11659

ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторная работа №6 ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Цель работы: ознакомиться с основными параметрами транзистора и снять его статические входные и выходные характеристики. Приборы и принадлежности: 1. Встроенный микроамперметр РА1. 2. Встроенный ...

Русский

2013-04-10

219 KB

51 чел.

Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Цель работы: ознакомиться с основными параметрами транзистора и снять его статические входные и выходные характеристики.

 Приборы и принадлежности:

1. Встроенный микроамперметр РА1.

2. Встроенный миллиамперметр РА2.

3. Встроенные вольтметры PV1 и PV2.

4. Исследуемый транзистор  – МП26Б (т.е. лабораторный модуль).

5. Встроенный источник питания.

6.1. Сведения из теории

6.1.1. Схемы включения транзисторов

В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис. 6.1). При этом каждая схема включения транзистора характеризуется двумя независимыми семействами статических характеристик, определяющих отношение между токами, проходящими в цепях его электродов, и напряжениями, приложенными к этим электродам. Такими характеристиками являются входные и выходные токи:

.

Для схемы ОБ, общим электродом которой для входной и выходной цепей является база транзистора (рис. 6.1, а), характерно усиление по напряжению и по мощности. Однако эта схема не усиливает тока, поскольку входным током является ток эмиттера , а выходным – , ток коллектора. Связь между входным и выходным током определяется уравнением

.                                                (6.1)

При разомкнутой цепи эмиттера () в цепи коллектор-база проходит тепловой неуправляемый ток насыщения коллекторного p-n-перехода, смещенного в обратном направлении. Его называют обратным током коллектора . Поэтому полное выражение для тока коллектора с учетом уравнения (6.1) имеет вид:

.

В схеме ОЭ, которая применяется наиболее часто, входным является ток базы , выходным – ток коллектора , а эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей транзистора (рис. 6.1, б). Как и для схемы ОБ, коэффициент передачи тока в схеме ОЭ (коэффициент передачи базы) определяется отношением  выходного тока ко входному:

.                              (6.2)

Подставив в формулу (6.2) значение тока базы  и разделив числитель и знаменатель на , получим:

.

При изменении  от 0,95 до 0,99 коэффициент  изменяется в пределах 20-100. Следовательно, схема ОЭ обладает значительным усилением по току.

Семейство входных характеристик транзистора для схемы  ОЭ

показано на рис. 6.2. С ростом напряжения на базе ток базы экспоненциально увеличивается, переходя в линейную зависимость при сравнительно большом токе базы.

Выходные характеристики транзистора для схемы ОЭ, отражающие  зависимость

(рис. 6.3), описываются соотношением:

,

где  – сквозной тепловой ток коллектора при разомкнутой цепи базы (). При , , при малых напряжениях на коллекторе (0,2-0,3 В) ток коллектора не зависит от тока базы и характеристики сливаются в   одну линию (область насыщения). С ростом  входного тока базы в соответствии с уравнением (6.3) увеличивается ток коллектора, поэтому при  кривые смещаются вверх от характеристики . Как видно из графика, ток  при >0,2-0,3 В практически не изменяется с повышением напряжения . Это свидетельствует о диффузном характере перемещения неосновных носителей заряда через базу, не зависящем от электрического поля коллектора. При  происходит пробой коллекторного перехода, и коллекторный ток резко возрастает. Такой режим работы транзистора недопустим.

В схеме ОК общим электродом для входной и выходной цепей является коллектор транзистора (рис. 6.1, в). Входным током, как и для  схемы ОЭ, является  ток базы . Коэффициент передачи тока в этой схеме

несколько больше, чем в схеме ОЭ. Схема ОК обладает также  усилением по мощности. Поскольку , для графического анализа схемы ОК используют  семейство статических характеристик  схемы ОЭ.

В таблице 6.1 дано сопоставление различных схем включения транзисторов.

                                                

                                             Таблица 6.1

Параметр

Схема включения

с общей

базой

с общим

эмиттером

с общим

коллектором

Входное сопротивление

50 – 100 Ом

200 – 2000 Ом

10 – 500 кОм

Выходное сопротивление

0,1 – 0,5 МОм

30 – 70 кОм

50 – 100 Ом

Коэффициент усиления по напряжению

30 – 400

39 – 1000

1

Коэффициент усиления по току

1

10 – 200

10 – 200

Коэффициент усиления по мощности

30 – 400

3000 – 30000

10 – 200

6.1.2. Эквивалентная схема транзистора

Характеристиками транзисторов пользуются для определения режимов работы транзисторных каскадов по любой схеме включения, а также для  графического анализа этих каскадов при больших сигналах. При аналитическом методе расчета транзисторных каскадов пользуются линейными эквивалентными схемами транзисторов, которые отражают структурную связь малосигнальных параметров транзистора в режиме переменного тока.

Эквивалентные схемы транзистора подразделяют на две большие группы: эквивалентные схемы, построенные с учетом физических свойств транзистора, его структуры и геометрии (модели транзистора) и эквивалентные схемы, отражающие  свойства транзистора как активного линейного четырехполюсника (формальные эквивалентные схемы). Первые характеризуются физическими (внутренними) параметрами транзистора, вторые – параметрами  транзистора как четырехполюсника (характеристическими параметрами).

Эквивалентная схема, содержащая физические параметры транзистора, может быть составлена для любой схемы его включения: ОБ, ОЭ, ОК. На  рис. 6.4 показана упрощенная, так называемая Т-образная, эквивалентная схема  транзистора с эмиттерным управлением. Эта схема в известной мере отражает  структурное сочетание составных элементов в транзисторе.

Эмиттерный переход, смещенный в прямом направлении, представлен в эквивалентной схеме дифференциальным сопротивлением перехода

,

где 0,026 В – значение температурного потенциала  при 300 К, , где  при изменении эмиттерного тока в пределах единиц и десятков миллиампер составляет единицы и десятки Ом.

Цепь базы транзистора представлена в эквивалентной схеме объемным активным сопротивлением базы , составляющим сотни Ом. Процесс незначительного роста коллекторного тока  с увеличением напряжения на коллекторе  представлен в эквивалентной схеме дифференциальным коллекторным сопротивлением , определяемым соотношением:

и составляющим обычно единицы МОм. Рост тока  (а значит, и ) приводит к уменьшению , поэтому с ростом  несколько меняется наклон кривых, они круче отходят от оси абсцисс.

Перенос тока из эмиттерной цепи в коллекторную учтен введением эквивалентного источника тока  с коэффициентом передачи тока эмиттера . Направление тока источника  однозначно определяется направлением тока эмиттера.

6.1.3. Транзистор как активный линейный четырехполюсник

Характеристические параметры транзистора можно найти, если формально представить транзистор в виде активного линейного  четырехполюсника [1], у которого имеются входные ток и напряжение ,  и выходные ток и напряжение , . Если любые из этих четырех величин считать независимыми, то две другие могут быть найдены из соответствующих уравнений, в которые кроме указанных величин входят так называемые характеристические параметры. В зависимости от выбора независимых величин для транзисторов можно использовать несколько систем уравнений

.

Параметры этих систем носят названия в соответствии с их размерностями: параметры-сопротивления (z-параметры), параметры-проводимости (y-параметры) и смешанные, или гибридные, параметры (h-параметры).

Наибольшее практическое применение в транзисторной электронике получила система h-параметров. При определении этих параметров необходимо знать о режиме  холостого хода и короткого замыкания для переменных составляющих токов и напряжений. Именно эти режимы легко осуществимы для транзистора и поэтому дают наибольшую точность.

Режимом холостого хода (х.х.) транзистора по входной или выходной цепи называется такой режим его работы, при котором в данной цепи поддерживается  постоянный ток, не зависящий от изменения токов и напряжений в других цепях.

На практике это достигается введением в данную цепь большого сопротивления и большой индуктивности (холостой ход по переменному току). В режиме  холостого хода какой-либо цепи ток малого сигнала в этой цепи (  или ) равен нулю.

В режиме короткого замыкания (к.з.), напротив, отсутствует переменная составляющая сигнала (напряжения), т.е. поддерживается постоянное напряжение между соответствующими зажимами транзистора, что обычно    достигается присоединением к ним источников питания с малым внутренним сопротивлением или блокированием этих зажимов конденсатором достаточной емкости (короткое замыкание по  переменному току). При этом напряжение малого сигнала на данных зажимах ( или ) равно нулю.

Параметр  характеризует входное сопротивление транзистора

 при   .

Параметр  - коэффициент обратной связи по напряжению

 при  .

Параметр  - коэффициент передачи тока

  при   .

Параметр  - выходная проводимость

 при   .

Обычно h-параметры измеряют при включениях транзисторов ОБ или ОЭ. Ориентировочные значения h-параметров транзисторов для различных схем включения транзисторов указаны в таблице 6.2.

                                                                                   Таблица 6.2

Параметры

Схема с ОБ

Схема с ОЭ

Схема с ОК

 (Ом)

40

200

2000

1

1

50

50

 (1/Ом)

Связь между  h-параметрами для разных схем включения определяется cледующими формулами:

6.2. Содержание работы

1. Снять семейство выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

2. Снять входные характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ.

3. По результатам измерений построить входные и выходные характеристики транзистора, включенного по  схеме ОЭ, определить h-параметры исследуемого транзистора.

6.3. Порядок выполнения работы

Лабораторный модуль "Исследование биполярного транзистора" установить в лабораторный стенд в ячейку 4. Включить общий тумблер питания лабораторного стенда, заземлить корпус. Ручки "Рег.Uбазы" и "Рег.Uкол." установить в крайнее левое положение. Установить пределы измерений на  встроенных измерительных  приборах следующим образом: РА1 – 500 мкА; РА2 – 10 мА; PV1 – 0,5 В; PV2 – 10 В. При увеличении значений на встроенных измерительных приборах переходить на большие пределы измерений. Включить питание  лабораторного модуля.

1. Снять семейство выходных характеристик транзистора МП26Б, включенного по схеме с общим эмиттером, для чего ручкой "Рег.Uбазы" установить ток базы, равный 200 мкА по прибору РА1. Изменяя напряжение коллектор-эмиттер (ручкой "Рег.Uкол." по прибору PV2) от 1 до 9 В интервалами 1 В и поддерживая ток базы, равный 200 мкА, записать значения коллекторного тока в таблицу. Выполнить подобные операции для значений тока базы 400, 600, 1000 мкА.

2. Снять входные характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ, для  значений напряжения коллектор-эмиттер 0 и -9 В. Для чего, изменяя ток базы от 100 до 1000 мкА интервалами в 50 мкА по прибору РА1 ручкой "Рег.Uбазы", поддерживать неизменными (регулируя ручкой "Рег.Uкол." по прибору PV2) напряжение коллектор-эмиттер , равное 0 В, а затем –9 В. Записать значение напряжения база-эмиттер в таблицу.        

Установить ручки "Рег.Uбазы" и "Рег.Uкол." в крайнее левое положение, выключить питание лабораторного модуля и лабораторного стенда.

3. По результатам измерений п.п. 1 и 2 построить входные и выходные  характеристики транзистора МП26Б, включенного по схеме с ОЭ, и определить h-параметры:

3.1.  – входное сопротивление при =-9 В для трех значений  по формуле

.

3.2.  – выходная проводимость для тока базы =200 мкА и трех значений напряжения на коллекторе

.

3.3.  – изменение коэффициента передачи тока при =4 В и трех значений тока базы

.

3.4.  – коэффициент обратной связи

.

6.4. Контрольные вопросы

  1.  Какие возможны схемы включения транзистора?
  2.  Расскажите о преимуществах схемы включения транзистора с ОЭ.
  3.  Какими статическими характеристиками определяют свойства транзисторов?
  4.  Объясните построение Т-образных эквивалентных схем транзистора.
  5.  Почему транзистор называют активным четырехполюсником?
  6.  Почему h-параметры транзисторов называются гибридными?
  7.  Какой из h-параметров транзистора характеризует величину входного сопротивления? Найдите правильный ответ: 1) h21б; 2) h21э; 3) h11б; 4) h22э; 5) h12б; 6) h11э; 7) h12э.

6.5. Литература

  1.  Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1985. С. 91-127.
  2.  Гершунский Б.С. Основы электроники. Киев: Высш. школа, 1977. С. 170-196.
  3.  Ушаков В.Н., Долженко Ш.В. Электроника: от транзистора до устройства. М.: Радио и связь, 1983. С. 72-79.
  4.  Криштафорович А.К., Трифонюк В.В. Основы промышленной электроники. М.: Высш. школа, 1985. С. 31-44.
  5.  Жеребцов И.П. Основы электроники. 5-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1989. С. 67-88.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35488. Информационные системы в экономике. Общая характеристика методов формирования решений 124.5 KB
  Принятие решения – это всегда выбор определенного направления деятельности из нескольких возможных. Следует различать два процесса: формирование решения и принятие решения. Формирование решения – это подготовка исходных данных и их обработка таким образом что бы было ясно последствия его принятия. Принятие решения – это изучение различных вариантов их последствий и утверждение одного из них.
35489. Экономические информационные системы 139.5 KB
  Наиболее распространенными формами такого рода моделей являются: диаграммы потоков данных сети Петри сети управления и планирования модели баз данных модели баз знаний и т. Большинство бизнеспроцессов воспроизводятся с помощью диаграмм потоков данных. В зависимости от целей моделирования внимание может быть сосредоточено либо на процессах бизнеспроцесса либо на объектах либо на потоках данных. Если необходимо воспроизвести объекты и связи между ними то пользуются стандартом IDEF1 а при необходимости моделирования потоков данных –...
35490. Информационные системы. Процесс информатизации 78.5 KB
  Информационный процесс. Характеристика его составляющих Информационный процесс процесс получения создания сбора обработки накопления хранения поиска распространения и использования информации. Базовыми фундаментальными понятиями экономической информатики являются: данные; информация и экономическая информация; информационный процесс; задача и экономическая задача; знания; Данные В повседневной жизни мы сталкиваемся с сообщениями об объектах событиях процессах от различных источников. Информационная система – это...
35491. Информационные системы. Шпаргалка 163 KB
  Для информационных систем характерно Многоаспектность Многофункциональность Различные сферы применения Поэтому классифицировать информационные системы сложно. Могут быть системы: автоматизированные слабо автоматизированные и не автоматизированные Уровень интеграции информационных процессов. Могут быть системы: интегрированные процессные информационные системы выполненные на единой информационной базе и обеспечивающие сквозную связь между всеми элементами ИС. Онги поддерживают управление бизнеспроцессами ...
35492. Информационные системы и информационные технологии 93.5 KB
  TPS – Транзакционные технологии TPS Trnsctions Processing Systems предназначены для ежедневной обработки поступающих в виде документов сообщений счета акты накладные и т. MIS – Технологии поддерживающие управленческие функции MIS Mngement Informtion Systems предназначены для автоматизации планирования деятельности предприятия организации а также для организации контроля над ходом выполнения планов производства и реализации продукции. DSS – Технологии аналитической обработки данных DSS Decision Support Systems...
35493. Автоматизированные системы управления (АСУ) 784 KB
  Основные компоненты АСУ ТП предназначена для выработки и реализации управляющего воздействия на ТОУ и представляют собой человекомашинную систему обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации необходимой для оптимизации управления объектом в соответствии с принятым критерием. Основные компоненты: КТС – комплекс технических средств; СПО – системное программное обеспечение; ФАУ – функциональные алгоритмы управления. Информационное обеспечение информация характеризующая состояние системы управления системы классификации и...
35494. Моделирование информационных систем 702.5 KB
  Модели гидродинамики потоков в аппаратах. Модель идеального смешения Условия физической реализуемости этой модели выполняются если во всем потоке происходит полное смешение частиц потока. Модели идеального перемешивания соответствует апериодическое звено 1го порядка и имеет передаточную функцию. Математическое описание модели: где: с концентрация вещества; τ время пребывания частиц в реакторе; ω линейная скорость потока; х координата.
35495. Системы автоматизированной работы (САР) 5.7 MB
  Разомкнутые САР системы в которых входными воздействиями управляющего устройства являются только внешние задающие и возмущающие воздействия; при этом значение выходной величины ОУ может существенно отклоняться от его заданного значения в силу изменения внутренних свойств ОУ параметров САР. Устойчивость САР свойство системы возвращаться в исходное состояние равновесия после прекращения воздействия выведшего систему из этого состояния. уравнения частотные определяют связь между устойчивостью системы и формой частотных характеристик...
35496. Представление данных в электронных таблицах в виде диаграмм и графиков 1.25 MB
  Что нужно знать: что такое столбчатая линейчатая и круговая диаграмма какую информацию можно получить с каждой из них адрес ячейки в электронных таблицах состоит из имени столбца и следующего за ним номера строки например C15 формулы в электронных таблицах начинаются знаком = равно знаки – и ^ в формулах означают соответственно сложение вычитание умножение деление и возведение в степень в заданиях ЕГЭ могут использоваться стандартные функции СУММ сумма СРЗНАЧ среднее значение МИН минимальное...