Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

Лабораторная работа 3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Лабораторная работа 3

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Цель работы:

Снятие и анализ входных и выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером и определение по ним его h-параметров

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Транзистор — это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов в широком диапазоне частот (от постоянного тока до десяти гигагерц) и мощности (от десятков милливатт до сотен ватт).

Различают биполярные транзисторы, в которых используются кристаллы п- и pтипа, и полевые (униполярные) транзисторы, изготовленные на кристалле германия или кремния с одним типом проводимости.

1.БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Биполярные транзисторы — это полупроводниковые приборы, выполненные на кристаллах со структурой р-п-р-типа (а) или п-р-п-типа (б) с тремя выводами, связанными с тремя слоями (областями): коллектор (К), база (Б) и эмиттер (Э) (рис. 1а и б). Ток в таком транзисторе определяется движением зарядов двух типов: электронов и дырок.

 Отсюда его название — биполярный транзистор.

Физические процессы в транзисторах р - п- р- типа и п-р-п-типа одинаковы. Отличие их в том, что токи в базах транзисторов р-п-р-типа переносятся основными носителями зарядов — дырками, а в транзисторах п-р-п-типа — электронами.

Каждый из переходов транзистора — эмиттерный  (Б—Э) и коллекторный (Б—К) — можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении.

В зависимости от этого различают три режима работы транзистора:

• режим отсечки — оба р-п-перехода закрыты, при этом через транзистор протекает сравнительно небольшой ток I0, обусловленный неосновными носителями зарядов;

• режим насыщения — оба p-n-перехода открыты;

• активный (усилительный) режим — один из р-п-переходов открыт, а другой закрыт.

В режимах отсечки и насыщения управление транзистором практически отсутствует. В активном режиме транзистор выполняет функцию активного элемента электрических схем усиления сигналов, генерирования колебаний, переключения и т. п.

 Подав положительный потенциал ЭДС источника ЕК на коллектор и отрицательный на эмиттер (рис.1в) в схеме включения транзистора п-р-п-типа с общим эмиттером (с ОЭ), мы тем самым открыли эмиттерный переход Э—Б и закрыли коллекторный Б— К, при этом ток коллектора

I_ко = Iэо = Iо мал, он определяется концентрацией неосновных носителей (дырок в данном случае) в коллекторе и базе. Если между эмиттером и базой приложить небольшое напряжение (0,3—0,5 В) в прямом направлении р-п-перехода Э—Б, то происходит инжекция электронов из эмиттера в базу, образуя ток эмиттера I_э.

В базе электроны частично рекомбинируют со свободными дырками, но одновременно от внешнего источника напряжения -Е_б

Токи транзистора в схеме включения с ОЭ (см. рис. 1.1в), работающего в активном режиме, связаны уравнением

I_э= I_к + I_б

Отношение тока коллектора к току эмиттера называют коэффициентом передачи тока

К Э БЭ

 α ≈ < I_к /|_э        U_бэ = const = 0,96  - 0,995< 1,

 откуда ток базы

I _б = I _э – I _к =(1 – α)I _э  = , где

 I_ко = 0,1—10 мкА у кремниевых и I_ко = 10—100 мкА у германиевых транзисторов.

Схема включения транзистора с ОЭ является наиболее распространенной вследствие малого тока базы во входной цепи и усиления входного сигнала как по напряжению, так и по току. Транзистор может работать на постоянном токе, малом переменном сигнале, большом переменном сигнале и в ключевом (импульсном) режиме. Основные свойства транзистора определяются соотношениями токов и напряжений в различных его цепях и взаимным их влиянием друг на друга.

На рис. 2 представлены семейства входных I_б=f(U _б) при U_к =const(а) и выходных I_к=f(Uк) при U  =const(б) статических характеристик транзистора в схеме с ОЭ. Они могут быть получены в результате эксперимента или расчета. Рис. 2 Семейства характеристик, которые связывают напряжения и токи на выходе с токами и напряжениями на входе, называют характеристиками передачи, или управляющими характеристиками. В качестве примера на рис. 2а приведена управляющая характеристика по току транзистора (коэффициент передачи тока) при напряжении UK=const, то есть К Б U const K I fI( )| . = = Входные и выходные характеристики транзистора обычно приводятся в справочниках (каталогах) транзисторов, которые широко используют для анализа работы транзисторов и расчета схем при больших сигналах. В режиме усиления малых сигналов транзистор в схеме с ОЭ часто представляют в виде линейного четырехполюсника, входные и выходные параметры которого связаны следующими уравнениями: Б 11Э Б 12Э К К 21Э Б 22Э К ; , U hIh U I h Ih U ∆ = ∆+ ∆ ∆ = ∆+ ∆ где К Б 11Э К Б const ( 0) U U h U I = ∆ = ∆= ∆ - входное динамическое сопротивление транзистора ( 11Э h = 100 – 1000 Ом); Б Б 12Э Б К const ( 0) I U h I I = ∆ = ∆= ∆ - безразмерный коэффициент внутренней обратной связи по напряжению, значение которого лежит в пределах 0,002—0,0002 (при расчетах им часто пренебрегают, то есть полагают равным нулю); К K 21Э К Б const ( 0) U I h U I = ∆ = ∆= ∆ —коэффициент передачи (усиления) тока при постоянном напряжении на коллекторе; его также обозначают Kiили β = 10—200; Б K 22Э Б К const ( 0) I I h I I = ∆ = ∆= ∆ — выходная проводимость транзистора при постоянном токе базы ( 4 6 22Э h 10 10 − − = − ). Параметры схемы замещения транзистора с ОЭ в h-форме определяют по его входным и выходным характеристикам (см. рис. 2). 2. ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРОВ Входные и выходные вольтамперные характеристики транзисторов обычно снимают на постоянном токе (по точкам) или с помощью специальных приборов — характериографов, позволяющих избежать сильного нагрева приборов. Полученные ВАХ используют для расчета цепей смещения и стабилизации режимов работы, расчета конечных состояний ключевых схем (режимов отсечки и насыщения). Входные характеристики IB(UБ)при UKЭ = constбиполярных транзисторов, включенных по схеме с ОЭ (см. рис. 2а), имеют вид, аналогичный характеристикам диодов: ток базы экспоненциально возрастает с увеличением напряжения база- эмиттер при заданном напряжении на коллекторе. Ввиду ничтожно малых токов затвора /3 полевых транзисторов, включенных по схеме с ОИ, их входные ВАХ, как правило, не снимают. Как отмечалось, выходные характеристики биполярных транзисторов IК(UК) приIБ = const, включенных по схеме с ОЭ (см. рис. 2б), определяют зависимость выходного тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при заданных значениях тока базы, а выходные характеристики полевых транзисторов IC(UC) при U3=const, включенных по схеме с ОИ, определяют зависимость тока стока от напряжения между стоком и истоком при фиксированном напряжении затвора.

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание 1. Запустить среду Multisim.На рабочем поле среды Multisim собрать схему для снятия ВАХ биполярных транзисторов с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 3а).

В схему включить следующие компоненты:

 • источники Е1 и Е2 постоянного напряжения, к одному из которых с помощью переключателя А подключается коллектор биполярного транзистора. Выбор источника питания зависит от знака полярности коллектора (стока) соответствующего транзистора (см. рис. 3б);

 • источники ЕЗ и Е4 постоянного напряжения для включения с помощью переключателя Водного из них в цепь базы (затвора) соответствующего транзистора;

 • два потенциометра R1 и R2 для задания токов в цепях транзисторов;

• два амперметра А1и А2 и два вольтметра VI и V2 для измерения токов и напряжений на электродах исследуемого транзистора. Основные параметры транзисторов, предлагаемых для испытания в работе, даны в табл. 1.

Ключи взять во вкладке

Задание 2. Снять и построить (по точкам) семейство входных IБ(UБ)при UКЭ= =constи семейство выходных IК( UК) при IБ = constВАХ соответствующего биполярного транзистора (см. табл. 1). Для этого:

 • заменить транзистор в схеме испытания на рекомендованный тип;

• в соответствии со знаком полярности коллектора и базы исследуемого транзистора выбрать источники напряжения, задать их ЭДС и установить переключателиАи В в соответствующие положения;

• изменяя сопротивления потенциометров R1 и R2 и, при необходимости, ЭДС источников Е1, ..., Е4, заносить показания приборов в табл. 2 и 3;

• по данным измерений построить графики семейств входных и выходных ВАХ (см. рис. 2а и б); • скопировать изображение схемы с показаниями приборов (для одного из режимов работы при снятии выходной ВАХ) на страницу отчета;

• воспользовавшись графиками семейств входных и выходных ВАХ, определить h-параметры биполярного транзистора.

Таблица2 Ток базы IБ, мкА 50 100 200 300 400 500 Напряжение UБЭ,В при UKЭ, В 0 5 Таблица 3 Напряжение UKЭ, В 0,1 0,5 1 5 8 12 Ток коллектора IК, мА при IБ, мкА 50 100 200 300 400 500

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА 1. Наименование и цель работы. 2. Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их краткими характеристиками. 3. Таблицы результатов измерений и расчетов h-параметров биполярного транзистора. 4. Изображения электрических схем испытания биполярного транзистора и семейств входных и выходных ВАХ транзисторов. 5. Выводы по работе. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К РАБОТЕ 3 1. Назовите режимы работы биполярного транзистора и дайте им краткую характеристику. 2. Укажите, какой формулой описывается коэффициент передачи по току h21Э биполярного транзистора: О 21Э КЭ К Б h U I I const =∆ ∆ = / ; О 21Э h = − ( 1) / α α ; О 21Э КЭ h II =∆ ∆/ ; О 21Э К Б КЭ h I I U const =∆ ∆ = / . 3. Укажите, в какой схеме включения биполярного транзистора: а) максимальное входное сопротивление: О в схеме с ОЭ; О в схеме с ОБ; О в схеме с ОК; б) максимальный коэффициент усиления по мощности: О в схеме с ОЭ; О в схеме с ОБ; О в схеме с ОК. 4. Каков физический смыслh-параметров и при каких условиях их определяют? 5. Укажите, какая схема включения биполярного транзистора наиболее распространена: О схема с ОЭ; О схема с ОК; О схема с ОБ. Расшифровка параметровтранзисторов из библиотек Multisim

Таблица 4 Наименование параметра Обозначение и значение параметра в EWB Обозначение и значение параметра в описании Обратный ток коллекторного перехода IS = 0,2046 pA IK0 = 0,2046 пА Идеальный максимальный коэффициент усиления ток в схеме с ОЭ BF = 296,5 H21Э =β = 296,5 Напряжение, близкое к максимальному напряжению коллектора VAF = 10V UK.max= 10 B Обратный ток эмиттерного перехода ISE = 0,1451 pA IЭ0= 0,1451 пА Максимальный ток коллектора IKF = 77,25 mA IK.max= 77,25 мА Объёмное сопротивление базы RB = 4 Ω RБ = 4 Ом Объемное сопротивление эмиттера RE = 85,73 mΩ RЭ = 85,73 мОм Объемное сопротивление коллектора RC = 0,4286 Ω RK = 0,4283 Ом Контактная разность потенциалов перехода базаэмиттер VJE = 0,95 V EБЭ = 0,95 В Контактная разность потенциалов перехода база- VJC = 0,4 V EБК = 0,4 В коллектор Емкость эмиттерного перехода при нулевом напряжении CJE = 11 pF CЭ = 11 пФ Емкость коллекторного перехода при нулевом напряжении CJC = 32 pF CK = 32 пФ Время переноса заряда через базу TF = 0,3 nsec Fпер = 0,3 нс