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

7 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

21897. АС и ДНР. Спасательные работы в очагах поражения включают 30.5 KB
  Спасательные работы в очагах поражения включают: разведку маршрутов движения и участков объектов работ; локализацию и тушение пожаров на маршрутах движения и участках объектах работ; розыск пораженных и извлечение их из поврежденных и горящих зданий загазованных и задымленных помещений завалов; вскрытие разрушенных поврежденных и заваленных защитных сооружений и спасение находящихся в них людей; подачу воздуха в заваленные защитные сооружения с поврежденной фильтровентиляционной системой; оказание первой медицинской и первой врачебной...
21898. ДЕКЛАРИРОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА 35 KB
  Обязательному декларированию безопасности подлежат проектируемые и действующие: промышленные объекты имеющие в составе особо опасные производства; гидротехнические сооружения хвостохранилища и шламонакопители 1 2 3 классов на которых возможны гидродинамические аварии. Отнесение к особо опасным производствам входящим в подлежащий декларированию безопасности промышленный объект основывается на: величине пороговых количеств потенциально опасных веществ определенных для конкретных веществ или различных категорий веществ; количестве...
21899. Аварии на гидротехнических сооружениях 540 KB
  Масштабы последствий гидродинамических аварий зависят от параметров и технического состояния гидроузла характера и степени разрушения плотины объемов запасов воды в водохранилище характеристик волны прорыва и катастрофического наводнения рельефа местности сезона и времени суток происшествия и многих других факторов. 160 227 СаяноШушенская 47 120 Красноярская 68 986 Основными поражающими факторами затопления при аварии на ГТС являются: волна прорыва высота волны скорость движения и длительность затопления. Начало волны называется...
21900. Современные техногенные опасности мирного и военного времени 324.5 KB
  Определение степени и масштабов разрушений при производственных авариях и авариях на транспорте связанных с взрывами взрывчатых веществ. Именно в ХХ столетии происходило: интенсивное развитие малоотходной ядерной энергетики; бурное развитие химической промышленности; стремительное освоение космического пространства; появление новых видов современного оружия: ОМП ядерное термоядерное нейтронное химическое биологическое геофизическое оружие; современные средства поражения ССП зажигательные кассетные боеприпасы боеприпасы объемного...
21901. ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ 40 KB
  ЖОН в ЧС совокупность согласованных и взаимосвязанных по цели задачам месту и времени действий территориальных и ведомственных органов управления сил средств и соответствующих служб направленных на создание условий необходимых для сохранения жизни и поддержания здоровья людей в зоне ЧС на маршрутах эвакуации и в местах отселения пострадавшего населения. Первоочередные виды ЖОН в ЧС жизненно важные материальные средства и услуги сгруппированные по функциональному предназначению и сходным свойствам используемые...
21902. ХАРАКТЕРИСТИКА ЧС ПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРА 676.5 KB
  Землетрясения Землетрясения это подземные толчки и колебания земной поверхности возникающие в основном в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней мантии и передающиеся на большие расстояния. Колебания земной поверхности при землетрясениях носят волновой характер. Сейсмическая опасность при землетрясениях определяется не только колебаниями грунта но и возможными вторичными факторами к которым следует отнести лавины оползни обвалы опускание просадку и перекосы земной поверхности разрушение грунта...
21903. Номенклатура и разграфка топографических карт 164.5 KB
  Общегеографические карты делятся на три вида: обзорные масштаб 1:I 000000 и мельче; обзорнотопографические масштаб 1:100000 1:1000000; топографические масштаб 1:100000 и крупнее. Обзорнотопографические карты составляются по картам более крупных масштабов. Топографические карты составляются по результатам съемок территорий и отличаются детальностью изображения местности. Это многолистные карты т.
21904. Атрибутивное описание. Векторная модель. Топологическая модель 121 KB
  Атрибутивное описание Одних координатных данных недостаточно для описания картографической или сложной графической информации. Атрибуты соответствующие тематической форме данных и определяющие различные признаки объектов также хранятся в таблицах. Применение атрибутов позволяет осуществлять анализ объектов базы данных с использованием стандартных форм запросов и разного рода фильтров а также выражений математической логики. Кроме того с помощью атрибутов можно типизировать данные и упорядочивать описание для широкого набора некоординатных...
21905. Растровая модель. Оверлейные структуры. Трехмерные модели 158 KB
  Трехмерные модели. При этом каждой ячейке растровой модели соответствует одинаковый по размерам но разный по характеристикам цвет плотность участок поверхности объекта. В ячейке модели содержится одно значение усредняющее характеристику участка поверхности объекта. В растровых моделях в качестве атомарной модели используют двухмерный элемент пространства пиксель ячейка.