Исследование биполярных транзисторов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Цель работы. Изучить устройство, принцип действия и характеристики биполярных транзисторов

1. Краткие теоретические сведения.

Транзистор – полупроводниковый прибор, имеющий трехслойную структуру с двумя p – n переходами. По виду структуры различают транзисторы двух типов: p-n-p ( n- проводящий слой расположен между двумя p-проводящими слоями) и n-p-n (p-проводящий слой расположен между двумя n- проводящими слоями) (рис.4.1).

p

n

p

n

p

n

Э К Э К

Б Б

Э - эмиттер

а) К б) К К - коллектор

Б Б Б - база

Э Э

Рис. 4.1.

Переходы обладают выпрямительными свойствами полупроводникового диода.

В транзисторе p-n-p типа (рис.4.2а) ток эмиттера к коллектору через базу обусловлен неосновными для базы носителями заряда – дырками. При положительном направлении напряжения U_ЭБ эмиттерный p-n переход открывается и дырки из эмиттера проникают в область базы. Часть из них уходит к источнику напряжения U_ЭБ, а другая часть достигает коллектора. Возникает транзитный ток от эмиттера к коллектору, который резко возрастает с увеличением тока базы I_Б и напряжения U_ЭБ.

В транзисторе n-p-n типа (рис. 4.2б) транзитный ток через базу обусловлен также неосновными для базы носителями заряда – электронами. Там они появляются из эмиттера под действием напряжения U_БЭ. Токи эмиттера, коллектора и базы связаны между собой уравнением первого закона Кирхгофа:

I_К = I_Э + I_Б.

p n p

а) I_Э + + I_К

+ +

+ +

U_ЭБ Э Б К U_БК

I_Б

б) n p n

I_Э - - I_К

- -

- -

U_БЭ U_КБ

I_Б

Рис. 4.2

Обычно ток базы I_Б значительно меньше токов I_Э и I_К. Отношение приращения тока коллектора к приращению тока базы называется коэффициентом усиления транзистора по току:

β = ΔI_К/ΔI_Б.

Этот коэффициент может иметь значения от нескольких десятков до нескольких сотен единиц.

Свойства транзистора описываются четырьмя семействами характеристик:

Входная характеристика I_Б(U_БЭ)– зависимость тока базы от напряжения между базой и эмиттером при постоянном напряжении между эмиттером и коллектором U_КЭ.

Выходная характеристика I_К(U_КЭ)– зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при различных фиксированных токах базы I_Б.

Характеристика управления I_К(I_Б)– зависимость тока коллектора от тока базы при U_КЭ = const.

Характеристика обратной связи U_БЭ(U_КЭ)– зависимость напряжения между базой и эмиттером от напряжения между коллектором и эмиттером при различных фиксированных токах базы I_Б.

2. Методика выполнения работы.

2.1. Снять входную характеристику.

Собрать схему рис. 4.3. В работе используется транзистор n-p-n типа КТ – 503Г. Приборы имеют следующие пределы: V1- 20В, V2 – 20В, А1 – 20мкА.

+ А2 +

100к 47к VT

А1

1к 0….15В

15В

V1 V2

- -

Рис. 4.3

Изменяя ток базы от 20мкА до 80 мкА при помощи потенциометра 1кОМ, снять семейство входных характеристик I_Б(U_БЭ) при различных напряжениях U_КЭ, которое изменяется при помощи регулируемого источника постоянного напряжения. Данные занести в табл. 4.1.

Таблица 4.1

UКЭ = 0	UКЭ = 1В	UКЭ = 5В	UКЭ = 10В
IБ, мкА	UБЭ, В	IБ, мкА	UБЭ, В	IБ, мкА	UБЭ, В	IБ, мкА	UБЭ, В

2.2 Построить семейство входных характеристик транзистора I_Б(U_БЭ) при различных напряжениях U_КЭ.

2.3. По данным табл. 4.1. для одного из токов базы I_Б =const, в соответствии с номером варианта из табл.4.3, построить характеристику обратной связи U_БЭ(U_КЭ).

2.4. Снять семейство выходных характеристик I_К(U_КЭ), изменяя напряжение U_КЭ при различных токах базы. Данные занести в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

IБ = 20 мкА	IБ = 40 мкА	IБ = 60 мкА	IБ = 80 мкА
UКЭ, В	IК, мА	UКЭ, В	IК, мА	UКЭ, В	IК, мА	UКЭ, В	IК, мА
0,5		0,5		0,5		0,5

2.5. Построить семейство выходных характеристик.

2.6. По данным табл. 4.2 для одного из значений напряжения U_КЭ = const, в соответствии с номером варианта из табл. 4.3 построить характеристику управления I_К(I_Б).

Таблица 4.3

Вариант
IБ, мкА
UКЭ, В	0,5					0,5

2.7. Используя характеристику управления I_К(I_Б), рассчитать коэффициент усиления транзистора по току β при изменении тока базы от 40 мкА до 60 мкА.

3. Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие пункты:

а) наименование и цель работы;

б) принципиальные электрические схемы для выполненных экспериментов;

в) результаты экспериментальных исследований, помещенные в соответствующие таблицы;

г) обработанные осциллограммы;

д) выводы по работе.

4. Контрольные вопросы.

4.1. Что такое транзистор?

4.2. Как устроен транзистор?

4.3. Принцип действия транзистора.

4.4. Каковы типы транзисторов в зависимости от структуры?

4.5. Характеристики транзистора.

4.6. Как снять входную характеристику?

4.7. Как снять выходную характеристику?

4.8. Что такое коэффициент усиления транзистора по току?

4.9. Как обозначается транзистор на электрических схемах?

4.10. Как обозначаются типы транзисторов?