Методические указания к лабораторной работе по исследованию статических характеристик и параметров биполярных транзисторов цель работы
Вид материала | Методические указания |
Содержание3. Описание лабораторной установки 4. Порядок выполнения работы 5. Содержание отчета 6. Контрольные вопросы |
- Полупроводниковые приборы, 355.8kb.
- Методические указания к лабораторной работе по курсу «Информатика» для студентов всех, 254.72kb.
- Методические указания к лабораторной работе по курсу «Информатика» Основы алгоритмизации, 441.82kb.
- Изучение полупроводникового диода Методические указания к лабораторной работе, 269.79kb.
- Методические указания по проведению лабораторной работы для студентов Vкурса специальности, 364.3kb.
- Методические указания к выполнению лабораторной работы №23 по физике для студентов, 142.34kb.
- Методические указания по выполнению лабораторной работы на пэвм для самостоятельной, 1165.71kb.
- Методические указания к лабораторной работе №3 по дисциплине «Периферийные устройства», 217.77kb.
- Методические указания к лабораторной работе по курсу «Механизация животноводческих, 506.22kb.
- Методические указания к выполнению лабораторной работы №10 для студентов очной формы, 240.19kb.
Методические указания к лабораторной работе по исследованию статических характеристик и параметров биполярных транзисторов
- ЦЕЛЬ РАБОТЫ
- Изучить свойства, конструкцию, принцип работы, схемы включения и режимы работы биполярного транзистора.
- Экспериментально и теоретически исследовать входную и выходную характеристики биполярного транзистора, определить по характеристикам "h" параметры.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
2.1. Принцип работы биполярного транзистора
Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, предназначенный для преобразования или генерации электрических сигналов, а представляющий собой трехслойную структуру с двумя встречно включенными p-n переходами.
Термин "биполярный" подчеркивает роль обоих носителей заряда - электронов и дырок - в создании тока через прибор. Различают транзисторы двух типов: p-n-p (рис.2.la) и n-p-n (рис.2.1б).
Один из крайних слоев (рис.2.1) например левый, называется эмиттером (сильно легированный слой с меньшей площадью). Эмиттер (Э) служит источником носителей заряда (электронов или дырок). Прилегающий к эмиттеру переход П1 называют эмиттерным. Правый слой называется коллектором (слабо легированный слой с большой площадью). Коллектор (К) принимает носители заряда, поступающие от эмиттера через базу. Переход П2 прилегающий к коллектору, называют коллекторным. Центральный слой - база (Б) - имеет значительно меньшую по сравнению с эмиттером и коллектором концентрацию примесных атомов.
На эмиттерный переход П1 подается прямое напряжение, поэтому даже при небольших напряжениях через П1 проходят большие токи. На коллекторный переход П2 подается обратное напряжение. Оно обычно в несколько раз выше напряжения на П1.
На рис. 2.2а и 2.2б показано графическое изображение транзисторов на схемах, соответственно типов p-n-p и n-p-n.
П
ринцип работы биполярного транзистора рассмотрим на примере p-n-p транзистора (рис. 2.3а,б).
Н
а рис. 2.3а эмиттерный ток Iэ = 0, так как приложено только обратное напряжение к коллекторному переходу П2, то в транзисторе создается только начальный коллекторный ток Iкo через переход П2, обусловленный неосновными носителями. Ток Iko(10 - 100)мкА для германиевых транзисторов а Iko (0,1 - 10)мкА для кремниевых транзисторов. При повышении температуры число неосновных носителей заряда возрастает, и Iko увеличивается.
При подключении эмиттера к положительному зажиму источника питания Еэ (рис.2.3б) возникает эмиттерный ток Iэ. Так как внешнее напряжение приложено к переходу П1 - в прямом напряжении, дырки преодолевают его и попадают в область базы, где частично рекомбинируют с ее электронами, образуя базовый ток Iб.
Поскольку базу выполняют из полупроводника с малой концентрацией примеси, лишь небольшое число дырок, попавших в область базы, рекомбинируют с ее электронами, а в основном, дырки вследствие теплового движения (диффузии) и под действием поля коллектора (дрейф) достигают коллектора, образуя в коллекторной цепи ток Iк.
Связь между коллекторным и эмиттерным токами характеризуется коэффициентом передачи тока
Так как , коэффициент передачи тока всегда меньше единицы. Для современных биполярных транзисторов
Токи в транзисторе связаны соотношениями:
(2.2)
(2.3)
где - неуправляемый тепловой ток.
2.2. Схемы включения биполярных транзисторов
При использовании транзистора в усилительных устройствах один из его электродов является входным, а другой - выходным. Третий электрод является общим относительно входа и выхода. В цепь входного электрода включается источник входного переменного сигнала, а в цепь выходного - нагрузка.
В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис. 2.4-2.6).
Для анализе работы этих схем пользуются следующими показателями:
- коэффициент усиления (передачи) по току:
(2.4)
- коэффициент усиления по напряжению:
(2.5)
- входное сопротивление:
(2.6)
С
хема с общей базой
где , , , - приращения входного и выходного токов и напряжений.
(2.7)
(2.8)
где - входное сопротивление транзистора для схемы с общей базой.
Схема имеет малое входное сопротивление
(2.9)
и большое выходное сопротивление
. (2.10)
С
хема с общей базой не дает усиления по току, но обладает наибольшей термостабильностью.
Схема с общим эмиттером
(2.11)
(2.12)
т.к. (2.13)
значительно больше, чем для схемы с общей базой. Малая величина управляющего (входного) тока и наибольшие значения коэффициента усиления по мощности обусловили широкое применение этой схемы.
(2.14)
Недостатком этой схемы является ее низкая термостабильность.
Н
а практике используют схему, эквивалентную схеме с общим коллектором. Схема с общим коллектором
(2.15)
(2.16)
где .
Эта схема обладает малым выходным и большим входным сопротивлением, не дает усиления по напряжению и используется для согласования отдельных ступеней усиления.
Режимы работы транзисторов
Каждая из схем включения транзистора характеризуется тремя режимами, зависящими от полярности напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах.
- Режим отсечки (закрытое состояние) .
- Нормальный активный режим (режим усиления) .
- Режим насыщения (открытое состояние) .
3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Перед работой студент должен ознакомиться с инструкцией по технике безопасности и расписаться в журнале по технике безопасности. Работа выполняется под руководством преподавателя. Категорически запрещается производить включение приборов или осуществлять какую-либо коммутацию при включенном источнике питания.
Для регулировки напряжений и токов транзистора используются потенциометры. Включение стенда и подача напряжения осуществляется кнопками на стенде.
В данной работе исследуется транзистор типа p-n-p по схеме включения с общим эмиттером. В этом случае входными и выходными токами и напряжениями являются соответственно: токи и , напряжения и .
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
- Изучить свойства, принцип работы, схемы включения и режимы работы биполярных транзисторов.
- Зарисовать таблицы 4.1 и 4.2.
- Ознакомиться с лабораторным стендом.
- Снять входные характеристики транзистора
Результаты записать в таблицу 4.1
Таблица 4.1
-
Uэк = 0
Uэб, В
Iб, mA
Uэк = 5В
Uэб, В
Iб, mA
- Снять выходные характеристики транзистора при . Результаты записать в таблицу 4.2
Таблица 4.2
-
Iб = 0
Uэк, В
Iк, mA
Iб = 3 mA
Uэк, В
Iк, mA
Iб = 6 mA
Uэк, В
Iк, mA
- По данным таблицы 4.1 и 4.2 построить входные и выходные характеристики транзистора, по которым определить “” – параметры транзистора.
В
ходные и выходные характеристики транзистора показаны соответственно на рис. 4.1а и 4.1б.
На выходных характеристиках выделены заштрихованные области I и III, соответствующие режимам насыщения (I) и отсечки (III), и область усиления (II).
Рассматривая транзистор как четырехполюсник, два зажима которого объединены в одну общую точку, можно получить аналитическую связь между его входными и выходными напряжениями и токами.
Наиболее широко в транзисторной электронике нашла применение система уравнений с использованием “” – параметров. В этой системе для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, получим:
(4.1)
Эти параметры могут быть легко определены по входным и выходным характеристикам транзистора (они приводятся в справочниках по транзисторам).
- Если , то из (4.1):
, (4.2)
где – входное сопротивление транзистора.
Для определения используем входную характеристику Uэк = 0 (рис. 4.1).
, (4.3)
где – коэффициент усиления по току при коротком замыкании на выходе. определяем по выходным характеристикам транзистора при (рис. 4.1б).
- Если , то из (4.1):
, (4.4)
Где – коэффициент обратной передачи по напряжению при холостом ходе на выходе. определяем по выходным характеристикам транзистора при (рис.4.1а).
, (4.5)
Где – проводимость выходной цепи при холостом ходе на входе. Определяем по выходной характеристике при .
Для опытного нахождения данных параметров характеристики линеаризируют в окрестностях их средних точек.
- Проанализировать полученные зависимости и сделать вывод.
5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
- Цель лабораторной работы.
- Электрическая схема исследования транзистора, выполненная в соответствии с ГОСТ.
- Результаты измерений (табл. 4.1 и 4.2).
- Кривые зависимости при и при и полученные по ним значения “” – параметров.
- Выводы по работе.
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- Какой полупроводниковый прибор называют биполярным транзистором?
- Биполярный транзистор какого типа используется в данной работе?
- Какая область транзистора называется эмиттерной, в чем ее особенность?
- Какая область транзистора называется коллектором, в чем ее назначение?
- Какая область транзистора называется базой?
- Что такое эмиттерный и коллекторный переходы?
- Какое условное графическое изображение транзистора на схемах?
- Какие уравнения связывают между собой токи в транзисторе?
- В чем особенность схемы транзистора с общей базой?
- В чем особенность схемы транзистора с общим эмиттером?
- В чем особенность схемы с общим коллектором?
- Что такое входная и выходная характеристики биполярного транзистора?
- Какие режимы работы транзистора Вы знаете?
- Как записаны в системе “” – параметров уравнения для транзистора, собранного по схеме с общим эмиттером?
- Какие параметры транзистора можно определить по его входным характеристикам?
- Какие параметры можно определить по его выходным характеристикам?