Лаб_раб №6. Транзистор

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Исследование биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ)

Цель работы: снятие и анализ входных и вы­ходных характеристик транзистора, включенного с ОЭ.

Список литературы:

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учебн. пособие. – изд-во Феникс, 2000. – 448 с.

Краткие сведения для подготовки к лабораторной работе.

Биполярные транзисторы являются универсальными и наи­более распространенными полупро­водниковыми приборами, предназначенными для усиле­ния и генерирования электрических колебаний, и имеют трехслойную р-п-р- или n-р-n-структуру (рис.6.1). Каждый слой имеет вывод, название которого совпадает с названием слоя или области транзистора. Среднюю область транзистора называют базой, а крайние — эмит­тером и коллектором. Эти транзисторы получили назва­ние биполярных потому, что перенос тока в них осу­ществляется носителями заряда двух типов: электронами и дырками.

Биполярный транзистор имеет два р-n-перехода — эмиттерный П1 и коллекторный П2 , а, следовательно, и два запирающих слоя рис.6.1.

Рис.6.1.Схема биполярного транзистора p-n-p типа.

В активном режиме р- n - р транзистор работает в уси­лителях, когда требуется усиление электрических сигна­лов с минимальным искажением их формы. При этом на эмиттерный переход подают внешнее напряжение в пря­мом направлении (несколько десятых долей вольта), а на коллекторный — в обратном (от нескольких вольт до десятков вольт) (рис.6.1). Слой базы конструктивно делается тонким и с небольшой концентрацией электронов, которые являются неосновными носителями зарядов.

Основные носители зарядов эмиттера - дырки под действием напряжения U_эб преодолевают эмиттерный переход, а им навстречу движутся неосновные носители базы - электроны, которых значительно меньше, поскольку их концентрация в базе мала. На пути к коллекторному переходу небольшая часть дырок эмиттера рекомбинирует с электронами базы, создавая ток базы I_Б. Остальные дырки через тонкий слой базы достигают коллекторного перехода, на который подано большое обратное напряжение (U_к, и с ускорением перебрасываются в кол­лектор полем перехода П2. Таким образом, ток I_э основных носителей, покидаю­щих эмиттер, частично теряется в переходе П1 и базе на рекомбинацию, эти потери очень малы и составляют ток базы I_Б. Остальная большая его часть достигает коллектора за счет высокого напряжения на коллекторе, где рекомбинирует с электронами, в результате чего образуется ток I_к.

Таким образом, постоянные токи транзистора, работающего в активном режиме, связаны уравнением

Iэ = Iк + Iб. (6.1)

Токи коллектора I_K и базы I_Б связаны между собой коэффициентом усиления по току , который может быть рассчитан по формуле

. (6.2)

Значение  - для транзисторов обычно находится в пределах .

Распространены три схемы включения транзисторов: (рис.6.2,а) с общей базой (ОБ), (рис.6.2,б) с общим эмиттером (ОЭ), (рис.6.2,в) с общим коллектором (ОК).

Рис. 6.2. Схемы включения биполярных транзисторов: а) с общей базой (ОБ),

б) с общим эмиттером (ОЭ), в) с общим коллектором (ОК).

Токи в уравнении (6.1) можно перепи­сать в приращениях: Iэ = Iк + Iб. Если в цепь коллектора включить резистор R_K (рис.6.3) , то на нем изменение падение напряженияокажется значительно больше изменения переменного напряжения U_вх вход­ного сигнала, поскольку ток коллектора во много раз больше тока базы. Так можно упрощено пояснить принцип усиления сигнала в биполярном транзисторе.

Рис.6.3. Схема включения в усилитель биполярного транзистора с ОЭ.

Описание стенда для снятия характеристик транзистора с ОЭ.

Принципиальная схема установки для снятия входных и выходных вольтамперных характеристик биполярного транзистора представлена на рис.6.4.

Рис.6.4. Принципиальная схема стенда для исследования биполярного транзистора.

Для удобства выполнения лабораторной работы ручки управления вынесены на переднюю панель универсального переносного стенда (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Изображение передней панели стенда для исследования биполярного транзистора VT по схеме c ОЭ.

Экспериментальная часть

Приборы и оборудование:

1. Универсальный переносной стенд.

2. Цифровой вольтметр и миллиамперметр.

Порядок выполнения работы:

1. Зарисуйте схему снятия входных и выходных ха­рактеристик транзистора (см. рис.6.4.) и схему передней панели рис.6.5. Включите стенд. Миллиамперметр подключите к гнездам IK стенда, вольтметр к гнездам U1. Потенциометр UК установите в крайнее правое положение по часовой стрелке (максимум UК). Потенциометром UБ установите ток коллектора 10 мА и измерьте напряжение U1. Ток базы определите косвенным путем по формуле:

(6.3)

Затем подключите вольтметр к гнездам UK. Изменяя потенциометром UK напряжение на коллекторе от 6 В до 0 В снимите выходную характеристику транзистора при . Аналогично получите выходные характеристики при токе коллектора 15 мА и 20 мА. Вычислите токи базы I_Б2 и I_Б3 по формуле (6.3). Результаты измерения запишите в таблицу 6.1.

ВНИМАНИЕ! При изменении выходного напряжения Uкэ меняется ток I_Б , поэтому перед взятием отсчета Uкэ и I_К необходимо корректировать ток I_Б в соответствии с требуемым значением.

Таблица 6.1.

UKЭ, В		0.1	0.5	1	2	3	4	5	6
I к, мА,	I Б1 =
	I Б2 =
	I Б3 =

2. Для получения входной характеристики к гнездам IК подключите перемычку. Установите напряжение Uкэ = 5 В. Потенциометром UБ установите напряжение U_БЭ в соответствии с таблицей 6.2, измерьте напряжение U₁ и рассчитайте ток I_Б базы по формуле (6.3).

Отключите перемычку от гнезд IК. Напряжение U_KЭ становится равным нулю. Измените потенциометром UБ входное напряжение U_БЭ в соответствии с таблицей 6.2. Измерьте напряжение U₁ и рассчитайте ток базы. Затем измеренные и вычисленные величины запишите в таблицу. 6.2.

Таблица 6.2

UБЭ ,В		0	0.2	0.4	0.55	0.6	0.65
Uкэ = 5 В	U1 ,В		5
	IБ1 ,мА
Uкэ = 0 В	U1 ,В		5
	IБ1 ,мА

При изменении потенциометром U_БЭ необходимо контролировать величину напряжения Uкэ и если этот параметр изменился, следует установить его прежнее значение потенциометром UK.

3. Вычертите координатные оси (рис.6.6,а б) для их построения (масштаб по осям: I _Б — в 1 см 0,1 мА; U _БЭ — в 1 см 0,1 В; I_K —в 1 см 4 мА;U_KЭ — в 1 см 2 В).Постройте входные и выходные характеристики в координатных осях (см. рис.6.7,а,б).

Рис. 6.6. Координатные оси для построения экспериментальных входных

и выходных характеристик биполярного транзистора.

Рис.6.7. Входная (а) и выходная (б) характеристики биполярного транзистора.

Результаты измерений должны быть похожими на данные представленные, на рис.6.7.

Контрольные вопросы

1. Какие параметры транзистора, включенного с ОЭ, характеризуют его рабочую точку?

2. Каков физический смысл h –параметров, и при каких условиях их определяют?

3. Почему схема включения транзистора с ОЭ наиболее распро-­ странена?