Лабораторна робота №3. Мета роботи — вивчити устрій, характеристики і параметри біпо­лярних транзисторів в основних схемах включення

ДОСЛІДЖЕННЯ БІПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Мета роботи — вивчити устрій, характеристики і параметри біпо­лярних транзисторів в основних схемах включення, взаємозв’язки цих ха­рактеристик і параметрів; набути навикчок розрахунків параметрів транзис­тора за його статистичними характеристиками.

3.1 Короткі теоретичні відомості

Транзистором називається напівпровідниковий прилад, який склада­ється з трьох електродів (емітера, бази і колектора), які розділені двома р-n переходами: емітерним і колекторним.

По типу провідності електродів транзистори бувають n-р-n- або р-n-р-типів. Їхні схемні позначення показані на рис. 1.

Рис. 3.1. Схемні позначення транзисторів

Кожний із переходів транзистора можна ввімкнути в прямому або зворотному напрямку. В залежності від цього розрізняють три режими ро­боти транзистора:

— режим відсічки, коли обидва р-n переходи закриті і через транзи­стор протікає невеликий струм;

— режим насичення, якщо два переходи відкриті;

— активний режим, якщо колекторний перехід закритий, а емітерний відкритий.

В перших двох режимах керування транзистором практично відсут­нє. В активному режимі керування відбувається найбільш ефективно, при­чому транзистор може виконувати функції активного елемента електрич­ної схеми (підсилення, генерування, перемикання і т.д.).

В активному режимі транзистор працює на принципі інжекції — проходження основних носіїв струму через відкритий емітерний перехід із емітера глибоко в базу. В процесі перенесення струму в транзисторі беруть участь два види носіїв струму — основні і неосновні.

Проте підсилювальні властивості транзистора визначаються неосно­вними носіями в базі, оскільки інжектовані носії завжди є неосновними. Через це біполярні транзистори називають транзисторами на неосновних носіях.

Існують три схеми вмикання транзистора в електричне коло (рис. 2) — зі спільною базою СБ (рис. 1, а), зі спільним емітером СЕ (рис. 1, б) і зі спільним колектором СК (рис. 1., в). Найбільш часто застосовуються перші дві схеми вклю­чення.

Рис. 3.2. Схеми вмикання транзистора в електричне коло

Транзистор має два основних сімейства характеристик — вхідні та вихідні, вигляд яких залежить від схеми включення. Для схеми з CЕ типові вхідні характеристики показані на рис. 3, а, а вихідні — на рис. 3, б.

Рис. 3.3. Типові вхідні характеристики біполярного транзистора

Сімейство вхідних характеристик — це характеристики прямо ввімкнутого переходу емітер-база. З ростом U_КЕ вони зміщуються в сторону менших струмів, так як проходить розширення колекторного p-n -переходу, товщина бази зменшується, і знижується імовірність рекомбінаційних проце­сів в базі.

Загальний характер вихідних характеристик транзистора, включено­го по схемі зі СЕ, аналогічний характеру зворотної вітки вольт-амперної характеристики діода. Вихідний струм транзистора в схемі зі СЕ спочатку різ­ко зростає, що пояснюється режимом насичення: при малих U_КЕ, коли а колекторний перехід відкритий.

Транзистор можна представити в вигляді пасивного чотириполюсни­ка, який має чотири змінні: вхідний і вихідний струми, а також — вхідна і вихідна напруги (рис. 4). Ці змінні можуть бути по різному зв’язані між собою: будь-яка пара із них може бути вибрана в якості незалежних пара­метрів чотириполюсника (аргументів) або залежних (функцій). Вибір ви­значає систему параметрів — y, z чи h. Система h — змішана, так як в ній ар­гументи представлені струмом і напругою:

(1)

Рис. 3.4. Представлення транзистора

в вигляді пасивного чотириполюсни­ка

При одночасному вимірюванні аргументу диференціали функції

(2)

Частинні похідні в рівняннях (2) називають h -параметрами:

— вхідні опори транзистора при

— коефіцієнт зворотного зв язку по напрузі при

— коефіцієнт передачі (коефіцієнт підсилення) за струмом при

(3)

— вихідна провідність транзистора при

Для малого приросту напруги U ₁, U ₂ і струмів i ₁, і ₂ рівняння (8.2) мають вигляд

(4)

Як видно з (4), параметри встановлюють зв’язки між миттєвими значеннями струмів і напруг транзистора (чотириполюсника).

В окремому випадку параметри транзистора можуть бути визначені по сімействам характеристик, як це показано на рис. 6. Замінюючи не­скінченно малі прирости аргументів на кінцеві та враховуючи (3) пара­метри транзистора для схеми зі СЕ отримаємо

(5)

3.2 Опис лабораторної установки

Робота проводиться на універсальному стенді 87Л-01 (схема стен­да №6). Транзистор типу МП40 (МП26).