Исследование биполярного транзистора

Цель работы: изучение статических характеристик и параметров биполярного плоскостного транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, транзистор МП40, соединительные провода.

Основные теоретические сведения

Биполярный транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами. В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов p-n-р и n-p-n (рис. 6 а, б). Их условное обозначение на электронных схемах показано на рис. 6 в, г.

исследование биполярного транзистора - student2.ru Центральную часть кристалла называют базой. С одной стороны к базе примыкает область с высокой концентрацией примеси, которая называется эмиттером, а с другой стороны базы – область с низкой концентрацией примеси, называемая коллектором. Так же называются p-n-переходы, создаваемые этими слоями со слоем базы, а также внешние выводы этих слоев. Внешнее напряжение подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода - в обратном направлении.

Поскольку в эмиттерном переходе внешнее напряжение действует в прямом направлении, потенциальный барьер для дырок, основных носителей зарядов эмиттерного слоя в p-n-p-транзисторе, уменьшается, и дырки из эмиттера под действием диффузии будут в большом количестве переходить (инжектировать) в область базы. Большинство дырок в последующем достигает коллектора и вызывает коллекторный ток транзистора.

Существуют три способа включения транзистора (рис. 7):

· с общей базой (ОБ) (рис. 7, а);

· с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 7, б);

· исследование биполярного транзистора - student2.ru с общим коллектором (ОК) (рис. 7Э в).

Включение транзистора по схеме с ОЭ получило широкое распространение, так как дает существенные преимущества по сравнению с другими схемами включения: значительное усиление по току, большое усиление по напряжению, максимальное усиление по мощности, большое входное и небольшое выходное сопротивление по сравнению со схемой с ОБ, что упрощает согласование каскадов усилителей.

Для расчета и анализа усилительных каскадов достаточно двух семейств характеристик – входных и выходных (рис.8). Выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ определяют зависимость коллекторного тока Iк=F(Uкэ) при Iб=const (рис.8, а). Входные (базовые) характеристики транзистора отражают зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при фиксированном напряжении коллектор - эмиттер (рис.8, б): Iб= F(Uба) npu Uкэ = const.

исследование биполярного транзистора - student2.ru

По экспериментально снятым и построенным в соответствующих системах координат характеристикам можно определить малосигнальные параметры транзистора – h –параметры.

В режиме малого сигнала характеристики с достаточной степенью точности могут считаться линейными. В этом режиме транзистор принято изображать в виде линейного четырехполюсника (рис.9), связь между входными и выходными параметрами которого выражаются следующими уравнениями:

исследование биполярного транзистора - student2.ru исследование биполярного транзистора - student2.ru

где исследование биполярного транзистора - student2.ru при исследование биполярного транзистора - student2.ru - входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе;

исследование биполярного транзистора - student2.ru при исследование биполярного транзистора - student2.ru - коэффициент обратной связи, показывающий, какая часть напряжения передается с выхода на вход при разомкнутой входной цепи;

исследование биполярного транзистора - student2.ru при исследование биполярного транзистора - student2.ru - коэффициент усиления транзистора по току, измеренный при коротком замыкании на выходе;

исследование биполярного транзистора - student2.ru при исследование биполярного транзистора - student2.ru - выходная проводимость транзистора при разомкнутой входной цепи.

Данные уравнения позволяют определить h-параметры по экспериментальным характеристикам (рис.10, 11):

исследование биполярного транзистора - student2.ru = исследование биполярного транзистора - student2.ru при исследование биполярного транзистора - student2.ru - const;

исследование биполярного транзистора - student2.ru = исследование биполярного транзистора - student2.ru при Iб- const.

исследование биполярного транзистора - student2.ru

исследование биполярного транзистора - student2.ru

исследование биполярного транзистора - student2.ru = исследование биполярного транзистора - student2.ru при исследование биполярного транзистора - student2.ru - const; исследование биполярного транзистора - student2.ru = исследование биполярного транзистора - student2.ru при Iб- const

Для определения исследование биполярного транзистора - student2.ru через рабочую точку проводят касательную к входной характеристике и строят треугольник. Отношение катетов треугольника исследование биполярного транзистора - student2.ru равно исследование биполярного транзистора - student2.ru .

Для определения исследование биполярного транзистора - student2.ru выбирают две входные характеристики, снятые при разных напряжениях Uкэ. Через рабочую точку проводят горизонтальную линию, которая пересекает две входных характеристики, что соответствует Iб-const. Отрезок АВ пропорционален приращению напряжения ΔU*бэ, а приращение напряжения на коллекторе равно разности напряжений, при которых сняты характеристики ΔUкэ.

Для определения исследование биполярного транзистора - student2.ru в области рабочей точки проводят вертикальную линию, которая пересекает две соседние выходные характеристики. Отрезок АВ пропорционален приращению тока ΔIк, а приращение тока базы равно разности токов, при которых сняты выходные характеристики ΔIб.

Для определения исследование биполярного транзистора - student2.ru на выходной характеристике с током базы, близким к току базы в рабочей точке, находят приращение тока коллектора ΔI*к, вызванное приращением напряжения на коллекторе ΔUкэ при постоянном токе базы.

Положение рабочей точки транзистора при его включении в схеме с общим эмиттером определяется пересечением одной из выходных характеристик и нагрузочной прямой. Нагрузочная прямая описывается уравнением Uкк – IкRк, где Ек -ЭДС источника напряжения в цепи коллектора; Rк - сопротивление коллекторной нагрузки. Нагрузочная прямая строится по двум точкам:

Uк= Ек при Iк =0;

Iк = Ек / Rк при Uк =0.

Требования безопасности труда

Не включать лабораторный стенд без проверки преподавателем схемы со­единений. При переключении измерительных приборов в ходе работы выключить тумблер «СЕТЬ».

Порядок выполнения работы

1. Подключить источники питания ГТ и ГН2, измерительные приборы во входной и выходной цепях схемы, соблюдая полярность ( рис. 12).

Во входной цепи использовать прибор блока ИВ для измерения тока базы Iб (РА1), переключатель которого установить в положении ГТ 1 мА, прибор АВМ1 на пределе 1В для измерения напряжения база – эмиттер (PV1).

 
  исследование биполярного транзистора - student2.ru

2. Установить на стенд транзистор.

3. Исследовать зависимость тока базы Iб от напряжения база-эмиттер Uбэ при Uкэ: 0, -5 и -7,5 В. Изменять ток базы регулятором ГТ от 0 до 500 мкА. Данные занести в таблицу, разработанную самостоятельно.

4. Исследовать зависимость тока коллектора Iк от напряжения коллектор-эмиттер Uкэ для трех значений тока базы Iб : 100, 200 и 300 мкА. Для этого сделать следующее:

· отключить РА1 и вставить в гнездо перемычку;

· для измерения тока коллектора использовать прибор АВМ1 (50 мкА);

· снять зависимость Iк =F(Uкэ).

Изменять Uкэ от 0 до 15 В через 2 В до значения Iк =30 мА. Данные занести в самостоятельно составленную таблицу.

5. Исследовать передаточную характеристику транзистора. Ток базы измерить с помощью генератора тока ГТ в пределах от 0 до 500 мкА при Uк = 5В и 10В. Данные занести в таблицу.

Обработка результатов измерений

Построить семейства входных и выходных характеристик с указанными на них областями насыщения, отсечки и активного режима.

По полученным характеристикам рассчитать значения h-параметров для точки, соответствующей Iб =100мкА , Uкэ =5В.

Контрольные вопросы

1. Графическое обозначение транзисторов p-n-p, n-p-n.

2. Как маркируются транзисторы?

3. Как устроены транзисторы р-п-р, n-p-n типов?

4. Принцип действия транзистора.

5. Режимы работы транзистора.

6. Схемы включения транзистора и их особенности.

7. Нарисовать входные и выходные характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

8. Как определить h- параметры транзистора в схеме с ОЭ по характе­ристикам?

Лабораторная работа З

Наши рекомендации