Описание прибора

На правой стороне установки размещены приборы для регистрации прямой ветви вольтамперной характеристики диодов (см. макет установки), на левой стороне – приборы для регистрации обратной ветви ВАХ диодов. Питается эта часть схемы от низковольтного выпрямителя, состоящего из понижающего трансформатора, диодного моста двухполупериодных выпрямителей и конденсатора, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения.

Величину напряжения регулируют поворотами лабораторного автотрансформатора ЛАТР, питающего первичную обмотку понижающего трансформатора. Для исследования можно включить диод № 1 или № 2 тех же марок.

Проведение измерений и обработка результатов

1. Ознакомиться с установкой и нанесённой на ней схемой соединений, обратить внимание на переключатель снятия прямой и обратной ветвей, рукоятку ЛАТР, переключатель диодов № 1 и № 2 и сами диоды в окнах панели.

2. Включив установку в сеть, поставить переключатель на регистрацию прямой ветви вольтамперной характеристики одного из диодов и провести измерения 10-15 точек кривой в диапазоне, допускаемом установленными приборами.

3. После переключения провести измерения 5-10 точек обратной ветви для такого же диода.

4. По всем полученным точкам построить полную вольтамперную характеристику диода, располагая прямую ветвь в первом, а обратную в третьем квадранте и применяя различные масштабы шкал на полуосях, чтобы формат графика получился стандартным. Используя построенную кривую тока, определить коэффициент выпрямления, т.е. отношение максимального прямого тока к обратному.

Контрольные вопросы и задания

1. Дать определения валентной зоне, зоне проводимости, запрещённой зоне. Как заполнена валентная зона в полупроводниках, изоляторах, металлах?

2. Какие примеси в полупроводниках являются донорными, какие акцепторными? Как возникает электронная или дырочная примесная проводимость?

3. Как образуется в полупроводнике электронно-дырочный переход? Какими свойствами он обладает? Как объясняются эти свойства по зонной теории?

4. Как устроен полупроводниковый диод? Какими преимуществами обладает он по сравнению с электронной вакуумной лампой-диодом?

5. Начертить схемы одно- и двухполупериодного диодных выпрямителей. Как выглядят кривые выпрямители тока?

6. Что такое вольт-амперная характеристика? Как выглядят вольт-амперные характеристики лампы накаливания, неоновой лампы тлеющего разряда?

7. Как влияют температура и собственная проводимость на вольт-амперную характеристику диода?

Лабораторная работа № 24 изучение работы транзистора

Цель работы: определить коэффициент усиления и параметры входного сигнала для транзистора, включенного по схеме с общей базой.

Приборы: транзистор и установка для исследования его характеристик в схеме с общей базой.

Теоретические сведения

Полупроводниковые триоды, называемые транзисторами, широко применяются в современной радиоэлектронике. Усилители, генераторы и другие приборы сейчас обычно собираются на транзисторах, а не на электронно-вакуумных радиолампах. Десятки и сотни тысяч транзисторов находятся в процессорах калькуляторов и компьютеров.

Рабочая часть транзистора представляет собой кристалл четырёхвалентного полупроводника – германия или кремния, в котором путём введения примесей пятивалентной сурьмы и трёхвалентного индия созданы три чередующиеся области электронной (n) и дырочной (p) проводимости: n-p-n или p-n-p. Рабочими носителями тока в n-p-n-транзисторах служат электроны, в p-n-p – положительные дырки. Входная крайняя область называется эмиттером (Э), средняя – базой (Б), выходная крайняя – коллектором (К). На стыках областей Э-Б и Б-К возникают электронно-дырочные переходы, обладающие односторонней проводимостью. В прямом, пропускном, направлении сопротивление перехода мало, ток проходит легко; в обратном, запирающем, – сопротивление очень велико, ток практически не проходит. Закрытый электронно-дырочный переход напоминает плоский конденсатор, где между проводящими пластинами находится изолятор, в котором есть сильное электрическое поле и нет носителей тока (рис. 79, n-p-переход).

Рис. 79

Для усиления слабого входного электрического сигнала по напряжению используют включение транзисторов по схеме с общей базой, для усиления по току – с общим эмиттером. В работе изучается усилительное действие транзистора по схеме с общей базой (рис. 80).

Рассмотрим принцип работы транзистора типа n-p-n (см. рис. 80).

Рис. 80

На переход эмиттер-база подаётся постоянное напряжение U_э в прямом направлении. На переход база-коллектор подаётся смещающее напряжение U_k в обратном направлении. Усиливаемое переменное напряжение U_вх подаётся на небольшое входное сопротивление R_вх. Усиленное выходное напряжение U_вых снимается с выходного сопротивления R_вых. При данных полярностях напряжений сопротивление R_эб перехода эмиттер-база мало, сопротивление же перехода база-коллектор, напротив, очень велико. Это позволяет использовать в качестве R_вых сопротивление большой величины.

Подключение прямого напряжения U_э к переходу эмиттер-база понижает потенциальный барьер на этом переходе, а подключение обратного напряжения U_k повышает потенциальный барьер на переходе база-коллектор. Под действием суммарного электрического поля U_э+U_вх электроны проникают в область базы. Так как толщина базы невелика (~1мкм), почти все электроны, не успев рекомбинировать, подхватываются полем напряжения U_k, попадают в коллектор и поступают в цепь коллектора. Остальные электроны поступают в цепь базы и образуют I_б. Обусловленное входным напряжением U_вх изменение тока I_э в цепи эмиттера приводит к изменению количества электронов, проникающих в коллектор, и, следовательно, почти к такому же изменению I_k в цепи коллектора, то есть . Выразив эти изменения токов через соответствующие изменения напряжений и сопротивления, получим

или .

Поскольку R_вых>>R_эб, то изменение выходного напряжения ΔU_вых значительно превышает изменение ΔU_вх входного напряжения. Таким образом, транзистор усиливает напряжение и мощность электрического сигнала. При этом повышенная мощность появляется за счёт источника тока, включённого в цепь коллектора.

Принцип работы транзистора типа p-n-р аналогичен описанному с той лишь разницей, что роль электронов играют дырки, и полярность U_э и U_k меняется на обратную.