Лабороторная работа № 1

Российский государственный гидрометеорологический

Университет.

КАФЕДРА МОРСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

" Исследование полупроводниковых приборов"

Выполнил:

Студент группы

Проверил:

Коринец Е.М.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы

1. Изучение принципа действия типового полупроводникового диода, биполярного и полевого транзисторов; ознакомление с их условными графическими обозначениями (УГО).

2. Экспериментальное определение основных характеристик и параметров этих полупроводниковых приборов.

1. Исследование полупроводникового диода

Схема № 1

Результаты измерения прямой ветви ВАХ Таблица №1

,В		0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
,мА	0	5	25	65	135	215

График:

Расчёты:

U=0,6-0,4=0,2 (Y) I = 215-65=150 (X)

Rпр= Uд / Iд

Rпр=0,2/150*10^-3 = 0,2 /0,15=1,33 Ом

Схема №2

,В	-2	-10
,мкА	-25	-26

U= 10-2=8 (Y)

I = 26-25 = 1(X)

Rпр= Uд / Iд

Rпр= 8/1*10⁶ =8000000 Ом

2. Исследование биполярного транзистора

Схема № 3

Семейство входных характеристик

,В		0	-0,05	-0,10	-0,15	-0,20
,мкА	В	0	-15	-120	-205	-265
	В	0	0	-10	-50	-130

График:

Расчёты:

1.B y = 205-15=190

B x = 0,15-0,05 = 0,10

B Rпр=0,10/190*10^-6 =526 Oм

2. - 8B y = 130-10=120

- 8B x =0,20-0,10=0,10

-8B Rпр= 0,10/120*10^-6 = 833 Ом

Семейство выходных характеристик. Результаты измерений.

В		-8	-6	-4	-2	-1	-0,5	0
,мА		0	0	0	0	0	0	0
	мА	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	1,5	0
	120 мкА	5,5	5,5	5,5	5,5	5,5	3,5	0
	мкА	8,5	8,5	8,5	8,5	8,5	6,5	0

График:

Расчёты:

▲I _к = 8,5-0=8,5

▲I _б =150-0=150

β=8,5*10³ / 150*10^-6 = 56,67 А

Вывод

Был изучен принцип действия типового полупроводникового диода, биполярного и полевого транзисторов. Познакомились с их условными графическими обозначениями (УГО). Были определены основные характеристики и параметры этих полупроводниковых приборов.

Контрольные вопросы и задания

1. Дать определение полупроводникового диода.

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор, в широком смысле — электронный прибор, изготовленный из полупроводникового материала, имеющий два электрических вывода (электрода). В более узком смысле — полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один p-n-переход.

2. Дать пояснения ВАХ диода.

Вольт-амперная характеристика диода — это графическая зависимость тока, проходящего через диод, от приложенного к нему напряжения при прямом и обратном включении. Вид вольт-амперной характеристики (сокращенно ВАХ) определяется в основном свойствами р – n-перехода.

3. Сформулировать основное свойство диода.

Характерным и важным является то, что токи диода, соответствующие прямой и обратной ветвям ВАХ, резко различны по величине: ток обратной ветви, т.е. обратный ток диода Iд обр обычно на несколько порядков меньше тока диода Iд пр в прямом направлении. Поэтому можно считать, что полупроводниковый диод пропускает электрический ток («открыт») только в одном («прямом») направлении и практически не пропускает ток («закрыт») в другом («обратном») направлении. Это главное свойство диода и называют его вентильным свойством.

4. Указать основные электрические параметры полупроводникового диода.

Главные электрические свойства таких диодов определяются вольтамперной характеристикой (ВАХ) p-n перехода, т.е. зависимостью электрического то-ка через диод Iд от напряжения на диоде Uд : Iд= f(Uд), здесь f (.)-функция. Как известно, такая ВАХ имеет две резко отличающиеся ветви – прямую и обратную.

5. Дать определение биполярного транзистора.

Биполярными транзисторами называют полупроводниковые усилительные приборы на основе двух электрически взаимодействующих p-n переходов. В биполярных транзисторах электрический ток обусловлен движением носителей заряда обоих типов – электронов и дырок; это и определяет название «биполярный».

6. Пояснить включение биполярного транзистора по схеме с ОЭ.

При включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу относительно эмиттера, а выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала с не очень высокой частотой фаза выходного сигнала сдвинута относительно входного на 180°, при высоких частотах фазовый сдвиг отличается от 180° из-за инерционности транзистора). Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, потому что усиливается и ток, и напряжение.

7. Дать определение входных и выходных характеристик биполярного

транзистора при включении по схеме с ОЭ.

Работу схемы обычно описывают с помощью входных и выходных характеристик транзистора в той или иной схеме включения. Для схемы с ОЭ входная характеристика – это зависимость входного тока от напряжения на входе схемы, т.е. IБ = f (UБЭ) при фиксированных значениях напряжения коллектор – эмиттер ( Uкэ = const).

Выходные характеристики – это зависимости выходного тока, т.е. тока коллектора, от падения напряжения между коллектором и эмиттером транзистора Iк = f ( иБЭ) при токе базы IБ = const.

Входная характеристика по существу повторяет вид характеристики диода при подаче прямого напряжения. С ростом напряжения UKЭ входная характеристика будет незначительно смещаться вправо.

8. Указать основные параметры биполярного транзистора, которые можно

найти по его ВАХ.

Статический коэффициент передачи тока h21Э (коэффициент усиления) – отношение постоянного тока коллектора к постоянному току базы в схеме с общим эмиттером.

• Максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором Pк max – превращаемая в тепло мощность, вызванная током коллектора. Превышение максимально допустимой мощности транзистора приводит к перегреву коллекторного перехода и выходу его из строя.

• Максимально допустимый ток коллектора Iк max. Превышение предельного значения тока коллектора приводит к тепловому пробою коллекторного перехода и выходу транзистора из строя.

• Максимально допустимое напряжение между коллектором и базой Uкб max. Это напряжение определяется величиной пробивного напряжения коллекторного перехода.

• Напряжение насыщения коллектор–эмиттер Uкэ нас – напряжение между выводами коллектора и эмиттера в режиме полного открытия транзистора (насыщения).

• Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ max (при разомкнутой базе). У высоковольтных транзисторов, достигает десятков тысяч вольт

• Предельная частота, до которой коэффициент передачи тока выше 1. У низкочастотных транзисторов до 100 кГц, у высокочастотных - свыше100 кГц.

9. Перечислить режимы работы биполярного транзистора.

• Режим отсечки

• Режим насыщения

• Активный режим

• Инверсный активный режим

• Барьерный режим

10. Как построить нагрузочную прямую биполярного транзистора?

Резистор R_к​ выполняет роль нагрузки, а также ограничивает ток в цепи во избежание короткого замыкания источника питания E_вых.

Но в данном случае выходные параметры схемы определяются помимо всего прочего еще и нагрузкой (то есть резистором R_к). Для коллекторной цепи мы можем записать:

U_кэ + I_кR_к = E_вых

Или:

I_к = E_вых – U_кэ/R_к

Этим уравнением задается так называемая нагрузочная характеристика цепи. Поскольку резистор – линейный элемент (U_R = I_RR), то характеристика представляет из себя прямую (которую так и называют – нагрузочная прямая). Наносим ее на выходные характеристики транзистора и получаем следующее:

Рабочая точка в данной схеме будем перемещаться по нагрузочной прямой. То есть величины U_кэ и I_к могут принимать только те значения, которые соответствуют точкам пересечения выходной характеристики транзистора и нагрузочной прямой. Иначе быть не может.

И нам нужно обеспечить, чтобы в открытом состоянии рабочая точка оказалась в положении:

1. В данном случае падение напряжения U_кэ на транзисторе будет минимальным, то есть почти вся полезная мощность от источника окажется на нагрузке. В закрытом же состоянии рабочая точка должна быть в положении

2. Тогда почти все напряжение упадет на транзисторе, а нагрузка будет выключена.

11. Пояснить устройство и принцип работы полевого транзистора с

управляющим p-n-переходом.

Полевой транзистор с управляющим р–n переходом представляет собой транзистор, затвор которого отделен от канала p–n переходом.

Принцип работы основан на изменении сопротивления активного слоя (канала) путем расширения p-n-перехода при подаче на него обратного напряжения. Наиболее характерной чертой полевых транзисторов является высокое входное сопротивление, т.к. ток затвора мал, поэтому они управляются напряжением.

12. Как определить статические параметры полевого транзистора по его

характеристикам?

Статические параметры полевого транзистора:

• Статическая крутизна передаточной характеристики

• Выходное (внутреннее) сопротивление транзистора

• Статический коэффициент усиления

Статические параметры полевого транзистора можно определить, как и для биполярного транзистора, по вольтамперным характеристикам через приращения в зоне активного режима.

13. Как строится динамическая характеристика (нагрузочная прямая) полевого транзистора?

Динамическая характеристика (нагрузочная прямая) для полевого транзистора строится, как и для биполярного, по двум точкам с координатами Uси (при Iс=0) и Iс при (Uси =0).