37906

Изучение статических характеристик и определение коэффициента усиления транзистора

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Инжекция носителей тока. Инжекция носителей тока В основе работы транзистора лежит явление полупроводников р и n типа рn переход к которому приложено внешнее электрическое поле в пропускном прямом направлении рис.1 В этом случае потенциальный барьер основных носителей на границе рn перехода снижается и под влиянием внешнего поля дырки переходят из р в n полупроводник а электроны в обратном направлении из n в р полупроводник и в цепи возникает прямой ток. Процесс рекомбинации происходит не...

Русский

2013-09-25

84.5 KB

35 чел.

Содержание

1. Цель работы……………………………………………………………4

2. Теоретическая часть…………………………………………………...4

2.1. Инжекция носителей тока…………………………………………..4

2.2. Принцип работы транзистора………………………………………6

3. Приборы и оборудование……………………………………………..8

4. Требования к технике безопасности………………………………….9

5. Выполнение работы…………………………………………………...9   

6. Требования к отчету………………………………………………….10

7. Контрольные вопросы………………………………………………..10

Список литературы…………………………………………………...11


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 79

Изучение статических характеристик

и определение коэффициента

усиления транзистора

  1.  цель работы

Целью данной работы является изучение принципа работы транзистора, снятие статических характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, и определение коэффициента усиления по току.

2. Теоретическая часть

Транзистором (полупроводниковым триодом) называется устройство, содержащее два близко расположенных рn – перехода, действующее подобно вакуумной электронной лампе с сеткой.

  1.  Инжекция носителей тока

В основе работы транзистора лежит явление полупроводников    р и n типа (рn – переход), к которому приложено внешнее электрическое поле  в пропускном (прямом) направлении рис. 2.1.

 

Рис. 2.1

В этом случае потенциальный барьер основных носителей на границе рn – перехода снижается, и под влиянием внешнего поля дырки переходят из р в n – полупроводник, а электроны в обратном направлении (из n в р – полупроводник), и в цепи возникает прямой ток.

Дырки, перешедшие в n – полупроводник, являются для него неосновными носителями; встречаясь с электронами, они рекомбинируют с ними. То же самое происходит с электронами, перешедшими в р – полупроводник, причем для этого типа полупроводника они являются неосновными носителями.

Процесс рекомбинации происходит не мгновенно, поэтому у границы рn – перехода происходит как бы «впрыскивание» электронов как неосновных носителей в приграничный слой               р – полупроводника и дырок – в приграничный слой                              n – полупроводника. Поэтому это явление получило название инжекции носителей.

По мере удаления от границы рn – перехода концентрация N неосновных носителей непрерывно уменьшается. За время dt  число неосновных носителей  уменьшается на dN, причем уменьшение числа носителей пропорционально времени dt и концентрации неосновных носителей N, так как, чем их больше, тем больше вероятность встречи их с основными носителями, приводящей к рекомбинации:

                                      – dN = ,                                         (2.1)

где  – коэффициент пропорциональности.

Разделяя переменные и интегрируя полученное выражение, получим закон, по которому изменяется с течением времени число неосновных носителей в результате рекомбинации:

                                      N = N0 e-t/τ ,                                            (2.2)

где N0 – концентрация неосновных носителей на границе рn – перехода.

Из соотношения (2.2) видно, что при t = τ , следовательно, τ это время, в течение которого число неосновных носителей уменьшается в е раз. Это время τ называется временем жизни неосновных носителей. За время жизни носители успевают проникнуть в глубь полупроводника на расстояние L, называемое диффузионной длиной носителей. L различна для различных полупроводников и зависит от количества примесей и других дефектов кристаллической решетки. Например, для чистого германия L 1 мм, для германия с примесями 0,3 – 0,5 мм.

2.2. Принцип работы транзистора

Существуют два типа транзистора: рnр и nрn, которые различаются последовательностью чередования в монокристалле полупроводника областей с различным типом проводимости (р и  n).

На рис. 2.2 показана принципиальная схема плоскостного         рnр транзистора, включенного в схему с общим эмиттером.

 

Рис. 2.2

Транзистор состоит из трех областей: левой n – области, называемой эмиттером (Э), средней р – области, называемой        базой (Б) и правой n – области, называемой коллектором (К). Эти области отделены одна от другой двумя рn – переходами: эмиттерным (1) и коллекторным (2). Эмиттерный рn – переход включен в прямом направлении, коллекторный – в обратном направлении.

Основными носителями в эмиттере nрn – транзистора являются электроны. Так как эмиттерный рn – переход включен в прямом направлении, то потенциальный барьер для электронов, совершающих переход эмиттер – база, снижается, что приводит к инжекции электронов из эмиттера в базу (р – область). В базе эти электроны становятся уже неосновными носителями. В результате инжекции электронов в базу их концентрация на границе эмиттерного перехода становится больше, чем в остальном объеме базы. Вследствие этого начинается диффузия электронов к границе второго рn – перехода, где они попадают под действие электрического поля, приложенного к переходу база – коллектор. Так как коллекторный переход (2) включен в запорном направлении, то для основных носителей базы (р – область) – дырок и коллектора       (n – область) – электронов потенциальный барьер на втором               рn – переходе увеличивается. При этом не будет перехода электронов из коллектора в базу, а для электронов базы, диффундирующих к коллектору, приложенное ко второму                 рn – переходу поле является ускоряющим и потенциального барьера для него не существует. Эти электроны втягиваются в коллектор. Таким образом, в активном режиме коллектор собирает (коллектирует) инжектированные в базу электроны, что и отражается в его названии.

Инжекция электронов из эмиттера неизбежно сопровождается их рекомбинацией с дырками базы, в результате чего количество носителей тока уменьшается. Чтобы сократить потери носителей, толщина базы берется много меньше диффузионной длины, которая составляет в германии 0,3 – 0,5 мм, поэтому в германиевых транзисторах толщина базы не более 0,25 мм.

При включении транзистора в схему с общим эмиттером (рис.2.2) усиливаемый сигнал от источника u подается между эмиттером и базой, а снимается между эмиттером и коллектором. Поток электронов из эмиттера в базу будет регулироваться напряжением источника сигнала, которое будет изменять высоту потенциального барьера на эмиттерном рn – переходе. Большая часть электронов, инжектируемых с эмиттера, будет диффундировать к коллектору и только незначительная часть уходит в цепь базы, создавая небольшой по сравнению с током коллектора Iк ток базы Iб, причем                          Iб = IэIк (Iб « Iк ).

Отношение изменения коллекторного тока к изменению тока базы называется коэффициентом усиления по току в схеме с общим эмиттером:                        .                  (при Vк = const).          (2.3)

Изменение тока базы Iб и коллектора Iк будут пропорциональны самим токам и, поскольку Iб « Iк,

                                           » 1.                                          (2.4)

Это означает, что в схеме включения транзистора с общим эмиттером достигается усиление по току.

Кроме коэффициента усиления сигнала по току () транзистор характеризуется коэффициентом усиления сигнала по напряжению, который определяется соотношением:

                                       ,                                     (2.5)

так как Rн » Rвх, то Vвых » Vвх и α » 1.

Мощность переменного тока, выделяемая в сопротивлении Rн, может быть больше, чем расходуемая в цепи эмиттера, то есть транзистор дает и усиление мощности.

Коэффициент усиления по мощности равен:

                              »1.                                   (2.6)

Характеристики транзистора  в статическом режиме, то есть при отсутствии нагрузки в цепи коллектора и, следовательно, при постоянстве напряжения, приложенного к коллекторному и эмиттерному переходам при изменении тока в цепях транзистора, называются статическими характеристиками.

3. Приборы и оборудование

В данной работе исследуются статические выходные характеристики транзисторов типа П-214, включенных по схеме с общим эмиттером. Электрическая схема установки приведена на   рис. 3.1.

 

                                                          

                                          

                                     

Рис. 3.1

Блок питания, транзистор и электроизмерительные приборы смонтированы в установку, подключаемую к сети шнуром и тумблером «Сеть». На переднюю панель установки вынесены электроизмерительные приборы: амперметр для измерения тока базы, вольтметр и амперметр для измерения коллекторного тока с пределами измерений 50 и 500 mА.

4. Требования к технике безопасности

1. Прежде чем приступить к работе, внимательно ознакомьтесь с оборудованием и заданием.

2. Перед включением установки в сеть проверьте, чтобы тумблер «Сеть» в источнике питания находился в нижнем положении («Выкл.»).

3. По окончании работы отключите питание установки и приведите рабочее место в порядок.

  1.  Не оставляйте без присмотра лабораторную установку.

5. Выполнение работы

  1.  Включают установку в сеть, переводя тумблер в положение «Вкл.».
  2.  Устанавливают ток базы Iб = 0,2 mА и меняя ручкой потенциометра напряжение на коллекторе от 1 до 8 В снимают соответствующие значения коллекторного тока (Iк). После измерений необходимо сбросить напряжение до нуля.
  3.  Повторяют измерения для тока базы Iб = 0,3 mА, 0,4 mА,      0,5 mА, 0,6 mА.
  4.  Результаты измерений заносят в таблицу.
  5.  Строят графики зависимости Iк от Vк при различных значениях тока базы Iб (на одном листе миллиметровой бумаги).
  6.  По графикам и формуле (2.3) рассчитывают коэффициент усиления по току (β) при значении Vк =6 В.
  7.  Рассчитывают погрешности определения β.

Vк (В)

Iк (mА)

Iб = 0,2 mА

Iб = 0,3 mА

Iб = 0,4 mА

Iб = 0,5 mА

Iб = 0,6 mА

  1.  Требования к отчету

Отчет должен содержать:

  1.  название и номер работы;
  2.  основные теоретические и рабочие формулы;
  3.  таблицу с результатами измерений;
  4.  графики статических характеристик транзистора (зависимость Iк от Vк) при значении тока базы Iб = 0,2 mА, 0,3 mА,   0,4 mА, 0,5 mА, 0,6 mА, выполненные на миллиметровой бумаге;
  5.  расчет коэффициента усиления по току β при Vк =6 В;
  6.  расчет погрешности в определении β;
  7.  выводы.

  1.  Контрольные вопросы

  1.  В чем заключается инжекция неосновных носителей тока в полупроводниках?
  2.  Почему уменьшается концентрация неосновных носителей при удалении от границы рn – перехода?
  3.  Что называется временем жизни и диффузионной длиной пробега носителей тока в полупроводниках?
  4.  Каков принцип работы транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером?
  5.  Почему носители тока, перешедшие из эмиттера в базу, свободно переходят в цепь коллектора?
  6.  Почему транзистор может служить усилителем по напряжению?

Список литературы

  1.  Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 5. – М.: Наука, Физматгиз. 1998. – 208 с.
  2.  Епифанов Г.И. Физика твердого тела. – М.: Высшая школа, 1977. – 287 с.

10


  
--  +++++

I

                

р                              n       

 

   ●   ●     ●

   ●    ●    ●     ●     ●    ●     ●

    ●     ●     ●

  •  +
  •  +
  •  +
  •  +
  •  +

       Источник питания

V

220 B

 –

R1

 +  

mA

+ •

   Б

Э

К      +

         •

  •  

                         R2

+

mA

~

+

+

RН

  n             p          n

 Iэ               Iб      Iк 

          1          2

    

u

   Э           Б             К


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64797. Імунологічні і гормональні дисфункції у хворих з хронічними механічними травмами слизової оболонки порожнини рота та їх корекція в комплексному лікуванні 285.5 KB
  Це диктує необхідність вивчення характеру дисфункції локальної імунної системи у хворих на хронічну механічну травму СОПР що дозволить предметніше зясувати порушення місцевого імунологічного барєру. Тому представляється актуальним визначення характеру змін статевих гормонів...
64798. УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ ГЛИБИН НА ШЕЛЬФІ 376 KB
  Одним з істотних аспектів проблеми безаварійного судноводіння є забезпечення необхідного рівня точності вимірювання глибин при плаванні судна в стислих умовах. Оскільки заходи направлені на зниження аварійності судноводіння є актуальним і перспективним...
64799. ПОЛІПШЕННЯ ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕКЦІЙНОГО ВАГОНУ-ПЛАТФОРМИ ШЛЯХОМ ВДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ 3.64 MB
  Мета даної роботи поліпшення технічних характеристик секційного вагонуплатформи за рахунок удосконалення конструкції з урахуванням зниження металоємності. Для досягнення поставленої мети необхідно: провести огляд існуючих конструкцій спеціалізованих вагонівплатформ...
64800. ДЕРЖАВНИЙ АНТИМОНОПОЛЬНИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕСІВ ЕКОНОМІЧНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ 240 KB
  Основою державного контролю економічної концентрації є такі принципи як єдність економічного простору вільне переміщення товарів послуг і фінансових засобів підтримка конкуренції недопущення економічної діяльності спрямованої на монополізацію і несумлінну конкуренцію.
64801. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГІЧНІ ЗАСАДИ СТРАТЕГІЇ РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ У РЕГІОНАЛЬНИХ ЕКОНОМІЧНИХ СИСТЕМАХ 364 KB
  Актуальність визначення напрямів ефективного ресурсозбереження для України обумовлена обєктивними причинами що повязані із вирішенням загальної проблеми забезпечення сталого економічного розвитку держави.
64802. ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ ФАРМАЦЕВТИЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ 559.5 KB
  Метою роботи є підвищення стабільності транспортування тари на лініях розливу та підвищення продуктивності шляхом переходу на двопотокове позиціювання з розробкою удосконаленого пристрою з подільником потоку та обґрунтування динамічних та кінематичних характеристик...
64803. Підвищення ефективності компенсації зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою методом симетрування конструкції 191.5 KB
  Для забезпечення вимог електромагнітної сумісності використовують різноманітні методи зниження зовнішнього магнітного поля розподільного пристрою у тому числі автоматичну компенсацію. Автоматична компенсація зовнішнього магнітного поля здійснюється за допомогою систем автоматичної компенсації.
64804. Дидактичні засади розробки електронного підручника як засобу індивідуалізації навчання студентів аграрних коледжів 232.5 KB
  За Болонською декларацією, навчання у системі вищої аграрної освіти має відбуватись за умов індивідуалізації навчання студентів з використанням нових інформаційно-комунікаційних технологій та консультативній функції викладача, спрямованості навчально-виховного процесу на особистість кожного студента.
64805. УРОЖАЙНІСТЬ ТА ЯКІСТЬ ПРОДУКЦІЇ КОНОПЕЛЬ ЗАЛЕЖНО ВІД СПОСОБУ СІВБИ, НОРМ ВИСІВУ ТА ДОБРИВ В УМОВАХ ПІВДЕННОГО СТЕПУ УКРАЇНИ 244.5 KB
  З метою налагодження виробництва коноплепродукції необхідно розробити основні технологічні прийоми які забезпечують формування високого врожаю конопель з властивостями придатними для виробництва целюлозовмісних матеріалів.