Изучение статических характеристик биполярного транзистора, работающего по схеме с общим эмиттером

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Электрическая тяга”

Лабораторная работа № 40

“Исследование транзисторов”

Выполнил:

студент группы ЭТ-401

Кожевников Д. М.

Санкт-Петербург

2006

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы – изучение статических характеристик биполярного транзистора, работающего по схеме с общим эмиттером.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Термин "транзистор" происходит от сочетания английских слов transfer resistor, что означает "управляемое сопротивление". Различают две большие группы транзисторов: биполярные и полевые.

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с трехслойной структурой. Крайние слои структуры называются эмиттером и коллектором, а средний слой - базой. Тип проводимости эмиттера и коллектора всегда отличен от типа проводимости базы. Если эмиттер и коллектор имеют проводимость р-типа, то база имеет проводи­мость n-типа, и наоборот. Транзистор, имеющий проводимость р–n–р-типа, называется транзистором прямой проводимости, а транзистор, имею­щий проводимость n–р–n-типа, - транзисторам обратной проводимости.

Условное обозначение биполярных транзисторов показано на рис. 1. Окружность вокруг электродов означает, что кристалл транзистора поме­щен в корпус. В случае бескорпусного исполнения транзистора, например в составе микросхемы, окружность на условном обозначении отсутствует.

Рис. 1

p–n-переходам биполярного транзистора присущи некоторые осо­бенности.

Во-первых, обычно эмиттерную и коллекторную области легируют примесями значительно больше, чем базовую. Вследствие этого концен­трация основных носителей зарядов в эмиттере и коллекторе превышает концентрацию основных носителей в базе. Неодинаковая  концентрация основных носителей зарядов приводит к тому, что эмиттерный и коллек­торный p–n-переходы несимметричны и имеют большую толщину в об­ласти базы.

Во-вторых, ширина базовой области делается меньше длины диффу­зионного пробега носителей зарядов. Поэтому носители, инжектированные одним p–n-переходом, могут достигнуть второго перехода и войти в него. Соответственно изменение тока одного перехода приводит к изменению тока другого перехода. Таким образом, имеет место единая система двух взаимодействующих p–n-переходов.

Каждый p–n-переход транзистора может быть включен как в пря­мом, так и обратном направлении. Соответственно различают четыре ре­жима включения транзистора:

нормальный активный - переход эмиттер-база включен в прямом на­правлении,       коллектор-база - в обратном;

инверсный активный - переход эмиттер-база включен в обратном направлении,      коллектор-база - в прямом;

отсечки - оба перехода включены в обратном направлении;

насыщения - оба перехода включены в прямом направлении.

Нормальное включение транзистора используют в схемах усили­тельных устройств; инверсное включение используется сравнительно ред­ко. Режимы отсечки и насыщения характерны для устройств, в которых транзистор используется в качестве электронного ключа.

В схемах электронных устройств различают две основные цепи: входную (управляющую) и выходную (управляемую). Транзистор обычно включают таким образом, что один из его электродов является общим для входных и выходных цепей.

Различают три схемы включения транзистора с общей базой (ОБ), с общим коллектором (ОК) и с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 2).

Рис. 2

Рассмотрим принцип работы транзистора n–p–n-типа, включенного по схеме с общим эмиттером. В случае нормального активного включения транзистора р–n-переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а коллектор-база - в обратном. Вследствие того, что концентрация основных носителей зарядов в области базы значительно ниже, чем в области эмит­тера, происходит инжекция из эмиттера в базу неосновных для нее носите­лей - электронов.

Меньшая часть инжектированных в базу электронов рекомбинирует с дыркам, так как область базы легирована примесями меньше, чем эмит­тер. Вследствие того, что ширина базовой области меньше диффузионного пробега электронов, часть электронов, инжектированных из эмиттера, дос­тигает p–n-перехода коллектор-база. Он смещен в обратном направлении и его поле ускоряет неосновные носители зарядов: электроны базы и дырки коллектора. Поэтому электроны переходят из базы в коллектор, а дырки - из коллектора в базу.

При увеличении напряжения между эмиттером и базой ширина p–n-перехода уменьшается, а количество электронов, инжектированных в базу, увеличивается.

Поскольку переход коллектор-база смещен в обратном направлении, его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление пе­рехода эмиттер-база, смещенного в прямом направлении. Поэтому в цепь коллектора может быть включен источник напряжения порядка 10...100 В. За счет мощности источника в цепи коллектора мощность сигнала, выде­ляемая на сопротивлении нагрузки, гораздо больше мощности сигнала, по­даваемого в цепь базы. Причем малое изменение напряжения в цепи базы вызывает большое изменение напряжения на сопротивлении нагрузки. В результате имеет место усиление напряжения и мощности.

Параметры транзистора можно подразделить на "первичные" и "вто­ричные". К первичным относятся сопротивления эмиттера, коллектора, ба­зы и коэффициент передачи тока эмиттера . Вторичные, называемые -параметрами, определяются схемой включения транзистора и характери­зуют связь между токами и напряжениями на входе и выходе транзистора.

Для системы -параметров, имеющей наибольшее распространение в пределах линейной части характеристик, справедлива следующая система уравнений:

Физический смысл -параметров становится понятен при поочеред­ном приравнивании нулю элементов, находящихся в правой части уравне­ний:

 = 0 ();

 - входное сопротивление;

 - коэффициент усиления по току;

 = 0 ;

 - коэффициент усиления по напряжению;

 - выходная проходимость.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Собрать схему рис. 3.
2. Исследовать статические входные характеристики транзистора.
3. Исследовать статические выходные характеристики.
4. Исследовать динамическую выходную характеристику.
5. По маркировке на корпусе транзистора определить его тип.

СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Рис. 3

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Исследовать статические входные характеристики транзистора

По вольтметру  устанавливается  = 10 B с помощью реостата . По амперметру  устанавливается  = 2 мA с помощью реостата . Величина напряжения , измеренная по вольтметру  заноситься в таблицу 1. Опыт повторяется для значений тока  указанных в таблице 1. По вольтметру  устанавливается  = 30 B и повторяется опыт, описанный выше.

Таблица 1

Результаты исследования статических входных характеристик

2. Исследовать статические выходные характеристики

По амперметру  устанавливается  = 10 мA с помощью реостата . По вольтметру  устанавливается  = 1 В с помощью реостата . Величина тока , измеренная по амперметру  заноситься в таблицу 2. Опыт повторяется для значений  указанных в таблице 2. По амперметру  устанавливается  = 20 мA и повторяется опыт, описанный выше.

Таблица 2

Результаты исследования статических выходных характеристик

, В		1	2	3	4	5	6	8	10	15	20	25	30	35
		= 10 мA
, А		0,35	0,35	0,36	0,36	0,37	0,37	0,38	0,39	0,4	0,41	0,43	0,45	0,47
		= 20 мA
, А		0,66	0,75	0,76	0,78	0,8	0,81	0,82	0,84	0,9	1	1,06	1,15	1,23

3. Исследовать динамическую выходную характеристику

По вольтметру  устанавливается максимально возможное напряжение с помощью реостата . Изменяя ток базы с помощью реостата  от 0 до 20 мА с интервалом 2 мА, в таблицу 3 заносятся показания приборов  и .

Таблица 3

Результаты исследования динамической выходной характеристики

4. По маркировке на корпусе транзистора определить его тип

Транзистор - КТ-808А:

 = 150 мA;

 = 60 B;

 = 5 B;

 = 5 МГц;

 = 60…200;

 = 150 мBт.

5. Расчет -параметров транзистора

1) Входное сопротивление

    а) При  = 10 B:

.

    б) При  =30 B:

.

2) Коэффициент усиления по току

.

3) Коэффициент усиления по напряжению

    а)  = 10 B:

.

    б)  = 30 B:

.

4) Выходная проводимость

На рис. 4 построены графики  для статических входных характеристик,  для статических выходных характеристик транзистора  и графики  для динамических выходных характеристик транзистора (опытной и расчетной).