Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

Лабораторная работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА Цель работы

Работа добавлена на сайт samzan.net: 2015-07-05

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 21.5.2024

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: закрепление теоретических знаний о транзисторах; экспериментальное определение основных статических параметров и характеристик биполярных транзисторов.

Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench.

Методические указания: работа выполняется студентами за четыре часа аудиторных занятий.

1. Краткие теоретические сведения

1.1. Основные определения

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода и три внешних вывода, и предназначенный, в частности, для усиления электрических сигналов. Термин "биполярный" подчеркивает тот факт, что принцип работы прибора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд, – дырок и электронов.  

Транзистор имеет три области полупроводника, называемые его электродами, причем две крайние области имеют одинаковый тип проводимости, а средняя область – противоположный. Электроды транзистора имеют внешние выводы, с помощью которых транзистор включается в электрическую схему. Одна из крайних областей транзистора называется эмиттером (Э). Она предназначена для создания сильного потока основных носителей заряда, пронизывающего всю структуру прибора. Другая крайняя область транзистора, называемая коллектором (К), предназначена для собирания потока носителей, эмиттируемых эмиттером. Поэтому коллектор имеет наибольшие размеры среди областей транзистора. Средняя область транзистора называется базой (Б). Она предназначена для управления потоком носителей, движущихся из эмиттера в коллектор. Для уменьшения потерь носителей заряда на рекомбинацию в базе ее ширина делается очень маленькой.

Для подключения к другим элементам и источникам питания транзистор имеет выводы, которые называются коллектором (К), эмиттером (Э) и базой (Б).

Между электродами транзистора образуются p-n-переходы. Переход, разделяющий эмиттер и базу, называется эмиттерным переходом (ЭП), а переход, разделяющий базу и коллектор, – коллекторным переходом (КП). С учетом резкой асимметрии эмиттерного перехода он характеризуется односторонней инжекцией: поток основных носителей заряда, инжектируемых из эмиттера в базу, значительно превосходит встречный поток неосновных носителей заряда, инжектируемых из базы в эмиттер.

Упрощенные структуры и условные обозначения биполярных транзисторов представлены на рисунке 1. Стрелка на выводе эмиттера показывает направление эмиттерного тока в активном режиме. Кружок, обозначающий корпус дискретного транзистора, в изображении бескорпусных транзисторов, входящих в состав интегральных микросхем, не используется.

Токи транзистора обозначаются одним индексом, соответствующим названию электрода, во внешней цепи которого протекает данный ток, а напряжения между электродами обозначаются двумя индексами.

Чередование областей определяет тип транзистора: n-p-n  и  p-n-p.

Принцип работы n-p-n- и p-n-p-транзисторов одинаков, а полярности напряжений между их электродами и направления токов в цепях электродов противоположны. В современной электронике наибольшее распространение получили транзисторы n-p-n-структуры, которые, благодаря более высоким значениям подвижности и коэффициента диффузии электронов по сравнению с дырками, обладают большим усилением и меньшей инерционностью, чем транзисторы p-n-p-структуры. Поэтому обычно рассматриваются именно n-p-n-транзисторы.

Рисунок 1 – Упрощенные структуры и условные обозначения биполярных транзисторов с указанием направления токов при работе в активном режиме

Симметричные структуры биполярных транзисторов, показанные на рисунке 1, являются идеальными. Структура реального транзистора несимметрична. Площадь коллекторного перехода значительно больше, чем эмиттерного.

1.2 Принцип работы биполярного транзистора

Принцип работы транзистора заключается в том, что прямое напряжение эмиттерного перехода, то есть участка база-эмиттер UБЭ, существенно влияет на токи эмиттера и коллектора: чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменения тока коллектора лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Таким образом, напряжение UБЭ, то есть входное напряжение, управляет током коллектора. Усиление электрических колебаний с помощью транзистора основано именно на этом явлении.

Если к эмиттерному переходу приложить прямое напряжение UБЭ, а к коллекторному – обратное напряжение, то через эмиттерный переход в область базы будут инжектироваться электроны, образуя эмиттерный ток транзистора IЭ. Часть инжектированных в область базы электронов рекомбинирует с основными для этой области носителями заряда – дырками, образуя ток базы IБ. Другая часть инжектированных электронов, которая достигает коллекторного перехода, с помощью электрического поля, создаваемого напряжением UКБ, подвергается экстракции в коллектор, образуя через переход коллекторный ток IК'. Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллекторному переходу и тем меньше становится его сопротивление и соответственно увеличивается ток коллектора. Ток коллектора связан с током эмиттера выражением

IК' = αIЭ,       (1)

где  α коэффициент передачи тока эмиттера, α = 0,980 ... 0,995.

Таким образом, эмиттером следует называть область транзистора, назначением которой является инжекция носителей заряда в базу; коллектором – область, назначением которой является экстракция носителей заряда из базы. Базой является область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда.

Через запертый коллекторный переход будет создаваться обратный ток IК0, образованный потоком из коллектора в базу неосновных для коллекторной области носителей заряда (дырок).

Таким образом, полный ток коллектора

IК = αIЭ + IК0.      (2)

Во многих случаях IЭ >> IК0, и можно считать, что ток коллектора определяется выражением

IК = αIЭ.       (3)

В соответствии с первым законом Кирхгофа

       (4)

Из равенств (3) – (4) следует, что

,      (5)

где  β – коэффициент передачи тока базы.

Следовательно:

,       (6)

Так как величина α близка к 1, то β может принимать большие значения. Для интегральных n-p-n-транзисторов оно составляет от 50 до 200.

Согласно формуле (5) биполярный транзистор является усилительным элементом, управляемым током: малый ток базы управляет значительно большим током коллектора.

При повышении напряжения на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение носителей заряда (в результате ударной ионизации). Это явление и туннельный эффект способны вызвать электрический пробой, который при возрастании тока может перейти в тепловой пробой перехода. Электрический и тепловой пробои коллекторного перехода в транзисторе происходят в основном так же, как и в диоде. Но в транзисторе при чрезмерном коллекторном токе может возникать тепловой пробой без предварительного электрического пробоя, то есть без повышения напряжения на коллекторном переходе до пробивного напряжения. Это явление, связанное с перегревом коллекторного перехода в какой-то его части, получило название вторичного пробоя.

Изменение напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах сопровождается изменением толщины этих переходов. В результате изменяется толщина базы. Такое явление называют модуляцией толщины базы. Его особенно надо учитывать при повышении напряжения коллектор-база, так как тогда толщина коллекторного перехода возрастает, а толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может произойти эффект смыкания ("прокол" базы) – соединение коллекторного перехода с эмиттерным. В этом случае область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

1.3. Режимы работы биполярного транзистора

В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора:

  1.  активный режим, при котором эмиттерный переход находится в открытом состоянии, а коллекторный – в закрытом (соответствует открытому состоянию транзистора, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном).

Работа биполярного транзистора в активном режиме основана на сочетании процессов инжекции носителей через один переход и собирания их на другом переходе. Концентрация примесей в эмиттере значительно больше, чем в базе и коллекторе. Поэтому электронная составляющая тока n-p-n-транзистора является преобладающей. В активном режиме ток коллектора управляется током эмиттера (или напряжением эмиттерного перехода) и почти не зависит от напряжения на коллекторном переходе, поскольку последний смещен в обратном направлении. Активный режим является основным, если транзистор используется для усиления сигналов.

  1.  режим насыщения, при котором оба перехода открыты (соответствует состоянию насыщения, когда эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направлении),

Выходной ток в этом случае не зависит от входного и определяется параметрами нагрузки. Из-за малого напряжения между выводами коллектора и эмиттера (порядка единицы – десятки милливольт) этот режим используется для замыкания электрических цепей.

  1.  режим отсечки, при котором оба перехода закрыты (соответствует закрытому состоянию транзистора, когда эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном направлении),

Так как выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю и его сопротивление имеет максимальное значение, то этот режим используется для размыкания электрических цепей.

Режимы отсечки и насыщения биполярных транзисторов являются основными, когда они работают в ключевых и логических схемах.

  1.  инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный – открыт.

При этом режиме эмиттер играет роль коллектора, а коллектор – эмиттера.

Исходя из реальной структуры несимметричного транзистора, этот режим работы приводит к значительному уменьшению коэффициента передачи тока эмиттера по сравнению с работой транзистора в активном режиме, и поэтому на практике применяется крайне редко.

Для симметричного транзистора (с одинаковыми площадями эмиттерного и коллекторного переходов) коллектор и эмиттер взаимозаменяемы. Инверсный режим работы такого транзистора используется в двунаправленных ключах.

1.4 Статические характеристики биполярного транзистора

Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором изменение входного тока или напряжения не вызывает изменение выходного напряжения.

Биполярный транзистор при работе в электрических цепях рассматривают как активный четырехполюсник, рисунок 2, при этом образуются две цепи: входная и выходная.

Рисунок 2 – Транзистор как активный четырехполюсник

Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой транзистора. В выходной, или управляемой, цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка. Для величин, относящихся к входной и выходной цепями, применяют соответственно индексы "вх" и "вых" или "1" и "2".

Зависимости между токами и напряжениями (вольтамперные характеристики) в транзисторах выражаются статическими характеристиками транзисторов, снятыми при постоянном токе и отсутствии нагрузки в выходной цепи. Характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзисторов и для практических расчетов транзисторных схем.

В транзисторах взаимно связаны всегда четыре величины: IВХ, IВЫХ, UВХ, UВЫХ входные и выходные токи и напряжения. Для более точного определения свойств транзисторов необходимо несколько семейств статических характеристик:

  1.  входные характеристики IВХ = f(UВХ)  при  UВЫХ = const,
  2.  выходные характеристики IВЫХ = f(UВЫХ)  при  IВХ = const,
  3.  характеристики прямой передачи IВЫХ = f(IВХ) при UВЫХ = const,
  4.  характеристики обратной связи по напряжению UВХ = f(UВЫХ) при IВХ = const.

При расчете транзисторных цепей достаточно иметь семейства входных и выходных характеристик. Характеристики прямой передачи и обратной связи можно построить по семействам входных и выходных характеристик.

1.5. Схемы включения биполярного транзистора

В большинстве электрических схем транзистор используется в качестве четырехполюсника, то есть устройства, имеющего два входных и два выходных вывода. Очевидно, что, поскольку транзистор имеет только три вывода, для его использования в качестве четырехполюсника необходимо один из выводов транзистора сделать общим для входной и выходной цепей. Соответственно, различают три схемы включения транзистора: схемы с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).

1.5.1. Схема с общей базой

Схема, изображенная на рисунке 3, является схемой с общей базой (ОБ).

Рисунок 3 – Схема транзистора с общей базой

Входной цепью является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора. Схема ОБ наиболее проста для анализа, поскольку в ней каждое из внешних напряжений прикладывается к конкретному переходу: напряжение UБЭ прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение UКБ – к коллекторному. Следует заметить, что падениями напряжений на областях эмиттера, базы и коллектора можно в первом приближении пренебречь, поскольку сопротивления этих областей значительно меньше сопротивлений переходов. Нетрудно убедиться, что приведенные на рисунке полярности напряжений (UБЭ <0; UКБ >0) обеспечивают открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что соответствует активному режиму работы транзистора.

Если между базой и эмиттером приложено напряжение UБЭ в прямом направлении, то потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается и его сопротивление уменьшается.

Так как ширина базы меньше диффузионной длины пробега в ней основных носителей, то большинство инжектированных из эмиттера в базу электрических зарядов достигает коллекторного перехода и втягивается в коллектор, создавая ток коллектора  IК.

Только незначительная часть электронов рекомбинирует с основными носителями базы (дырками) и обуславливает ток базы  IБ.

В схеме с общей базой входные характеристики выражают зависимость тока эмиттера IЭ от напряжения на эмиттерном переходе UБЭ при неизменном напряжении коллекторного перехода UКБ и соответствуют обычному ходу ВАХ диода при прямом включении.

Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой, рисунок 4, выражают зависимость тока коллектора IК от напряжения UКБ на коллекторном переходе при определенной величине тока эмиттера IЭ. При IЭ = 0 выходная характеристика выражает обычную зависимость тока диода от приложенного в обратном направлении напряжения.

Рисунок 4 – Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой

1.5.2. Основные параметры транзистора, включенного по схеме

с общей базой

  1.  дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного тока

 при  ,    (7)

  1.  дифференциальное входное сопротивление транзистора

 при  ,   (8)

  1.  дифференциальное выходное сопротивление транзистора

 при  ,   (9)

  1.  коэффициент внутренней связи по напряжению, характеризующий влияние коллекторного напряжения на эмиттерное

 при .    (10)

Схема с ОБ среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.

  •  Коэффициент усиления по току: IВЫХ/IВХ = IК/IЭ = α; α<1,
  •  Входное сопротивление RВХ = ΔUВХIВХ = ΔUБЭIЭ.

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства схемы с общей базой:

  •  хорошие температурные и частотные свойства,
  •  высокое допустимое напряжение.

Недостатки схемы с общей базой:

  •  малое усиление по току, так как α<1,
  •  малое входное сопротивление,
  •  два разных источника напряжения для питания.

1.5.3. Схема с общим эмиттером

Схема с общим эмиттером (ОЭ) представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема с общим эмиттером

В схеме с общим эмиттером входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь коллектора. В схеме ОЭ напряжение UБЭ > 0 прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу и отпирает его. Напряжение UКЭ распределяется между обоими переходами: UКЭ = UКБ + UБЭ . Для того, чтобы коллекторный переход был закрыт, необходимо UКБ = UКЭUБЭ > 0 , что обеспечивается при UКЭ > UБЭ > 0.

Вид характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером отличается от вида характеристик, снятых в схеме с общей базой. Входная характеристика, как и в предыдущем случае, имеет вид ВАХ диода в прямом направлении. Под влиянием напряжения UКЭ > 0 эта характеристика смещается вниз и вправо. Это значит, что повышению потенциала коллектора соответствует уменьшение тока базы IБ при том же значении напряжения UБЭ. Такое явление объясняется действием обратной связи в транзисторе. Часть напряжения UКЭ оказывается приложенной к переходу база-эмиттер; во внешней цепи это напряжение действует навстречу напряжению источника, подключенного к этому переходу, и приводит к уменьшению тока базы.

Семейство выходных характеристик показано на рисунке 6. Как правило, характеристики даются при различных токах базы. Первая характеристика при IБ = 0 выходит из начала координат и напоминает обычную характеристику для обратного тока полупроводникового диода.

Рисунок 6 – Выходные характеристики транзистора

в схеме с общим эмиттером

Если IБ > 0, то выходная характеристика расположена выше, чем при IБ = 0, и тем выше, чем больше ток IБ. Следовательно, пропорционально возрастает и ток IК.

Особенностью выходной характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером по сравнению с характеристикой в схеме с общей базой, является то, что она целиком лежит в первом квадранте. Это связано с тем, что в схеме ОЭ напряжение UКЭ распределяется между обоими переходами, и при UКЭ < UБЭ напряжение на коллекторном переходе меняет знак и становится прямым, в результате транзистор переходит в режим насыщения при UКЭ >0. В режиме насыщения характеристики сливаются в одну линию, то есть ток коллектора не зависит от тока базы.

При дальнейшем увеличении UКЭ характеристики идут с небольшим подъемом, что означает сравнительно малое влияние выходного напряжения на ток коллектора. Эта часть характеристики соответствует активному режиму работы транзистора.

Выходные характеристики также показывают, что чем больше токи IК, тем раньше, то есть при меньших значениях UКЭ, наступает электрический пробой.

1.5.4. Основные параметры транзистора, включенного по схеме

с общим эмиттером

  1.  дифференциальный коэффициент передачи тока базы

 при  ,    (11)

  1.  дифференциальное входное сопротивление транзистора

 при  ,   (12)

  1.  дифференциальное выходное сопротивление транзистора

 при  .    (13)

  1.  крутизна характеристики в усилительном режиме:

 при  .    (14)

Из выражений (11) и (14) следует:

       (15)

При определении параметров по формулам (7) – (14) с помощью вольтамперных характеристик транзисторов производные заменяют конечными приращениями соответствующих величин.

Статические коэффициенты передачи тока эмиттера и базы определяются в соответствии с выражениями:

 при  ,    (16)

 при  .    (17)

Схема с ОЭ имеет большее, чем схема с ОБ, входное сопротивление и усиливает сигнал как по току, так по напряжению и мощности.

Для схемы с общим эмиттером:

  •  коэффициент усиления по току: IВЫХ/IВХ = IК/IБ = IК/(IЭ-IК) = α/(1-α) = β; β>>1,
  •  входное сопротивление: RВХ = ΔUВХIВХ = ΔUБЭIБ,

Достоинства:

  •  большой коэффициент усиления по току,
  •  большой коэффициент усиления по напряжению,
  •  наибольшее усиление мощности,
  •  можно обойтись одним источником питания,
  •  выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки:

  •  худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.

1.5.5. Схема с общим коллектором

В схеме с общим коллектором входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь эмиттера.

Схема с ОК имеет значительно большее значение входного сопротивления, чем любая другая схема включения транзистора, и усиливает сигнал по току и мощности. Большое значение входного сопротивления предопределяет широкое применение на практике данной схемы в качестве согласующего устройства.

Коэффициент усиления по напряжению близок к единице, причем всегда меньше ее, то есть схема с ОК практически не изменяет значения напряжения входного сигнала, иначе говоря, выходное напряжение повторяет входное. Именно поэтому эта схема называется эмиттерный повторитель. Эмиттерным потому, что сопротивление нагрузки включено в провод эмиттера и выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода схемы.

Статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОК, практически не отличаются от характеристик транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

Кратко о схеме с ОК:

  •  коэффициент усиления по току: IВЫХ/IВХ = IЭ/IБ = IЭ/(IЭ-IК) = 1/(1-α) = β; β>>1,
  •  входное сопротивление: RВХ = ΔUВХIВХ = ΔUБЭ/IБ,
  •  фазы входного и выходного сигналов совпадают.

Достоинства:

  •  большое входное сопротивление,
  •  малое выходное сопротивление.

Недостатки:

  •  коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

1.6. Выбор рабочей точки

Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напряжения будет вызывать изменение выходного напряжения

Точка на плоскости выходных (или других) характеристик усилительного прибора, связывающая текущие значения напряжений и токов в нем, называется рабочей точкой. Даже при отсутствии входного полезного сигнала усилительный каскад продолжает находиться в некотором вполне конкретном состоянии, которому соответствует некоторая вполне конкретная рабочая точка, ее обычно называют исходной рабочей точкой или рабочей точкой по постоянному току, если речь идет о транзисторном усилителе, предназначенном для усиления малых по амплитуде переменных токов и напряжений.

При выходе рабочей точки транзистора за пределы области линейного усиления не только нарушается пропорциональная зависимость изменений выходного сигнала от изменений входного сигнала, но вообще прекращается управляющее воздействие входного сигнала на выходной ток и напряжение, т.е. транзистор полностью теряет усилительную функцию. Считается, что транзистор работает в усилительном режиме (класс усиления А), если в процессе усиления рабочая точка не соприкасается с линиями насыщения и отсечки.

Напряжения и токи, а также внешние по отношению к усилительному прибору электрические цепи, обеспечивающие заданное положение рабочей точки по постоянному току, называются соответственно напряжениями, токами и цепями смещения.

В процессе воздействия сигналов на входные электроды усилительного прибора значения токов и напряжений в каскаде изменяются, а рабочая точка занимает различные положения. Линия на плоскости выходных характеристик, по которой движется рабочая точка в процессе воздействия сигналов на вход усилителя, называется нагрузочной линией или нагрузочной характеристикой. При чисто резистивном характере нагрузки в области линейного усиления нагрузочная характеристика имеет вид прямой, совпадающей с вольт-амперной характеристикой сопротивления нагрузки RН.

В каскадах с транзисторами применяют обычно питание от одного источника – источника выходной цепи (ЕК). Для нормального режима работы транзистора необходимо, чтобы между эмиттером и базой было постоянное напряжение, называемое напряжением смещения базы (0,5-0,7 В).

Ток эмиттера, проходя через переход эмиттер-база, создает на нем некоторое падение напряжения, но оно недостаточно, и режим работы транзистора без дополнительного смещения оказывается непригодным для усиления (токи слишком малы). Необходимо подать некоторое смещение от источника питания коллекторной цепи. Это делается с помощью резистора RБ (схема с фиксированным током базы) или делителя напряжения (схема эмиттерно-базовой стабилизации).

1.6.1. Выбор рабочей точки с помощью резистора RБ

Схема задания тока базы n-p-n-транзистора с помощью одного резистора в каскаде с общим эмиттером представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема задания тока базы с помощью одного резистора

Режим, в котором работает каскад с ОЭ, можно определить, построив его нагрузочную линию на выходной характеристике транзистора. Данный способ позволяет описать поведение транзистора в режимах насыщения, усиления и отсечки.

Режим насыщения определяется следующим условием: ток коллектора не управляется током базы

,      (18)

где  IКН – ток коллектора насыщения, который определяется сопротивлением RK в цепи коллектора и напряжением источника питания ЕК:

.      (19)

Для перевода транзистора в этот режим необходимо в базу транзистора подать ток больший, чем ток насыщения базы IБН:

.      (20)

Ток насыщения базы IБН задается с помощью резистора RБН:

,     (21)

где UБЭ0 – пороговое напряжение перехода база-эмиттер.

В режиме усиления ток коллектора меньше тока IКН и описывается уравнением нагрузочной прямой:

.      (22)

Чем меньше RК, тем круче идет нагрузочная прямая.

Рабочая точка в статическом режиме задается током базы и напряжением на коллекторе. Она определяется точкой пересечения нагрузочной прямой и выходной характеристики транзистора. Ток базы транзистора определяется как ток через сопротивление в цепи базы RБ:

.      (23)

Ток коллектора в режиме усиления вычисляется по формуле:

.       (24)

Напряжение коллектор-эмиттер определяется из уравнения нагрузочной прямой:

.      (25)

Это выражение является уравнением динамического режима работы транзистора

В режиме отсечки ток коллектора равен нулю и не создает на резисторе RК падения напряжения. Следовательно, напряжение UКЭ максимально и равно напряжению источника питания ЕК.

При рассматриваемом способе задания тока базы коэффициент нестабильности зависит от статического коэффициента передачи, который для транзисторов одного и того же типа может сильно различаться.

1.6.2. Выбор рабочей точки с помощью делителя напряжения

Схема задания тока базы n-p-n-транзистора с помощью делителя напряжения в каскаде с общим эмиттером представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема задания тока базы с помощью делителя напряжения

При выборе рабочей точки транзистора с помощью делителя определяют следующие величины:

  1.  ток коллектора в режиме насыщения

,     (26)

  1.  ток базы, который создает режим насыщения

,      (27)

  1.  напряжение на базе, которое создает ток  IБН

,     (28)

  1.  напряжение UБ, создаваемое делителем напряжения R1 и R2, который можно рассчитать на основании соотношения

,     (29)

  1.  ток коллектора в режиме усиления

,     (30)

где  UЭ = IЭ RЭ;  IЭ – ток эмиттера.

  1.  ток базы в режиме усиления

,       (31)

  1.  напряжение на базе транзистора в режиме усиления

.     (32)

2. Самостоятельная подготовка

к выполнению лабораторной работы

  1.  Изучить принцип работы биполярного транзистора, параметры и характеристики, режимы работы, схемы включения биполярных транзисторов, задание рабочей точки транзисторного каскада.
  2.  Изучить сущность проводимых в данной работе исследований.
  3.  Подготовить бланк отчета в соответствии с требованиями к выполнению лабораторных работ.

2.1. Контрольные вопросы

  1.  Принцип работы биполярного транзистора.
  2.  Выражения для коэффициента передачи тока эмиттера, для коэффициента передачи тока базы; формула связи между ними.
  3.  Режимы работы биполярного транзистора и примеры их использования.
  4.  Схемы включения биполярного транзистора; их достоинства и недостатки.
  5.  Привести схему n-p-n-транзистора, включенного по схеме с общим коллектором с указанием направления токов.
  6.  Статические характеристики биполярного транзистора.
  7.  Изобразить семейство выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, представить всю необходимую пояснительную информацию.

3. Порядок выполнения лабораторной работы

3.1. Определение статического коэффициента передачи тока

транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером

  1.  Собрать и включить схему, представленную на рисунке 9.

В этой схеме значения тока базы задаются изменением номинала резистора RБ в цепи базы.

Рисунок 9 – Схема для определения коэффициента передачи тока

транзистора

  1.  Устанавливая значения RБ в соответствии с таблицей 1, для каждого значения RБ снять показания приборов и заполнить таблицу.

Таблица 1

RБ, кОм

IБ, мкА

UБЭ, мВ

IК, мА

UКЭ, В

2000

1500

1000

500

400

300

250

200

150

125

100

75

50

40

30

20

15

10

5

2

1

  1.  Рассчитать значения  по соответствующим величинам и внести их в таблицу 1.
    1.  По данным таблицы 1 построить график зависимости    при  UКЭ = const  в диапазоне токов коллектора от 1 до 100 мА. На этом графике выделить область токов IК, в которой изменяется не более чем на 5% от своего максимального значения.
    2.  Представить в отчете необходимые пояснения.

3.2. Измерение обратного тока коллектора

  1.  В схеме, представленной на рисунке 9, установить ЭДС источника базы ЕБ = 0 В.
    1.  Записать показания приборов.
    2.  Представить в отчете необходимые пояснения.

3.3. Снятие входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ

  1.  Собрать и включить схему, представленную на рисунке 10.

В этой схеме значения тока базы задаются изменением напряжения источника ЕБ в цепи базы.

Рисунок 10 – Схема для получения входной характеристики транзистора

  1.  Изменяя ЭДС источника базы ЕБ в соответствии с таблицей 2, снять показания приборов  и  заполнить таблицу.

Таблица 2

ЕБ, B

IБ, мкА

UБЭ, мВ

IК, мА

UКЭ, В

1

2

3

4

5

6

10

15

20

  1.  По данным таблицы 2 построить входную характеристику  при  UКЭ= const.
  2.  По входной характеристике определить дифференциальное входное сопротивление транзистора  RВХ, проведя на графике необходимые построения.
  3.  Представить письменные пояснения.

3.4. Снятие выходных характеристик транзистора

  1.  Для схемы, представленной на рисунке 10, провести измерения тока коллектора IК для каждого значения ЕБ и UКЭ и заполнить таблицу 3.

Таблица 3

ЕБ, B

IБ, мкА

UКЭ, B

0,1

0,5

1

2

5

10

15

20

30

50

IК, мА

1

2

4

6

10

15

20

30

  1.  По данным таблицы 3 построить на листе миллиметровой бумаги формата А4 семейство выходных характеристик  при  IБ = const.
  2.  Письменно объяснить поведение выходных характеристик, обозначить на графике области, соответствующие разным режимам работы транзистора.
  3.  По выходным характеристикам определить дифференциальный коэффициент передачи тока базы β для UКЭ = 30 В. Представить на графике построения, привести в отчете необходимые расчеты и пояснения.
  4.  По выходной характеристике определить дифференциальное выходное сопротивление транзистора  RВЫХ, проведя на графике необходимые построения. Дать письменные пояснения.

3.5. Исследование параметров рабочей точки при задании тока базы

с помощью одного резистора

  1.  Собрать схему, представленную на рисунке 11.

Рисунок 11 – Схема для исследования параметров рабочей точки

  1.  Включить схему, записать показания приборов.
  2.  Рассчитать ток базы IБ, ток коллектора IК, напряжение коллектор-эмиттер UКЭ.
  3.  Представить письменные пояснения, сравнить расчетные данные с экспериментальными.
  4.  На графике семейства выходных характеристик транзистора, полученных в пункте 3.4, построить нагрузочную прямую по постоянному току. Привести в отчете письменные пояснения с расчетами.
  5.  Используя записанные показания приборов, определить рабочую точку на нагрузочной линии и отметить ее положение на графике. Дать письменные пояснения.
  6.  Рассчитать величину сопротивления RБН, при котором транзистор перейдет в режим насыщения.
  7.  Установить в схеме RБ = RБН, включить схему и записать показания приборов. Определить, находится ли транзистор в режиме насыщения. Если режим насыщения достигнут, записать показания приборов и дать письменные пояснения. Если режим насыщения не наблюдается, изменением номинала резистора RБ добиться перевода транзистора в режим насыщения, записать показания приборов и представить письменные пояснения.
  8.  Изменением номинала резистора RБ добиться перевода транзистора в режим отсечки, записать показания приборов и представить письменные пояснения.

PAGE   \* MERGEFORMAT1




1. I Эта процедура вообщето скажут вам стоит безумных денег но вам ее сделают совершенно бесплатно по рекомен
2. а В каких значениях ПДК нижеследующие вещества относятся к высоко опасным веществам оки
3. Клуб туристов Азимут 19 21 апреля ~ Тренировочный выезд на порог Ревун р
4. Биосинтез ДНК
5. ва СК и их харки В практике производства сварных кострукций различают массовые серийные и единичные
6. Контрольная работа- Организация управления труда.html
7. тематических наук Настоящие указания содержат краткие сведения по теории и практике анализа временных р
8. Взаємовідносини між чоловіком і жінкою
9. Монополии. Монополизирование РА
10. объекта кривой поверхности риманова пространства и т
11. методическое пособие Для студентов заочной формы обучения Специальности- 250200 ~ химическая тех
12. На основе интерфейса реализуется взаимодействие всех современных информационных систем
13. Тема урока- Старый немецкий город
14. Мета роботи Вивчити будову і принцип дії трифазного синхронного генератора та дослідити основні його х
15. Стоимость дивана или часов известны еще до того как они будут спроектированы
16. Обслуживание и текущий ремонт автомобильного транспорта в России
17. История открытий в области строения атомного ядра
18. вариантов Глава I
19. точке росыЧто это такое и откуда берется Наша фирма на оконном рынке уже более 7 лет и впервые столкнулись
20. Организация делопроизводства