельным и параллельным ключами. При этом для подключе­ния нагрузки транзистор последовательного ключа включается, а транзистор параллельного ключа выключается. Для отключе­ния нагрузки состояния транзисторов изменяются на противо­положные.

Основными параметрами транзисторного ключа являются сопротивления во включенном и выключенном состояниях, остаточное напряжение на ключе и быстродействие, опреде­ляемое временем переключения.

Ключи используются не только по прямому назначению, но и входят в основные цифровые элементы и импульсные устройства.

Ключи на биполярных транзисторах.В ключевом каскаде транзистор обычно включается по схеме с общим эмиттером. Именно этот вариант имеется в виду при рассмотрении стацио­нарных и переходных режимов ключей на биполярных транзи­сторах.

Стационарные состояния ключа.Ключевой каскад (рис. 12.8, а) может находиться в одном из двух стационарных состояний: во включенном (транзистор насыщен) и в выклю­ченном (транзистор заперт).

Режим насыщения возникает при положительном упра­вляющем напряжении, если создаваемый им базовый ток I_б удовлетворяет условию

I_бβ ≥ I_кн

где β — коэффициент усиления базового тока; I_кн — ток насы­щения коллектора.

При насыщении транзистора I_к = I_кн ≈ E_k/R_к , U_кн = E_k – I_кн R_н ≈ 0.

Рис. 12.8

Режим отсечки, (транзистор заперт) возникает при отрица­тельном управляющем напряжении, если оно обеспечивает за­пирание эмиттерного перехода (U_бэ ≤ 0). Так как в рассматри­ваемом режиме в цепи базы проходит вытекающий из нее обратный ток коллекторного перехода (I_ко), указанное усло­вие запишем в виде

— U_упр + I_{ко max} R_б ≤ 0,

где U_упр - абсолютное значение отрицательного управляюще­го напряжения; I_{ко max} - значение обратного тока при макси­мальной рабочей температуре.

В режиме отсечки I_к = I_ко ≈ 0, U_к = Е_к – I_ко R_k ≈ Е_к .

Тиристором называется полупроводниковый прибор с тремя и бо­лее n-р переходами, который может находится в одном из двух устой­чивых состояний: в состоянии низкой проводимости (закрыт) или в состоянии высокой проводимости (открыт).

Тиристоры можно считать аналогом электрических контактов, которые могут быть замкнуты или разомкнуты. Маломощные тиристоры применяют в релейных схемах и коммутирующих устройствах. Мощные тиристоры применяют при создании управляемых выпрямителей, инвер­торов и различных преобразователей. У трехэлектродных тиристоров имеется вывод, называемый управляющим. Управляющий электрод под­ключают к источнику, который создает ток управления. При отсутствии тока управления работа тиристора ничем не отличается от работы диодного динистора. При 1упр. = 0 переключение тиристора из закрытого состояния в открытое происходит при меньшем анодном напряже­нии. Таким образом, работой тиристора можно управлять, воздействуя на объемные заряды в базах. Зависимость напряжения включения Uвкл. от тока управления Iупр,

Рис. 12.9.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: