Исследование характеристик и параметров биполярного транзистора: Методические указания к выполнению лабораторной работы

Страницы работы

Содержание работы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ

БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Электроника»

для студентов специальности 220201.65

всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково  2010

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение принципов работы транзистора, исследование его входных и выходных характеристик и определение по результатам эксперимента основных параметров h11, h21, h22  транзистора.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

1.  Устройство биполярного транзистора

Биполярным транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода в одном монокристале и три внешних вывода, и предназначенный, в частности, для усиления электрических сигналов (рис. 1).  Изготавливается на основе германия или кремния.

Термин “биполярный” подчеркивает тот факт, что принцип работы прибора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд (дырок и электронов).

Рис. 1 – Структура биполярного транзистора

          В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов p-n-p и  n-p-n. В транзисторах функции всех трех слоев и их названия аналогичны, изменяется лишь тип носителей заряда, проходящих через базу: в приборах типа p-n-p – это дырки, в приборах типа n-p-n – электроны. Условные графические и буквенные обозначения транзисторов n-p-n-типа  и p-n-p-типа рис 2.

Рис. 2 – Графическое обозначение биполярных транзисторов n-p-n-типа  и p-n-p-типа

          Средний слой кристалла называют базой(Б). Ее толщина мала, составляет несколько микрометров и концентрация примесей здесь значительно меньше, чем в соседних слоях. Крайние слои называют эмиттером (Э)  и  коллектором (К).

2.  Принцип работы транзистора.

Принцип работы заключается в следующем. Если в эмиттерном р-n переходе подать положительное напряжение на эмиттер и отрицательное напряжение на базу (рис. 3), то эмиттерный р-n переход окажется включенным в пропускном направлении. В этом случае из эмиттера в базу инжектируются (вводятся) дырки, которые в базе являются не основными носителями.

Рис. 3 – Биполярный транзистор, включенный в цепь

Дырки диффундируют сквозь базу и доходят до коллекторного р-n перехода. Коллекторный переход включается в обратном направлении, т.е. к коллектору прикладывается минус, а к базе плюс напряжения. При этом через него протекает пренебрежимо малый ток не основных носителей (собственный ток коллекторного перехода Ik). Дырки, захваченные электрическим полем коллекторного перехода, увеличивают коллекторный ток Ik. Так как в данном случае ток Ik зависит от концентрации дырок, дошедших от эмиттера до коллектора, то можно сделать вывод, что Ik зависит от Iэ и, изменяя Iэ, можно менять  Ik. Следует отметить, что не все дырки, инжектированные эмиттером, доходят до коллектора. Часть их рекомбинирует в области базы. Поэтому область базы стараются сделать тоньше, чтобы большая часть инжектированных дырок была захвачена электрическим полем коллекторного перехода. Так как Ik будет меньше IЭ, то Ik=αIЭ, где α < 1 и называется коэффициентом передачи тока транзистора в схеме с общей базой. Если же учесть, что сопротивление коллекторного перехода велико, то Ik, увеличиваясь за счет дырок, пришедших с эмиттера, вызывает перераспределение падения напряжения в коллекторной цепи, т.е. падение напряжения на коллекторном переходе уменьшается, а на сопротивлении нагрузки Кн увеличивается, причем

ΔURH=RH ΔIk                                                                                                                                   (1)

Напряжение в цепи коллектора много больше напряжения источника питания цепи эмиттера. Вследствие этого будет наблюдаться усиление сигнала по напряжению и мощности, но усиления по току не будет. Последнее ограничивает применение схемы включения транзистора с общей базой. Чаще применяется схема включения транзистора с общим эмиттером (усилители переменного сигнала, генераторы и т.д.) (рис.3). В этом случае транзистор работает аналогично электронной лампе. Эмиттер можно уподобить катоду (одинаковые функции). Область базы будет представлять собой управляющий электрод - аналог сетки радиолампы, а коллектор аналогичен аноду, с тем только различием, что в случае р-n-р транзистора на коллектор подается минус, а на анод плюс напряжения источника питания. При включении транзистора по схеме с общим эмиттером коэффициент усиления по току β определяется по формуле:

β =Ik/Iб= αIЭ/ (1- αIЭ)                                                                                (2)

откуда при α < 1 следует β> 1.

3. Характеристики и параметры транзисторов

При использовании транзисторов в различных схемах представляют практический интерес зависимости напряжения и тока входной цепи (входные вольт-амперные характеристики) и выходной цепи (выходные вольт-амперные характеристики). Эти характеристики могут быть записаны аналитически или построены графически. Последний способ наиболее прост и нагляден, поэтому он нашел преобладающее применение. Вольт-амперные характеристики снимают при относительно медленных изменениях тока и напряжения (по постоянному току), в связи с чем их называют статическими. Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

По способу включения различают включение транзистора по схемам с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором (рис. 4).

Рис. 4- Схемы включения транзистора с общей базой (слева) и общим эмиттером (справа)

Включение транзистора в схему с общей базой характеризуется тем, что входное сопротивление Rвх менее 20 Ом, выходное сопротивление Rвых более 100 КОм. Коэффициент усиления по току КI < 1 и составляет величину порядка 0,5 - 0,999, но коэффициент усиления по напряжению Кн максимальный.

КIб=ΔIk/ΔIэ  при Uк=const,                                                             (3)

КUб=ΔUk/ΔUэ  при Iэ= const.                                                              (4)

Включение транзистора по схеме с общим эмиттером является наиболее принятым, так как при таком включении КI и КU больше единицы (КI может иметь величину ~ 1000). Величины Rвх и Rвых транзистора позволяют легко согласовать транзистор с другими радиосхемами.

Коэффициент усиления по току определяется по формуле:

КIэ=ΔIk/ΔIб  при Uк=const,                                                             (5)

Коэффициент усиления по напряжению определяется по формуле:

КUэ=ΔUk/ΔUб  при Iб= const.                                                              (6)

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Электроника
Тип:
Методические указания и пособия
Размер файла:
344 Kb
Скачали:
0