Лабораторная работа 3. Исследование биполярного транзистора Цель Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от

• Название: Лабораторная работа 3. Исследование биполярного транзистора Цель Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от
• Анкор: tranzisor referat
• Дата: 27.03.2023
• Размер: 119.84 Kb.
• Имя файла: laboratornaya_3_tranzistor.docx
• Тип: Лабораторная работа; #1017692

Лабораторная работа №3. Исследование биполярного транзистора

Цель:

1. 
   Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от
   

тока коллектора.

2. 
   Исследование работы биполярного транзистора в режиме отсечки.
   
3. 
   Получение входных и выходных характеристик транзистора.
   
4. 
   Определение коэффициента передачи по переменному току.
   
5. 
   Исследование динамического входного сопротивления транзистора.
   

1. 
   Краткие сведения из теории
   

Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор с двумя взаимо­действующими выпрямляющими р-п-переходами и тремя выводами, усили­тельные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции не­основных носителей заряда. В биполярном транзисторе используются одновре­менно два типа носителей заряда - электроны и дырки (отсюда и название - биполярный). Переходы транзистора образованы тремя областями с чередую­щимися типами проводимости.

При включении биполярного транзистора с ОЭ цепь базы является вход­ной, а цепь коллектора - выходной. Схема включения транзистора с ОЭ в ак­тивном режиме показана на рисунке 4.1.

Физические процессы в транзисторе с ОЭ аналогичны при включении транзистора с ОБ. Под действием напряжения ибэ в цепи эмиттера проходит ток 1э. В базе этот ток разветвляется. Основная его часть идет в коллектор, соз­давая управляемую составляющую тока коллектора, другая часть - в цепь базы, определяя ток базы рекомбинации. Навстречу току рекомбинации в базе прохо­дит обратный ток коллектора 1кбо.




Рисунок 4.1 - Схема включения транзистора с ОЭ в активном режиме




Выходными статическими характеристиками транзистора с ОЭ является семейство характеристик 1к = f (икэ) при 1б = const

Вид этих характеристик отражает особенности работы транзистора с ОЭ в различных режимах (рисунок 4.2).
Р
исунок 4.2 - Выходные характеристики транзистора с ОЭ

В активном режиме и режиме насыщения эмиттерный переход включает­ся в прямом направлении. Под действием напряжения в цепи базы проходит ток 1б. За счет напряжения Uбэ при нулевом напряжении коллектора оба р-п- перехода транзистора смещены в прямом направлении. Транзистор работает в режиме насыщения и через коллектор проходит ток инжекции, направление ко­торого противоположно направлению коллекторного тока в активном режиме. В базе накапливаются неосновные носители заряда.

С появлением небольшого отрицательного напряжения на коллекторе ток инжекции из коллектора уменьшается, а ток обусловленный экстракцией дырок из базы в коллектор увеличивается. Поэтому при увеличении отрицательного напряжения коллектора до значения икэ = ибэ наблюдается значительный рост коллекторного тока. При 1икэ\ > \ибэ1 транзистор из режима насыщения пере­ходит в активный режим. Рост коллекторного тока при дальнейшем увеличении отрицательного напряжения икэ замедляется. Но наклон выходных характери­стик в схеме с ОЭ оказывается больше, чем в схеме с ОБ.

Увеличение тока базы вызывает увеличение коллекторного тока, то есть смещение выходных характеристик вверх.

Входные характеристики. Входные характеристики транзистора с ОЭ (рисунок 4.3) отображают зависимость 1б = f (ибэ) при икэ = const




Рисунок 4.3 - Входные характеристики транзистора с ОЭ





При икэ = 0 оба р-п-перехода транзистора оказываются включенными в прямом направлении. Из эмиттера и коллектора осуществляется инжекция дырок в базу. В цепи базы проходит ток рекомбинации обоих переходов. Поэтому входная характеристика представляет собой ВАХ двух параллельно включен­ных р-п-переходов.

При икэ < 0 коллекторный переход включается в обратном направлении и в цепи базы проходит ток 1б>0.

Если ибэ = 0, то 1э = 0 и в цепи базы проходит ток 1б = - 1кбо. Увеличе­ние напряжения ибэ сопровождается рекомбинационной составляющей тока базы, и при некотором напряжении ибэ ток базы становится равным нулю. Дальнейшее увеличение напряжения ибэ сопровождается ростом тока базы. При увеличении отрицательного напряжения коллектора наблюдается смеще­ние характеристик в сторону оси токов. Это связано с прохождением обратного тока коллектора 1кбо.

Статический коэффициент передачи транзистора по постоянному току определяется как отношение тока коллектора 1_К к току базы 1_Б:

β_dc =Ik/Iб

Статический коэффициент передачи транзистора по переменному току определяется как отношение приращения тока коллектора 1_К к приращению то­ка базы 1_Б: β_AC = М_К / А1_б

Выходными статическими характеристиками транзистора, включе нного с ОЭ является семейство характеристик

Ik = Дикэ}/ h=const

Входными статическими характеристиками транзистора, включенного с

ОЭ является семейство характеристик

¹Б = Я^иБэ) ^{/ и}кЭ=^сопst

Дифференциальное входное сопротивление R_BX транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряже­ния коллектор-эмиттер и_КЭ. Оно может быть найдено как отношение прираще­ния напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению тока базы:

^RBX = ^^иБЭ^/^¹Б = ^(иБЭ2 ^{- и}БЭ1^)/(1Б2 hl)

Дифференциальное входное сопротивление транзистора R_BX в схеме с ОЭ через параметры транзистора определяется следующим выражением:

^rbx = ^ + №Эь

где R_Б - распределенное сопротивление базовой области полупроводника, R_Э - дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения: R_Э = 25/1_Э, где 1_Э - постоянный ток эмиттера в миллиамперах. Пер­вое слагаемое Я_Б в выражении много меньше второго, поэтому им можно пре­небречь:

Rbx = pRэ

Дифференциальное сопротивление R_Э перехода база-эмиттер для бипо­лярного транзистора сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением R_BX транзистора в схеме с общей базой, которое определяется при фиксирован­ном значении напряжения база-коллектор и_БК. Оно может быть найдено как от­ношение приращения напряжения и_БК к вызванному им приращению тока эмиттера 1_Э:

^RB.ХОБ — ^^иБЭ^/Л1з — (^иБЭ2 ^{- и}БЭ1^)/(I32 ^-I3l)

Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:

Квхоб — КБР + Кэ

Первым слагаемым в выражении можно пренебречь, поэтому можно считать, что дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер прибли­зительно равно: Я_ВХОБ — R₃

В режиме отсечки полярности и значения напряжений U_K3 и и_БЭ таковы, что коллекторный и эмиттерный переходы смещены в обратном направлении. В этом случае через эмиттерный переход проходит обратный ток 1_ЭБО, а через коллекторный переход - ток 1_КБО. Во входной цепи проходит ток базы

1б — 1эБО+ 1кБО

2. 
   Порядок проведения экспериментов
   

Эксперимент 1. Определение статического коэффициента передачи транзистора по постоянному току в схеме с ОЭ.

Построить и включить схему, изображенную на рисунке 4.4.




Рисунок 4.4 - Схема включения биполярного транзистора с ОЭ




Записать результаты измерения тока коллектора 1_К, тока базы 1_Б и напря­жения коллектор-эмиттер U_K3 в таблицу 4.1 раздела "Результаты эксперимен­тов". По полученным результатам подсчитать статический коэффициент пере­дачи тока Рве транзистора. Повторить измерения и расчет коэффициента пере­дачи для значений Eb =2,68 В; 5 В. Результаты занести в таблицу.

Эксперимент 2. Измерение обратного тока коллектора.

На схеме рисунок 4.1 изменить номинал источника ЭДС Eb = О В. Вклю­чить схему. Записать результаты измерения тока коллектора 1_К для данных зна­чений тока базы 1_Б и напряжения коллектор-эмиттер U_K3 в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 3. Получение выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

а) В схеме (рисунок 4.4) провести измерения тока коллектора 1_К для каж­дого значения Е_к и ЕЬ и заполнить таблицу 4.2 в разделе "Результаты экспери­ментов". По данным таблицы построить семейство выходных характеристик транзистора с ОЭ, график зависимости 1_К от Е_к, при различных значениях тока базы 1_Б.

б) Собрать схему, изображенную на рисунке 4.5.

Отобразить осциллограмму выходной характеристики, соблюдая мас­штаб, в разделе "Результаты экспериментов". Повторить измерения для каждо­го значения ЕЬ из таблицы 4.2. Осциллограммы выходных характеристик для разных токов базы отобразить в разделе "Результаты экспериментов" на одном графике.

в) По выходной характеристике найти коэффициент передачи транзисто­ра по переменному току р_АС при изменении базового тока с 10 мА до 30 мА, Е_к = 10 В. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов".




Рисунок 4. 5 - Схема для получения выходных характеристик транзистора с ОЭ




Эксперимент 4 Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

а) Открыть файл (рисунок 4.4). Установить значение напря­жения источника Е_к равным 10 В и провести измерения тока базы 1_Б, напряже­ния база-эмиттер и_БЭ тока коллектора I_к для различных значений напряжения ис­точника ЕЬ в соответствии с таблицей 4.3 в разделе "Результаты эксперимен­тов". Обратить внимание, что коллекторный ток примерно равен току в цепи эмиттера.

б) В разделе "Результаты экспериментов" по данным таблицы 4.3 постро­ить график зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер.

в) Открыть файл c10_003.ca4 со схемой, изображенной на рис. 4.6. Вклю­чить схему. Отобразить входную характеристику транзистора, соблюдая мас­штаб, в разделе "Результаты экспериментов".




Рисунок 4.6 - Схема для получения входных характеристик транзистора с ОЭ




г) По входной характеристике найти сопротивление R_BX при изменении базового тока с 10мA до 30 mA. Результат записать в раздел "Результаты экс­периментов".

3. 
   Результаты экспериментов
   

Эксперимент 1. Определение коэффициента передачи транзистора по постоянному току.

Таблица 4.1

ЕЬ (В)	IБ (мкА)	Uкэ (В)	Iк (мА)	βdc
2.68
5.00
5.70

Эксперимент 2. Измерение обратного тока коллектора.

Лабораторная работа №3. Исследование биполярного транзистора 1

Цель: 1

4.1Краткие сведения из теории 1

β_dc =Ik/Iб 3

Ik = Дикэ}/ h=const 3

¹Б = Я^иБэ) ^{/ и}кЭ=^сопst 3

^RBX = ^^иБЭ^/^¹Б = ^(иБЭ2 ^{- и}БЭ1^)/(1Б2 hl) 3

Rbx = pRэ 3

4.3Результаты экспериментов 6

4.4.Контрольные вопросы 7

Эксперимент 3 Получение выходной характеристики транзистора в схе­ме с ОЭ.

Таблица 4.2 - Данные для выходных характеристик

		Ек(В)
ЕЬ (В)	1Б (мкА)	0.1	0.5	1	5	10	20
1.66
2.68
3.68
4.68
5.7

График выходной характеристики транзистора.

Осциллограммы выходных характеристик транзистора для разных токов

базы.

Коэффициент передачи транзистора по переменному току /?_АС при изме­нении базового тока с 10 мА до 30 мА, Е_к = 10 В. Выполнить расчет по резуль­татам измерений.

Эксперимент 4. Получение входной характеристики транзистора в схе­ме ОЭ.

Таблица 4.3 - Данные для входных характеристики транзистора

ЕЬ (В)	1Б (мкА)	UБЭ (мВ)	1к (мА)
1.66
2.68
3.68
4.68
5.7

График входной характеристики транзистора.

Осциллограмма входной характеристики транзистора.

Сопротивление R_BX при изменении базового тока с 10м A до 30 мА.

4. 
   Контрольные вопросы
   

1. 
   Чем объяснить название биполярного транзистора? Как биполярные транзисторы обозначаются в схемах? Какие основные физические про­цессы лежат в основе принципа действия биполярного транзистора?
   
2. 
   Какие вы знаете режимы работы биполярного транзистора? Показать на схемах, назвать области применения.
   
3. 
   Какие существуют схемы включения биполярного транзистора? Назо­вите основные параметры биполярных транзисторов.
   
4. 
   Какие зависимости называются статическими характеристиками тран­зисторов? Назовите их разновидности, назначение.
   
5. 
   Поясните работу схемы включения биполярного транзистора с общей базой. Статические вольтамперные характеристики для этой схемы включения (входные и выходные). Чему равны коэффициенты усиле­ния?
   
6. 
   Поясните работу схемы включения биполярного транзистора с общим эмиттером. Выходные и входные статические характеристики. Чему равны коэффициенты усиления?
   
7. 
   Поясните работу схемы включения биполярного транзистора с общим коллектором. Выходные и входные статические характеристики. Чему равны коэффициенты усиления?