Исследование статических характеристик

БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: получение экспериментальных вольтамперных характеристик биполярного транзистора при включении его по схеме с общим эмиттером (ОЭ); определение коэффициента передачи тока на выходе для переменного тока; определение коэффициента обратной связи по напряжению на входе для переменного тока.

Основные теоретические положения

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя областями чередующейся электропроводности, двумя электронно-дырочными переходами и тремя электродами, предназначенный для усиления мощности в электрической цепи. Структура транзистора типа n-p-n и схема включения с ОЭ в электрическую цепь представлены на рис. 14.1. При работе транзистора в активном режиме (режиме усиления) к эмиттерному p-n-переходу должно быть подключено прямое напряжение, а к коллекторному – обратное.

Рис. 14.1. Биполярный транзистор и схема его включения с ОЭ

Схема с ОЭ является наиболее распространенной, поскольку обладает наилучшими свойствами усиления мощности электрического сигнала. При включении транзистора по схеме с ОЭ входной является цепь базы, а выходной – цепь коллектора (эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей).

Входной характеристикой транзистора в схеме с ОЭ является зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер , а выходной – зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер .

Семейство входных характеристик ( ) при изображено на рис. 14.2, а. При входная ВАХ имеет вид прямой ветви ВАХ электронно-дырочного перехода, поскольку эмиттерный переход (ЭП) и коллекторный переход (КП) при этом смещены в прямом направлении и соединены параллельно друг другу ( и внутреннее сопротивление этой эдс равно нулю, рис. 14.1). При входная ВАХ смещена вправо вследствие дополнительного падения напряжения на ЭП от протекающего по транзистору коллекторного тока. Это падение напряжения существует даже при отсутствии тока базы и соответствует участку «о-а» на рис. 14.2, а.

а б

Рис. 14.2. Семейства ВАХ транзистора в схеме с ОЭ: а – входных; б – выходных

При уменьшении до нуля (выводы базы и эмиттера соединены между собой) ток базы является обратным током КП и направлен противоположно указанному на рис. 14.1 (участок «о-б» на рис. 14.2, а). Однако этот отрицательный ток базы незначителен, и практически его бывает трудно зафиксировать.

Семейство выходных характеристик ( ) при изображено на рис. 14.2, б. При выходная ВАХ имеет вид обратной ветви ВАХ электронно-дырочного перехода, увеличенной в ( ) раз (где – коэффициент передачи тока), поскольку КП при этом смещен в обратном направлении. При увеличении тока базы выходные ВАХ смещаются вверх на величину .

Характеристикой передачи тока транзистора в схеме с ОЭ является зависимость тока коллектора от тока базы при фиксированном напряжении коллектор-эмиттер . Семейство характеристик передачи тока транзистора в схеме с ОЭ изображено на рис. 14.3.

Рис. 14.3. Семейство характеристик передачи транзистора в схеме с ОЭ

Характеристика передачи тока показывает, что при изменении небольшого по абсолютной величине (микроамперы) тока базы практически пропорционально изменяется значительный ток коллектора (миллиамперы), т. е. в транзисторе происходит процесс усиления электрического сигнала. Некоторая нелинейность характеристик передачи тока транзистора в схеме с ОЭ приводит к нелинейным искажениям усиленного сигнала. Следует отметить, что характеристики передачи могут быть построены без специальных измерений. Для этого можно определить соответствующие параметры по семействам входных и выходных характеристик. Применяются и другие характеристики передачи.

Коэффициент передачи тока на выходе для переменного тока определяется по формуле

.

Коэффициент обратной связи по напряжению на входе для переменного токаопределяется по формуле

.

Соответствующие приращения токов и напряжений определяются по характеристикам транзистора (см. рис. 14.2) при заданном режиме его работы.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему экспериментальной установки (рис. 14.4) в программе EWB. Амперметр А1 измеряет ток базы , вольтметр V1 – напряжение база-эмиттер , вольтметр V2 – напряжение , а амперметр A2 – ток коллектора транзистора.

Рис. 14.4 Схема измерения ВАХ транзистора

2. Измерить напряжения и токи входной ВАХ транзистора при фиксированном значении 5 В. Для этого установить с помощью источника напряжения указанное напряжение, контролируя его по показаниям вольтметра V1. Увеличивая ток базы в диапазоне от 0 до 1 мА с помощью источника тока, записать показания амперметра А1 и вольтметра V1 в табл. 14.1.

Таблица 14.1