71044

Дослідження характеристик біполярного транзистора

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Експериментальним шляхом зняти статичні вольтамперні характеристики біполярного транзистора увімкненого з загальним емітером; визначити за цими характеристиками його h параметри та освоїти методику вимірювання параметрів транзисторів за допомогою тестера.

Украинкский

2014-11-01

608.5 KB

13 чел.

Робота 20. Дослідження характеристик біполяр-           

                      ного транзистора

   

20.1. Мета роботи

Експериментальним шляхом зняти статичні вольт-амперні характеристики біполярного транзистора, увімкненого з загальним емітером; визначити за цими характеристиками його h - параметри та освоїти методику вимірювання параметрів транзисторів за допомогою тестера.

20.2. Короткі теоретичні відомості

Біполярним транзистором називають напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими p-n-переходами і трьома виводами, призначений для підсилення, генерування і комутації  електричних сигналів.

Основою транзистора є кристалічна пластинка германію чи кремнію, в якій за допомогою відповідних домішок утворюють три області з різним типом домішкової провідності. Транзистори, в котрих крайні області мають діркову провідність, а середня електронну - називають транзисторами p-n-p типу (рис. 20.1,б). В транзисторах            n-p-n типу (рис.20.1,а) крайні області мають електронну провідність, а середня - діркову. Крайні області називають емітером (Е) і колектором (К), а середню -базою (Б).

Рис. 20.1.

Принцип роботи транзисторів обох типів однаковий, але полярність прикладених напруг протилежна. У назві біполярні відбито той факт, що струм через транзистор визивається рухом носіїв заряду обох знаків - дірок і електронів, на відміну від польових транзисторів, де струм у каналі виникає в результаті руху носіїв лише одного знаку.

Транзистори вмикають в електричні кола таким чином, щоб до переходу емітер-база зовнішня напруга була прикладена у прямому напрямку, а до переходу колектор-база - у зворотному. Коротко розглянемо роботу біполярних транзисторів на прикладі транзистора n-p-n типу, схема вмикання якого наведена на рис. 20.2.

                   

Рис.20.2.

Так як емітерний перехід зміщений у прямому напрямку, то навіть  невелика напруга між емітером і базою визиває перехід основних носіїв, в даному випадку електронів, із емітера в базу. Цей процес називають інжекцією основних носіїв із емітера в базу. В області бази  інжектовані носії  стають неосновними і в наслідок теплового руху (дифузії)  і під дією прискорюючого поля колекторного переходу (дрейфу) досягають колектора, створюючи основний струм колектора . Деяка частина  електронів, інжектованих в базу, рекомбінує з дірками бази, спричинюючи появу струму бази . Однак, цей струм невеликий тому, що концентрація дірок в базі низька, а область бази порівняно невелика.

Розглянуте вмикання транзистора називають вмиканням з спільною базою, оскільки вивід бази є спільним для вхідного і вихідного кіл. Отже, при такому вмиканні величиною вихідного колекторного струму транзистора можна керувати, змінюючи величину вхідного емітерного струму. Відношення приростів колекторного струму до емітерного носить назву коефіцієнта передачі за струмом в схемі з спільною базою

.                                      /20.1/

Величина  лежить в межах 0.9 -0.99, тобто при цьому вмиканні   транзистора не відбувається підсилення струму, однак відбувається підсилення за напругою і потужністю. При емітерному струмі, рівному нулю, через транзистор протікає незначний початковий струм колектора , зумовлений рухом неосновних носіїв: дірок із колектора в базу та електронів із бази в колектор для транзисторів      n-p-n - типу. 

Схема вмикання транзистора зі спільною базою характеризується низьким вхідним та великим вихідним опорами і застосовується дуже рідко, зокрема, у підсилювачах напруги, що працюють на високоомне навантаження.

На рис. 20.3,а наведено схему вмикання транзистора з спільним колектором. Вона відрізняється великим вхідним та малим вихідним опорами, тому застосовується у вхідних (буферних) каскадах підсилювачів та у вихідних каскадах підсилювачів потужності для узгодження з низькоомним навантаженням. Коефіцієнт підсилення за напругою в цій  схемі близький до одиниці.

                       а)                                                                   б)

Рис.20.3.

Найчастіше використовується вмикання транзисторів із спільним емітером (рис 20.3,б). При цьому вмиканні здійснюється підсилення і за напругою, і за струмом. Відношення приростів колекторного струму  до базового називають коефіцієнтом передачі транзистора за струмом у схемі з загальним емітером

.                                         /20.2/

Основними характеристиками транзистора, увімкнутого за схемою з загальним емітером, є статична вхідна характеристика  при  і статична вихідна характеристика  при .

Підсилюючі властивості транзисторів оцінюються за їх характеристиками за допомогою системи h - параметрів. Значення          h-параметрів знаходять з побудови характеристичних трикутників на статичних вольт-амперних характеристиках транзистора в околі робочої точки.

При дії малих сигналів транзистор розглядають як лінійний активний чотириполюсник (рис. 20.4).

Рис. 20.4.

За допомогою системи h-параметрів легко отримати вирази для приростів вхідної напруги і вихідного струму, як функцій зміни струму бази і колекторної напруги:

;

.                                 /20.3/

З приведених рівнянь легко встановити фізичний зміст                        h-параметрів. Зокрема, параметр , що визначається відношенням приросту напруги на базі до відповідного приросту струму бази при постійній напрузі на колекторі є вхідним опором транзистора:

   при  .                        /20.4/

Параметр  називають коефіцієнтом зворотного зв'язку за напругою і він визначається відношенням приросту колекторної напруги до визваного приросту напруги бази при постійному струмі бази:

   при .                       /20.5/

Важливим параметром транзистора є його коефіцієнт передачі за струмом , рівний відношенню приросту колекторного струму до відповідного приросту струму бази при постійній напрузі на колекторі:

  при .                      /20.6/

Параметр  має зміст вихідної провідності транзистора у схемі з загальним емітером і визначається відношенням приросту колекторного струму до відповідного приросту напруги на колекторі при постійному струмі бази, а саме

                     

 при .                      /20.7/

Параметри  i  знаходять за вхідними статичними характеристиками транзистора, а  і - за вихідними.

Система h-параметрів використовується при побудові схем заміщення транзисторів, необхідних при теоретичному аналізі роботи електронних кіл. Схема заміщення біполярного транзистора наведена на рис. 20.5.

    

Рис. 20.5.

Зі схеми рис. 20.5. видно, що транзистор можна розглядати, як кероване джерело струму. Величина струму генератора визначається струмом бази, який, в свою чергу, залежить від величини прикладеної напруги і вхідного опору транзистора . Джерело струму зашунтоване резистором, опір якого є оберненим до вихідної провідності транзистора.

20.3. Програма роботи

   

1. Зібрати схему дослідження характеристик транзистора зі спільним емітером.

2. Зняти сім'ю вхідних статичних характеристик  при різних напругах на колекторі транзистора.

3. Зняти сім'ю вихідних статичних характеристик при фіксованих значеннях струму бази.

4. Визначити h-параметри транзистора і порівняти з довідковими даними.

5. Побудувати схему заміщення транзистора.

6. Визначити коефіцієнт передачі за струмом транзистора за допомогою тестера.

   

20.4. Cхема дослідження роботи транзистора

  

       

Рис. 20.6.

На схемі, наведеної на рис. 20.6, позначені: R1-резистор 1 кОм; R2-резистор змінний 470 Ом; VT1-транзистор КТ315А; SA1-тумблер; PA1- тестер Ц43101; PA2-тестер 43342; PV1- мультиметр Ф4372; РV2 -вольтметр блока живлення пристрою.

20.5. Порядок виконання роботи 

 

1. Зберіть схему дослідження транзистора  згідно з рис. 20.6.  Приєднайте її до джерел  живлення +5 В та +15 В. Ручку регулювання напруги +15 В виведіть у ліве крайнє положення і увімкніть живлення.

2. Для зняття сім'ї вхідних статичних характеристик  при =0; 5; 10 В необхідно змінювати напругу на базі транзистора за допомогою резистора R2 так,  щоб струм бази змінювався від 0 до 0.2 mA ступенями у 0,025 mA , підтримуючи напругу на колекторі транзистора постійною. Покази приладів занесіть в табл. 1

За даними табл. 1. побудуйте сім'ю вхідних статичних характеристик транзистора.

ЗАУВАЖЕННЯ : дозволяється вмикати джерело колекторної напруги тумблером SA1, лише переконавшись, що вона не перевищує 10 В і, що струм бази не більший 0.2 mA.

                                                                                                    Таблиця 1

N

 =0 В                     

  =5 В       

 =10 В

п.п

, mA

, В

, mA

, В

, mA

, В

1

2

3

4

5

6

7

8

9

3. Для зняття сім'ї вихідних статичних характеристик транзистора  при =0.1; 0.15 ; 0.2 mA  за допомогою регулятора            +15 В блока живлення змінюйте напругу на колекторі транзистора від 0 до 10 В, підтримуючи постійним струм бази. Покази приладів занесіть в табл. 2.

                                                                                                   Таблиця 2

N

 0.1 mA                     

       0.15 mA       

 0.2 mA

п.п

, mA

, В

, mA

, В

, mA

, В

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

За даними табл. 2 побудуйте сім'ю вихідних статичних характеристик транзистора.

4. За побудованими статичними характеристиками графоаналітич-

ним методом визначіть h-параметри транзистора КТ315А та порівняйте з виписаними із довідника.

5. Використовуючи результати розрахунку h-параметрів, побудуйте схему заміщення транзистора згідно з рис. 20.5.

6. Для оперативного визначення коефіцієнта натисніть кнопку вибору типу транзистора на панелі тестера Ц4342. Вставте транзистор КТ315 в спеціальну панель на корпусі тестера таким чином, щоб виводи бази, колектора і емітера транзистора співпали з назвами гнізд на панелі. Галетний перемикач приладу встановіть проти позначки. Обертаючи ручку 0,  приладу, встановіть стрілку в кінець шкали,  позначеної . Переведіть вимикач в положення та проведіть вимірювання:=            .

20.6. Контрольні запитання

  

1. Чому транзистори називають біполярними?

2 Який принцип роботи біполярного транзистора?

3. Які основні параметри транзисторів?

4. Які особливості роботи транзистора при трьох основних схемах його вмикання?

5. Що таке коефіцієнт передачі транзистора за струмом і як його можна визначити?

6. Поясніть роботу транзистора за схемою його заміщення.

7. Як класифікуються біполярні транзистори?

8. Який фізичний зміст h- параметрів транзистора?

9. Чим відрізняються біполярні транзистори від польових?

10. В якій схемі вмикання транзистора коефіцієнт підсилення за напругою близькій до одиниці?

 

237


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45171. Государственные институты Киевской Руси 33.2 KB
  В политической системе Киевской Руси сочеталось три разных элемента: монархический аристократический. Князь исконно на Руси рассматривался как защитник церкви.Боярство Киевской Руси институт еще достаточно не замкнутый.
45172. Управленческая модель новгородской республики. История ГУ 31.5 KB
  Необычна судьба Новгорода в истории русского средневековья. Однако уникальность исторического опыта Новгорода проявлялась прежде всего в том что в системе древнерусских земель и княжеств это был самый крупный городгосударство где не существовало правящей династии князей. Вплоть до этого времени киевские князья без особого успеха боролись с древней ещё племенной традицией вечевой власти Новгорода постепенно отдавая городу всё больше прав. боярство и купечество Новгорода используя народное движение добились политической независимости от...
45173. Распространению христианства на Руси 24.41 KB
  Её появление обычно связывают с так называемым Фотиевым крещением Руси в первой половине 860х годов. Ряд историков предполагает что первыми крестителями русинов могли быть братья Кирилл и Мефодий отправленные Фотием с миссией в Хазарию. Традиционная историография относит Крещение Руси к 988 году хотя по мнению некоторых церковных историков есть основания полагать 987 более вероятной датой.
45174. Русь в структуре золотоордынского управления 25.5 KB
  Ордынское иго надолго затормозило экономическое развитие Руси разрушило ее сельское хозяйство подорвало русскую культуру привело к падению роли городов в политической и экономической жизни Руси к резкому сокращению населения страны особенно городского. Дань 14 различных видов и тягостей истощала экономику Руси мешала ей оправиться после разорения. Значительно ухудшилось международное положение Руси были разорваны древние торговые и культурные связи Руси с соседними странами. Под власть Литвы попали западнорусские города Смоленск...
45175. Великое Княжество Литовское 41 KB
  Образование Великого княжества Литовского было ускорено необходимостью объединиться для борьбы с агрессией немецких крестоносцев усилившейся с начала XIII в. Вхождение в состав Великого княжества Литовского русских украинских белорусских земель с более развитыми общественными отношениями и культурой содействовало дальнейшему развитию общественноэкономических отношений в Литве. Это а также различия в уровне общественноэкономического развития и этническая неоднородность отдельных частей Великого княжества Литовского обусловили отсутствие...
45176. Механизмы и институты власти в Московском централизованном государстве 15- начале 16 вв 149.93 KB
  Он был главой Российского государства и обладал широким кругом прав: издавал законы осуществлял государственное руководство имел судебные полномочия. С падением власти удельных князей великий князь стал подлинным властелином всей территории государства. Централизация государства явилась внутренним источником усиления великокняжеской власти а падение Золотой Орды внешним. Власть великого князя была ещё ограничена другими органами раннефеодального государства прежде всего Боярской думой.
45178. Причнина, как управленческая модель 89 KB
  Историк Скрынников считает что во время политики опричнины погибло около четырех тысяч человек а Кобрин пятнадцать тысяч. Правление Ивана Грозного; истоки политики опричниныПодходило к концу правление Василия III.1 Сущность опричниныПроводимые реформы ограничивающие власть феодалов стали встречать их сопротивление несогласие с царской политикой неподчинение воле царя. Все кто жил на территории опричнины но не были опричниками выселялись.
45179. История государственного управления 86.42 KB
  Со смертью бездетного царя Федора Ивановича пресеклась многовековая династия Рюриковичей. Избрание было абсолютно легитимным но сам процесс становления авторитета нового царя у знати приказных людей и широких слоев русского общества легитимация династии требовали значительного времени. Успешными оказались внешнеполитические акции царя отвоевание в 1590 1593 гг. Ответственность за бедствия обрушившиеся на страну в массовом сознании возлагались на царя и объяснялись Божьим наказанием за его неправедность.