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

21677. Взаимные влияния между цепями связи, телемеханики и меры защиты 307.5 KB
  Первичные параметры влияния на цепи связи в воздушных линиях связи; 3. Первичные параметры ЭМ влияния между цепями симметричных кабелей связи; 4. Причины взаимного влияния между цепями связей и основные параметрыпервичные и вторичные параметры влияния Качество и дальность связи обуславливаются не столько собственным затуханием цепей сколько мешающими взаимными влияниями между соседними цепями которые проявляются в виде переходного разговора или шума.
21678. Основное уравнение влияния между цепями 153.5 KB
  Токи электрического влияния ближнем и дальнем концах; 2. Токи магнитного влияния на ближнем и дальнем концах; Полный ток электромагнитного влияния на ближнем и даль нем концах. Токи электрического влияния ближнем и дальнем концах Рассмотрим общий случай когда две двухпроводные цепи с параллельными проводами имеют различные параметры и замкнуты на концах на согласованные нагрузки рис. Обозначим напряжения и токи во влияющей цепи U10 I10; на ближнем конце U20 I20 и U2l I2l на дальнем конце цепи подверженной влиянию.
21679. Переходное затухание между цепями в кабельных линиях 336.5 KB
  На ближнем конце ; дБ На дальнем конце . дБ Так как мощность в начале влияющей цепи; мощность в начале цепи подверженной влиянию мощность на дальнем конце цепи подверженной влиянию. 1 где уровни передачи в начале и в конце цепей. Согласно определению защищённости на ближнем конце: Откуда переходное затухание на ближнем конце.
21680. Общие понятия об организации связи на железнодорожном транспорте и видах НС 41 KB
  Организация связи на железнодорожном транспорте; 4. автоматики телемеханики и связи Изучение дисциплины будет проходить в 6ом семестре. Вы должны самостоятельно изучить следующие вопросы: Конструкции и свойства воздушных линий связи и высоковольтных линий автоблокировки; кабельных линий автоматики телемеханики и связи: кабелей связи ВЧ и НЧ; коаксиальных кабелей; кабелей автоматики телемеханики и силовых; волоконнооптических кабелей; волноводов; сверхпроводящих кабелей.
21681. Основы электродинамики направляющих систем 183.5 KB
  Исходные уравнения электродинамики; 2.Исходные уравнения электродинамики Основные уравнения электродинамики поля называемые уравнениями Максвелла обобщают два основных закона электродинамики: закон полного тока и закон электромагнитной индукции.2 представляют собой интегральную запись уравнений Максвелла чаще пользуются уравнениями в дифференциальной форме. Второе слагаемое в правой части уравнения 2.
21682. Особенности электромагнитных процессов в направляющих системах 222 KB
  1 Скорость перемещения фазы поля называют фазовой скоростью. На практике основной интерес представляет знание характеристик поля на очень больших расстояниях от излучателя таких что .8 Величину принято называть эквивалентной глубиной проникновения поля. Расчетные соотношения глубины проникновения поля для некоторых металлов приведены в таблице: Таблица 2.
21683. Параметры передачи цепей воздушных и кабельных линий 280 KB
  Первичные параметры цепи; 2. Первичными параметрами цепи называются индуктивность активное сопротивление проводов цепи емкость между проводами цепи а также проводимость изоляции между проводами отнесённые к единице длины линии километру и равномерно распределённые по всей длине линии. Индуктивность проводов L Гн км характеризует способность цепи накапливать энергию в магнитном поле а также определяет связь между током в проводах цепи и сцепленным с ним магнитным потоком: . Емкость C Ф км характеризует способность цепи накапливать...
21684. Оптимальное соотношение между первичными параметрами кабельных цепей 263 KB
  Уравнение однородной линии; 2.Уравнение однородной линии При определённых условиях первичные параметры полностью характеризуют электрические свойства линейных цепей связи. Однако в отличии от сосредоточенных параметров они распределены по всей длине линии.Вторичные параметры цепи Из приведённых выше формул следует что распространение энергии по линии ток и напряжение в любой точке цепи обусловлены в первую очередь параметрами и .
21685. Физические процессы в линия связи на оптических волокнах 224.5 KB
  Апертура волоконного световода; 3.Критическая частота и критическая длина волны воло конного световода; 5.Затухание сигнала в волоконных световодах. Отличие от радиоканалов состоит в том что волна распространяется не в свободном пространстве а концентрируется в самом объеме световода и передаётся по нему в заданном направлении.