Задание

1. Получить навык сбора схем.

2. Выработать навык снятия характеристик стабилитрона.

Аппаратура и пособия

1. Описание практической работы.

2. Лабораторная установка.

3. Соединительные кабели.

Ход работы

1. Собрать схему (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема для снятия характеристик стабилитрона

2. Дать проверить схему преподавателю.

3. Заполнить таблицу 1.

Таблица №1 – Результаты измерения

Uвх.	0	2,5	5,0	7,5	10,0	12,5	15,0
Uстаб.
I стаб.

4. По данным таблицы построить вольтамперную характеристику стабилитрона.

Контрольные вопросы

1. На каком принципе основана работа стабилитрона?

2. Изменятся ли показания вольтметра выходной цепи, сопротивление нагрузки увеличилось до 2,2кОм?

3. Почему нельзя увеличить ток стабилитрона до превышающей I_max?

4. Можно ли добиться стабилизации напряжения при прямом включении диода? Доказать.

5. Можно ли заменить стабилитрон Д814Вна КС196В?

6. Изменится ли выходное напряжение если уменьшить R_огр до 90 Ом?

7. Что означает запись: U_ст = 9, 10, 5 В?

8. Используя второй закон Кирхгофа, доказать, что данная схема стабилизирует входное напряжение. Входное напряжение равное 15В увеличилось до 16В.

Лабораторная работа №3

Тема: исследование транзистора, включенного по схеме с «ОБ».

Цель работы: привить навыки экспериментального снятия характеристик и определение параметров транзистора.

Теоретические сведения

Биполярным транзистором называется полупроводниковый пробор, который состоит из последовательно соединённых полупроводниковых материалов с чередующимся типом проводимости и имеющем два электронно-дырочных перехода. Часть транзистора с наибольшим содержанием примесей называется – эмиттером, с наименьшим того же типа – коллектором. С очень малым содержанием примесей другого типа – базой.

Структура транзистора (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурное построение транзистора

Сокращённо структура транзистора записывается так:

Транзистор p-n-p типа или n-p-n типа.

Транзистор p-n-p типа называется транзистором прямой проводимости, а n-p-n типа обратной проводимости.

Условные обозначения (рисунок 2).

Рисунок 2 – Условное обозначение прямой и обратной проводимости

Работа транзистора

Подключим напряжение к эмиттерному переходу так, чтобы он оказался в прямом включении (рисунок 3). Основные носители зарядов из эмиттера, через тонкую базу переходят в коллектор. При этом дырки эмиттера встречаясь с электронами базы рекомбинируют и создают ток, называемый током рекомбинации. Одновременно этот же источник создаёт электронный ток, состоящий из носителей зарядов базы и эмиттера. Оба тока текут через базу и поэтому его назвали током базы. прямом включении. Основные носители зарядов из эмиттера, через тонкую базу переходят в коллектор. При этом дырки эмиттера встречаясь с электронами базы рекомбинируют и создают ток, называемый током рекомбинации. Одновременно этот же источник создаёт электронный ток, состоящий из носителей зарядов базы и эмиттера. Оба тока текут через базу и поэтому его назвали током базы.

Рисунок 3 – Схема подключения транзистора в прямом включении

Подключим напряжение к коллектору и базе, такой полярности, чтобы вывести основные носители зарядов во внешнюю цепь (рисунок 4). При этом n-p переход коллектор-база (коллекторный переход) окажется в обратном включении. Толщина базы станет меньше, возможность рекомбинации дырок в базу уменьшится. Следовательно, пополнение ими коллектора увеличится, то есть ток коллектора будет состоять из дырок эмиттера и коллектора. Этот ток течёт по цепи: эмиттер – база – коллектор – источник коллекторного тока (U_к-б) – источник эмиттерного тока (U_э-б) – эмиттер.

Рисунок 7 - Схема подключения транзистора чтобы вывести основные носители зарядов во внешнюю цепь

В то же время в цепи коллектор-база станет протекать электронный ток. Он течёт навстречу прежнему току базы. В результате ток базы станет ещё меньше. В маломощных транзисторах он составляет десятки-сотни микроампер. Самый большой ток – ток эмиттера – десятки-сотни миллиампер. Ток коллектора меньше тока эмиттера I_к = α·I_э, где α = 0,95…0,98 – коэффициент передачи по току эмиттера.

Схемы включения транзистора

Схема включения транзистора определяется названием электрода, подключенного к проводу, объединяющему входную и выходную цепь (общий провод). Исходя из этого существуют три разновидности схем включения транзистора:

1. С общей базой

2. С общим эмиттером

3. С общим коллектором

В зависимости от этого изменяются свойства и параметры схемы. В транзисторной схеме выделяют две самостоятельные цепи: входную и выходную. В связи с этим характеристики транзистора делятся на входную и выходную.

Входной характеристикой называют зависимость входного тока от входного напряжения. Например, в схеме с общей базой входным током является ток эмиттера, тогда входная характеристика есть зависимость тока эмиттера от эмиттерного напряжения при напряжении коллектора, равным нулю.

Если требуется получить семейство характеристик, то надо установить какое-то значение U_к. Принято изменять U_к через 5 V.

Что собой представляет входная характеристика? По условию снятия характеристики коллекторное напряжение должно быть равным нулю. Это значит, что коллекторный переход окажется закороченным. Остаётся рабочим только эмиттерный p-n переход. Исходя из принципа работы транзистора, эмиттерный переход должен быть в прямом включении, тогда входная характеристика есть не что иное, как прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода.

При подключенном коллекторном напряжении оказывается, что к транзистору подключены последовательно два источника тока. По закону Ома ток должен увеличиться. В этом убедитесь в процессе выполнения лабораторной работы.

Иная картина наблюдается при включении транзистора по схеме с общим эмиттером. Входным током является ток базы. Но база есть часть эмиттерного n-p перехода, а он по условию в прямом включении, поэтому и в этом случае входная характеристика представляет собой прямую ветвь вольт-амперной характеристики диода.

Зато при подключении коллекторного напряжения электронная составляющая тока коллектора течёт через базу в противоположном направлении току эмиттера. В результате ток базы уменьшается. А т.к. I_к тепловой, то он не зависит от приложенного коллекторного напряжения. Поэтому семейство характеристик ограничивается двумя.

Выходной характеристикой называется зависимость тока выходной цепи от выходного напряжения при нулевом входном напряжении. В обеих схемах включения транзистора выходным током служит ток коллектора, а напряжение – коллекторное. Следовательно, выходная характеристика в обеих схемах одинаковая и представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики диода. Принято характеристику изображать в положительных координатах.

Чтобы получить семейство выходных характеристик, надо подключить напряжение к входной цепи. В схеме с общей базой ток эмиттера течёт не только по входной цепи, но и через коллектор. Это приводит к тому, что при U_к=0 существует ток коллектора. Это свидетельствует о связи между входной и выходной цепями. Под действием коллекторного напряжения ток коллектора будет изменяться так же, как и предыдущая. Увеличим ток эмиттера – характеристика сместится выше по оси координат. Если ток эмиттера изменять на одинаковую величину, то характеристика тоже будет смещаться на одинаковое расстояние. В схеме с общим эмиттером при подключении входного напряжения в коллекторной цепи течёт ток противоположного направления по сравнению с нормальным. Он назван обратным током коллектора. Чтобы в коллекторе ток протекал в обычном направлении, надо коллекторным напряжением скомпенсировать входное напряжение. Это приводит к смещению начала характеристики вправо. Увеличение входного напряжения вызывает дальнейшее смещение характеристики вправо. Величина тока коллектора определяется I_к = β I_б, где β = α /1-α – коэффициент передачи по току базы, а т.к. ток базы растёт с увеличением входного напряжения, то и начальный ток коллектора становится больше. Очередная характеристика располагается выше предыдущей.