Коротка теорія і методика вимірювань

Транзистор – триелектродний напівпровідниковий прилад, що має два взаємодіючі електронно-діркові переходи. В транзисторі за типом провідності чергуються три області напівпровідника: р-n-р або n-р-n. Принцип роботи їх однаковий.

Р

N Б К

Б

○

○ Е ○ U_вих

U_e U_k U_вх ○

Рис.1 Рис.2

Рис.1 Рис.2

p

p

1

2

озглянемо транзистор типу р-n-р (рис. 1). На схемі: 1 – емітерний р-n перехід; 2 – колекторний n-р перехід; Б – омічний контакт. Площа колекторного переходу S_к значно більша за площу емітерного переходу S_e. Товщина бази складає від часток до кількох десятків мікрометрів. Концентрація домішок в базі невелика і значно менша за їх концентрацію в областях колектора і емітера.

П ри вмиканні джерела напруги емітерного переходу U_e (джерело U_к вимкне-

не) в область бази з боку емітера інжектуються дірки, які порушують електричну нейтральність бази, в результаті чого потенціал бази зростає. Це сприяє притоку електронів із зовнішнього кола, які нейтралізують позитивний заряд бази, зумовлений притоком дірок з боку емітера. В колі бази тече струм бази I_Б, приблизно однаковий зі струмом емітера I_e - відкритий емітерний контакт.

При одночасному ввімкнені джерела U_e і U_к картина суттєво змінюється. Дірки, що ввійшли до бази з боку емітера, спрямовуються до колекторного переходу, тому що поле для них є прискорюючим. Втягуючись полем колекторного переходу в область колектора, дірки зумовлюють колекторний струм, рекомбінуючи з електронами, що прийшли в область колектора із зовнішнього колекторного кола. Частка дірок ( приблизно 0,1% ) рекомбінують у базі, що сприяє притоку електронів із зовнішнього кола бази і визначає струм I_б. Отже, струм емітера дорівнює:

I_e = I_к + I_б. (1)

В загальному випадку рівність (1) може бути подана інакше:

I_б = α I_e. (2)

Коефіцієнт α < 1 називається коефіцієнтом передачі струму бази. Крім того, у кoлі колектора протікає зворотний струм колектора I_ко, співпадаючий за напрямком зі струмом I_к. Таким чином, остаточно одержуємо

I_к = α I_e + I_ко. (3)

Розрізняють три схеми вмикання транзистора: зі спільною базою (СБ), зі спільним колектором (СК) і зі спільним емітером (СЕ). Найбільш поширеною є схема зі спільним емітером (рис. 2), яка й досліджується в даній роботі. В цій схемі спільною точкою вхідного та вихідного кола є емітер, що й зумовило назву схеми. Основним параметром схеми є коефіцієнт підсилення струму β, який визначається співвідношенням

β = I_к / I_б = I_к / (I_e - I_к ) = α / ( 1 - α ), (4)

де α = I_к / I_e визначено співвідношенням ( 2 ). Крім коефіцієнта передачі струму, для розрахунків схем на транзисторах треба мати статичні характеристики. Cтатичною вхідною характеристикою є залежність струму бази I_б від напруги між базою та емітером при сталій напрузі між колектором та емітером, тобто I_б = f (U_вх) при U_вх=сonst. Типовий вигляд цих характеристик при різних напругах U_вх = 0, 2, 5, 8 В показано на рис.3. Статичною вихідною характеристикою схеми є залежність струму колектора I_к від напруги між колектором та емітером U_вих при сталому струмі бази, тобто I_к = f (U_вих) при I_б = const. Вигляд цих характеристик подано на рис. 3 для різних струмів I_б = 0, 20, 40, 60, 80 мкВ.

П

I_к,

мA

80

60

40

20

0

40 80 120 160 U_вх, мB

Рис.3

I_б,

мкA

0 2 5 8

U_вих

орядок виконання роботи:

1. Ознайомтеся з установкою. Зберіть коло досліджень згідно зі схемою (Рис. 4) і отримайте дозвіл викладача на виконання вимірювань.

2. Зніміть експериментальні дані для побудови статичної вхідної характеристики I_б = f ( U_вх ) при U_вих = 0. Для цього потенціометри R₁ і R₂ виведіть в крайнє положення, щоб U₁ = U₂ = 0. Зробіть перший відлік струму бази I_б за мікроамперметром мкА. Залишаючи U₂ = 0, змінюйте за допомогою потенціометра R₁ напругу між емітером та базою транзистора U₁=U_вх , згідно з табл.1, і записуйте величину струму бази за показаннями мікроамперметра. Одержані значення струму бази занесіть до табл. 1.

3. Одержіть експериментальні дані для побудови статичної вхідної характеристики I_б = f ( U_вх ) при U_вих = 5 В. Для цього потенціометр R₁ виведіть в крайне положення U₁ = U_вх = 0, і за допомогою потенціометра R₂ установіть напругу між емітером та колектором U_вих = U₂ = 5 В.

Змінюючи потенціометром R₁ напругу м іж базою та емітером, згідно з табл. 1, зробіть відлік струму бази за м ікроамперметром.

Рис.4.

Дані експерименту занесіть до таблиці 1.

Таблиця 1.

	Uвх = U1(мВ)	0	40	80	120	160	200	240
Uвих =U2=0B	Iб, мкА
Uвих =U2=5B	Iб, мкА

4. На міліметровому папері побудуйте дві статичні характеристики I_б=f(U_вх) при U_вих = 0 та U_вих = 5 В.

Завдання 2.

5. Отримайте експериментальні дані для побудови сімейства статичних вихідних характеристик I_к=f(U_вих) при I_б=const. З цією метою встановіть почергово I_б =50, 200, 300 мкА, у відповідності з табл. 2 змінюйте потенціометром R₂ напругу між колектором і емітером U_вих=U₂ і робіть відліки колекторного струму I_к за міліамперметром.

Одержані значення струму колектора занесіть до табл. 2.

Таблиця 2.

	Uвих = U2( В )	0	1	2	3	4	5	6
Iб = 50 мкА	Iк, мА
Iб = 200 мкА	Iк, мА
Iб = 300 мкА	Iк, мА

6. За експериментальними даними табл. 2 побудуйте на міліметровому папері сімейство статичних вихідних характеристик.

Дайте відповіді на запитання:

1. Що називають транзистором?

2. Який вигляд мають статичні вхідні та вихідні характеристики?

3. Як працює транзистор р-n-р-типу?

Лабораторна робота № 32.