4.4 Результати експериментів

Експеримент 1. Вимірювання напруги і обчислення струму через стабілітрон.

а), б) дані для побудови ВАХ стабілітрона

Таблиця 4.1 - Дані для побудови ВАХ стабілітрона

в) побудова ВАХ стабілітрона

г) напруга стабілізації стабілітрона Uст =

д) розсіює потужність Rст =

е) диференціальний опір стабілітрона Rдиф =

Експеримент 2. Вимірювання точок навантажувальної характеристики параметричного стабілізатора.

Таблиця 4.2 - Дані для навантажувальної характеристики стабілітрона

Експеримент 3. Отримання ВАХ на екрані осцилографа.

Напруга стабілізації, отримана з вольт-амперної характеристики, яка отримана за допомогою осцилографа Uст =

Експеримент 4. Побудова навантажувальної прямої стабілітрона.

На вольт-амперній характеристиці стабілітрона, отриманої в результаті експерименту 1, побудувати навантажувальні прямі для вказаних значень.

4.5 Контрольні питання

1. Які технології виготовлення напівпровідникових діодів застосовуютьються в сучасному виробництві? Дайте їх короткий опис.

2. Назвіть типи напівпровідникових діодів. Які діоди відносять до спеціальних типів?

3. У чому відмінність діода Шоттки від інших типів діодів? Назвіть області застосування діода Шоттки.

4. Поясніть принцип дії стабілітрона. Де знаходиться робоча область стабілітрона? (Показати на ВАХ).

5. Які параметри є довідковими даними стабілітрона?

6. Поясніть принцип роботи параметричного стабілізатора напруги. (Показати на схемі).

7. У чому полягає принцип дії тунельного діода? Привести умовне графічне позначення і ВАХ тунельного діода.

8. Поясніть принцип роботи фотодіода, випромінюючого діода, діода Ганна. Наведіть приклади їх застосування.

9. Що таке навантажувальні прямі стабілітрона? Яке їхнє призначення?

Лабораторна робота № 5 Дослідження біполярного транзистора

5.1 Мета роботи: 1. Аналіз залежності коефіцієнта підсилення постійного струму від струму колектора. 2. Дослідження роботи біполярного транзистора в режимі відсічки. 3. Отримання вхідних і вихідних характеристик транзистора. 4. Визначення коефіцієнта передачі при змінному струмі. 5. Дослідження динамічного вхідного опору транзистора.

5.2 Короткі теоретичні відомості Біполярний транзистор - напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими випрямляючими р-п-переходами і трьома виводами, підсилювальні властивості якого обумовлені явищами інжекції і екстракції неосновних носіїв заряду. У біполярному транзисторі використовуються одночасно два типи носіїв заряду - електрони і дірки (звідси і назва - біполярний). Переходи транзистора утворені трьома областями з чергуючими типами провідності. При включенні біполярного транзистора з ОЕ ланцюг бази являється вхідним , а ланцюг колектора - вихідним. Схема включення транзистора з ОЕ в активному режимі зображена на рисунку 5.1.

Фізичні процеси в транзисторі з ОЕ аналогічні при включенні транзистора з ОБ. Під дією напруги Uбе в ланцюзі емітера проходить струм Iе. У базі цей струм розгалужується. Основна його частина йде у колектор, створюючи керовану складову струму колектора, інша частина - у ланцюг бази, визначаючи струм бази рекомбінації. Назустріч струму рекомбінації в базі проходить зворотний струм коллектора Iкбо.

Рисунок 5.1 - Схема включення транзистора з ОЕ в активному режимі Вихідними статичними характеристиками транзистора з ОЕ є сімейство характеристик

при

Вигляд цих характеристик відображає особливості роботи транзистора з ОЕ в різних режимах (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 - Вихідні характеристики транзистора з ОЕ

В активному режимі і режимі насичення емітерний перехід включається в прямому напрямку. Під дією напруги в ланцюзі бази проходить струм Iб. За рахунок напруги Uбе при нульовій напрузі колектора обидва р-п-переходи транзистора зміщені в прямому напрямі. Транзистор працює в режимі насичення і через колектор проходить струм інжекції, напрямок якого протилежний напрямку колекторного струму в активному режимі. У базі накопичуються неосновні носії заряду. З появою невеликої негативної напруги на колекторі струм інжекції з колектора зменшується, а струм обумовлений екстракцією дірок з бази в колектор збільшується. Тому при збільшенні негативної напруги колектора до значення спостерігається значне зростання колекторного струму. При транзистор з режиму насичення переходить в активний режим. Зростання колекторного струму при подальшому збільшенні негативної напруги Ukе сповільнюється. Але нахил вихідних характеристик у схемі з ОЕ виявляється більше, ніж у схемі з ОБ. Збільшення струму бази викликає збільшення колекторного струму, тобто зміщення вихідних характеристик вгору. Вхідні характеристики. Вхідні характеристики транзистора з ОЕ (рисунок 5.3) відображають залежність при

Рисунок 5.3 - Вхідні характеристики транзистора з ОЕ

При Uке = 0 обидва р-п-переходи транзистора виявляються включеними в прямому напрямку. З емітера і колектора здійснюється інжекція дирок в базу. У ланцюзі бази проходить струм рекомбінації обох переходів. Тому вхідна характеристика являє собою ВАХ двох паралельно включених р-п-переходів. При Uке <0 колекторний перехід включається у зворотному напрямку і в ланцюзі бази проходить струм 1б> 0.

Якщо Iбе = 0, то Iе = 0 і в ланцюзі бази проходить струм

1б = - 1кбо. Збільшення напруги Uбе супроводжується рекомбінаційною складовою струму бази, і при певній напрузі Цбе струм бази стає рівним нулю. Подальше збільшення напруги Цбе супроводжується зростанням струму бази. При збільшенні негативної напруги колектора спостерігається зміщенняня характеристик у бік вісі струмів. Це пов'язано з проходженням зворотного струму колектора Iкбо.

Статичний коефіцієнт передачі транзистора по постійному струму визначається як відношення струму колектора Ik до струму бази Iб:

(5.1)

Статичний коефіцієнт передачі транзистора по змінному струму визначається як відношення приросту струму колектора 1К до приросту струму бази Iб:

(5.2)

Вихідними статичними характеристиками транзистора, включеного з ОЕ є сімейство характеристик

,

Вхідними статичними характеристиками транзистора, включеного з ОЕ є сімейство характеристик

,

Диференціальний вхідний опір КВХ транзистора в схемі з загальним емітером (ОЕ) визначається при фіксованому значенні напруги колектор-емітер [/ КЕ. Воно може бути знайдено як відношення збільшення напруги база-емітер до викликаного їм збільшенню струму бази:

(5.3)

Диференціальний вхідний опір транзистора КВХ у схемі з ОЕ через параметри транзистора визначається наступним виразом:

(5.4)

де Rb - розподілений опір базової області напівпровідника, Re - диференціальний опір переходу база-емітер, визначається з виразу:

(5.5)

де Ie - постійний струм емітера в міліамперах. Перший доданок Rb набагато менший за другий, тому ним можна знехтувати:

(5.6)

Диференціальний опір Re переходу база-емітер для біополярного транзистора можна порівняти з диференціальним вхідним опором Rbx транзистора в схемі із загальною базою, яка визначається при фіксованому значенні напруги база-колектор Ubk.

Воно може бути знайдено як відношення збільшення напруги Ubk до викликаного ним збільшення струму емітера Ie:

(5.7)

Через параметри транзистора цей опір визначається виразом:

(5.8)

Першим доданком можна знехтувати, тому будемо вважати, що диференціальний опір переходу база-емітер приблизно рівний:

У режимі відсічення полярності значення напруг Uke і Ube такі, що колекторний і емітерний переходи зміщені у зворотному напрямку. У цьому випадку через емітерний перехід проходить зворотний струм Iebo, а через колекторний перехід - струм Ikbo. У вхідній ланцюг проходить струм бази

(5.9)