Исследование биполярного транзистора. Изучение принципа действия и исследование вольт-амперных характеристик биполярного транзистора (Лабораторная работа № 2)

Работа 2. исследование Биполярного транзистора

Цель работы: изучение принципа действия и исследование вольт-амперных характеристик биполярного транзистора.

Краткие теоретические сведения

Транзисторомназывают трехэлектродный полупроводниковый прибор, служащий для усиления мощности электрических сигналов. Кроме усиления транзисторы используют для генерирования сигналов, их различных преобразований и решения других задач электронной техники.

Различают два типа транзисторов: биполярные и полевые(униполярные). Название биполярного транзистора объясняется тем, что ток в нем определяется движением носителей зарядов двух знаков: электронов и дырок. Термин же транзистор происходит от английских слов transfer – переносить и resistor – сопротивление, т.е. в транзисторах происходит изменение сопротивления под действием управляющего сигнала.

На рис. 2.1 показана структура биполярного транзистора и его условное обозначение на принципиальных электрических схемах. Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводников типа «p» и «n», между которыми образуются два p-n-перехода. В соответствии с чередованием слоев с разной электропроводностью биполярные транзисторы подразделяют на два типа: p-n-p, рис. 2.1, а и n-p-n , рис. 2.1, б. У транзистора имеются три вывода (электрода): эмиттер (э), коллектор (к) и база (б). Эмиттер и коллектор соединяют с крайними областями (слоями), имеющими один и тот же тип электропроводности, база соединяется со средней областью. На переход «эмиттер – база» напряжение питания подают в прямом направлении, а на переход «база – коллектор» - в обратном направлении.

Рассмотрим более подробно работу биполярного транзистора типа p-n-p. При подключении эмиттера транзистора типа p-n-p к положительному зажиму источника питания возникает эмиттерный ток I_э рис. 2.2. Стрелкой указано движение носителей заряда. Дырки преодолевают переход и попадают в область базы, для которой дырки не являются основными носителями заряда. Дырки частично рекомбинируют с электронами базы. Так как напряжение питания коллектора во много раз (приблизительно в 20 раз) больше, чем напряжение питания базы, и конструктивно слой базы выполняется очень тонким, то электрическое сопротивление цепи базы получается высоким и ток, ответвляющийся в цепь базы I_б, оказывается незначительным. Большинство дырок достигают коллектор, образуя коллекторный ток I_к.

	Рис. 2.2. Принцип действия биполярного транзистора

Ток коллектора I_к превосходит ток базы I_б от 20 до 200 раз. Это объясняет возможность усиления с помощью транзистора тока и, соответственно, мощности сигнала. Если подавать напряжение сигнала в цепь базы, то будет изменяться сопротивление p-n-перехода между эмиттером и базой. Это сопротивление включено в коллекторную цепь, поэтому его изменение приводит к соответствующему изменению тока коллектора, который во много раз больше тока базы. Если в коллекторную цепь включить сопротивление нагрузки, в нем будет выделяться мощность, во много раз бóльшая, чем мощность сигнала, подводимого в цепь базы. При этом следует иметь в виду, что мощность сигнала усиливается за счет энергии источников питания.

Принцип действия транзистора типа n-p-n точно такой же, как у рассмотренного выше транзистора p-n-р.

Вольт-амперные характеристики транзистора зависят от схемы его включения. Различают следующие схемы включения (рис. 2.3): с общим эмиттером (ОЭ), собщей базой (ОБ) и с общим коллектором (ОК).

Различают следующие основные вольт-амперные характеристики транзистора:

1. Входная - зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном значении выходного напряжения.

2. Выходная - зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном значении входного тока.

3. Проходная - зависимость выходного тока от входного тока при постоянном значении выходного напряжения.

В качестве примера на рис. 2.4 и 2.5 представлены вольт-амперные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (рис. 2.4) и с общей базой (рис. 2.5).

	Рис.2.4. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора с общим эмиттером: входная (а), проходная (б) и семейство выходных (в)
	Рис.2.5. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора с общей базой: входная (а), проходная (б) и семейство выходных (в)

Порядок выполнения работы

1. Исследование биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

1.1. Собрать схему согласно рис. 2.6.

1.2. Снять семейство входных I_б=f(U_бэ) при U_кэ=const и проходных I_к=f(I_б) при U_кэ=const характеристик транзистора. Для этого установить с помощью регулятора напряжения источника Е₂ напряжение между коллектором и эмиттером U_кэ=0, изменяя ток базы I_б с помощью регулятора источника напряжения Е₁, зафиксировать значения напряжения между базой и эмиттером U_бэ и тока коллектора I_к. Опыт повторить при U_кэ = 3 В и U_кэ = 6 В. Во время опыта U_кэ всякий раз поддерживать неизменным. Результаты измерений свести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1