Лабораторная работа № 2 исследование статических характеристик биполярного транзистора Программа работы

1. Снять входные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) I_б=f(U_бэ)|U_кэ=const, при |Uкэ|=0, 5В.

2. Снять выходные характеристики транзистора с схеме с ОЭ I_к=f(U_кэ)|I_б=const при Iб=0÷0.6 мА с шагом 0.2 мА.

3. Построить характеристики управления I_к=f(I_б)|U_кэ=const для транзистора в схеме с ОЭ при |Uкэ|=2÷10В через 2В.

4. Построить зависимость коэффициента передачи тока базы от тока коллектора β=f(I_к)|U_кэ=const при |U_кэ|=6В.

5. Определить входное и выходное сопротивления транзистора в произвольных точках.

Пояснения к работе

Рисунок 2.1 – Типовая структура биполярного транзистора

Типовая структура сплавного биполярного транзистора показана на рис.1.1. Транзистор состоит из трёх областей легированного полупроводникового материала, причём базовая область транзистора имеет очень малую толщину и низкий уровень концентрации примесей по сравнению с коллекторной и эмиттерной областями. Транзисторы являются полностью управляемыми приборами, которые могут быть представлены в виде четырехполюсников с входными, выходными и проходными (передаточными) характеристиками.

В электронных аппаратах биполярные транзисторы включаются по схеме с общим эмиттером. Выходной характеристикой транзистора в схеме с ОЭ является зависимость тока коллектора I_к от напряжения между коллектором и эмиттером U_кэ при постоянном токе базы I_б.

При I_б=0 и U_кэ<0 начальный (тепловой) ток коллекторного перехода понижает потенциал базы (для транзистора p-n-p типа), что вызывает поток дырок через эмиттерный переход. Этот поток разделяется на две составляющие: большая составляющая αI_э проходит транзитом в коллектор, а меньшая часть - (1-α)I_э рекомбинирует с электронами базы.

Коэффициент передачи тока α показывает какая часть эмиттерного тока Iэ проходит в коллекторную цепь. В общем случае I_к =αI_э+I_ко (где I_ко – тепловой ток коллекторного перхода), т.е. ток коллектора (выходная величина) управляется с помощью тока эмиттера (входная величина). Первая составляющая эмиттерного тока не вызывает изменения потенциала базы, так как сколько дырок приходит в базовую область, столько же и уходит. Вторая составляющая эмиттерного тока увеличивает потенциал базы, так как после рекомбинации электронов базы с дырками эмиттера в базе остаются нескомпенсированные положительные ионы. Состояние динамического равновесия здесь устанавливается тогда, когда действие I_ко уравновешивается действием (1-α)I_э, т.е. когда

I_ко=(1-α)I_э или .

Поскольку при I_б=0 I_э=I_к, то

.

Ток I_ко называют сквозным током транзистора.

Таким образом, выходная характеристика I_к=f(U_кэ)|I_б=0 подобна обратной ветви вольт-амперной характеристики коллекторного p-n перехода, но с увеличенными в сравнении с ней в раз ординатами (рис.2.2).

Рисунок 2.2 – Семейство выходных характеристик биполярного транзистора

Если Iб>0, то этот ток тоже уменьшает потенциал базы. Следовательно, ток эмиттера увеличится, и условие динамического равновесия будет выглядеть следующим образом:

I_б+I_э=(1-α)I_э или .

В соответствии с первым законом Кирхгофа:

I_к=I_э-I_б, или,

где - коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ.

Как видим на рис.1.2 выходные характеристики I_к=f(U_кэ) , I_б=const с увеличением βI_б располагаются над характеристикой I_к=f(U_кэ)|I_б=0. При уменьшении U_кэ ток I_к уменьшается сначала незначительно, а при U_кэ=U_бэ начинается резкий спад тока.

Входной характеристикой транзистора в схеме с ОЭ является зависимость тока базы I_б от напряжения между базой и эмиттером U_бэ при постоянном напряжении между коллектором и эмиттером U_кэ.

При Uкэ=0 входная характеристика является вольт-амперной характеристикой двух параллельно включенных эмиттерного и коллекторного p-n переходов, смещенных в прямом направлении. При |U_кэ|>2В, т.е. при достаточно больших напряжениях между коллектором и эмиттером, коллекторный переход запирается. Поэтому входная характеристика транзистора при |U_кэ|>2В является вольт-амперной характеристикой смещенного в прямом направлении эмиттерного перехода, опущенной на величину теплового тока коллектора I_ко. При этом характеристика идет более полого, так как площадь эмиттерного перехода значительно меньше суммы площадей обоих переходов транзистора. Дальнейшее увеличение U_кэ мало влияет на вид входных характеристик.