Лабораторная работа № 2

Исследование биполярных транзисторов

(продолжительность – 4 часа)

Цель работы

Изучение принципа действия биполярного транзистора. Снятие семейства ВАХ транзистора в схемах с общей базой и общим эмиттером. Определение h-параметров транзистора по статическим характеристикам.

 

Оборудование

Учебно-лабораторный стенд «Луч» - 87Л -01, сменные платы № 5, № 6, съемные элементы (транзистор МП - 40).

Задание

1) Ознакомиться с принципом действия биполярного транзистора.

2) Записать паспортные параметра транзистора МП - 40 и определить по его статическим характеристикам h-параметры для схемы включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

3) Подготовить таблицы для снятия статических характеристик транзистора.

Теория

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом электропроводимости слоев и содержит два р-n перехода. Особенность транзистора состоит в том, что между р-n переходами существует взаимодействие, которое определяется тем, что ток одного из переходов может управлять током другого. Каждый из переходов может быть смещен либо в прямом, либо в обратном направлении. Область транзистора, расположенную между р-n переходами, называют базой. В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы p-n-р типа и n-p-n типа.

В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепи, различают три схемы включения транзистора (рис.1):

Рис.1

 

а) с общей базой (ОБ);

б) с общим эмиттером (ОЭ);

в) с общим коллектором (ОК),

При этом необходимо отметить, что схема включения никак не сказывается на физике работы транзистора, а влияет только на его характеристики.

Вид входных и выходных ВАХ транзистора зависит от схемы включения его в цепь.

При любой схеме включения транзистор может быть представлен в виде активного четырехполюсника, на входе которого действует напряжение u₁ и протекает ток i₁ а на выходе - напряжение u₂ и ток – i₂

Для транзисторов используют h-параметры, так как они наиболее удобны для измерений. Система уравнений, показывающая связь напряжений и токов с h-параметрами, имеет следующий вид:

Конкретные значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора, а именно от того, какие токи и напряжения являются входными и выходными.

Если рассмотреть конкретный случай, то для схемы ОЭ h-параметры примут следующий вид:

18 19

-входное сопротивление транзистора (Ом).

 

- коэффициент обратной связи по

напряжению.

- коэффициент усиления по току.

- выходная проводимость транзистора

(Ом ^-1).

Аналогично можно рассчитать h-параметры для схемы ОБ.

-входное сопротивление транзистора (Ом).

- коэффициент обратной связи по напряжению.

- коэффициент усиления по току.

- выходная проводимость транзистора

(Ом ^-1).

 

Статические характеристики транзистора в схемах ОК и ОЭ примерно одинаковы, поэтому рассмотрим характеристики только для двух способов включения: ОБ и ОЭ.

У биполярных транзисторов различают три основных режима работы: активный, отсечки, насыщения.

В схеме с ОБ входным током является ток эмиттера, а выходным- ток коллектора.

Входные характеристики в схеме с ОБ снимаются во входной цепи при фиксированных напряжениях Uкб, т.е Iэ=f(Uэб) при Uкб=const (рис.2). При Uкб =0 характеристика начинается в начале координат. Входная характеристика, снятая при большем Uкб , располагается левее и выше.

Выходные характеристики снимаются в выходной цепи при различных фиксированных значениях Iэ ,т.е Iк=f(Uкб) при Iэ=const (см.рис.2).

Режим работы транзистора при Iэ=0 называется режимом отсечки, Uкб > 0 -режим насыщения, Uкб < 0 - активный режим.

 

 

 

Рис 2. Статические характеристики, идеализированного транзи­стора, включенного по схеме с ОБ; А - выходные; Б - входные

 

В схеме с ОЭ вывод эмиттера является общим для входной и выходной цепей транзистора, поэтому входным током является I_б , выходным - I_K. Напряжение питания приложено между эмиттером и коллектором. Входные характеристики для схем с ОЭ связывают ток и напряжение базы при постоянном напряжении U_кэ , т.е Iб =f(U_бэ) при Uкэ =const (рис.3).

Выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ определяют зависимость коллекторного тока I_K = f (U_кэ) при I_б = const .

20 21

Рис.3

Выполнение:

 

Снять статические характеристики биполярного транзистора МП - 40 для схемы включения с ОБ.

 

Рис. 4

 

1) Установить сменную плату №5.

Использовать в качестве

РА1-ИВ;

РА2-АВМ1;

PU1-ABM2;

PU2-ИВ.

Используемый транзистор МП - 40 - германиевый, p-n-р типа.

В качестве генератора напряжения использовать ГН2.

2) Закоротить точки X1 и Х2.

3) Ручки регулирования ГТ и ГН2 установить в крайнее левое положение

4) Включить тумблер «сеть», переключатель ИВ установить на ГТ. Снять входную ВАХ транзистора для схемы с ОБ.

5) Установить ток ГТ = 0. Убедиться, что показание PU2 = 0 получается при U_ГH2 = 0 . Плавно увеличивая U_кб (ГН2), фиксировать ток I_К по РА2.

6) Последовательно установить Uкб=0,5; 5; 12В. Изменяя ток эмиттера Iэ 0...5(мА), фиксировать значения Uэб(В).

Данные занести в табл.1.

Таблица 1

Iэ	мА		0.5						Примечания
Uэб	В								Uкб = 0,5В
Uэб	В								Uкб = 5В
Uэб	В								Uкб = 12В

 

По полученным результатам построить входные характеристики Iэ=f(Uэб) пpи разных Uкб.

7) Привести генераторы в первоначальное положение.

Снять выходную ВАХ транзистора для схемы с ОБ.

8) Последовательно установить ток 1э=0,1; 0,2; 0,3; 1 (мА).

Изменяя напряжения Uкб=0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 В ,фиксировать ток Iк(мА).Данные занести в табл. 2.

Таб. 2

Ukб	В										Примечание
Ik	мА										IЭ=0.1 мА
Ik	мА										IЭ = 0,2 мА
Ik	мА										IЭ = 0,3 мА
Ik	мА										IЭ = 1 мА

 

Построить на одном графике выходные характеристики I_K = f(Uкб) при разных значениях Iэ=const.

9) Снять статические характеристики биполярного транзистора

22 23

МП - 40 для схемы включения с ОЭ (рис.5)

 

Рис.5

10) Установить сменную плату № 6. Использовать в качестве РА1 - ИВ (переключатель ИВ установить в положение ГТ);

РА2-АВМ2

РШ-АВМ1;

РШ-ИВ.

В качестве испытуемого прибора - транзистор МП - 40.

11) Закоротить точки XI и Х2.

12) Ручки регулирования ГТ и ГН2 установить в крайнее левое положение.

13) Привести генераторы в первоначальное положение.

14) Снять входную ВАХ транзистора в схеме ОЭ.

15) Последовательно установить Uкэ=0,5; 5; 12В. Изменяя ток Iб=0...0,7мА, фиксировать напряжение Uбэ(В). Данные занести в табл.3.

Таб. 3

Iб	мА		0,1	0,2	0,4	0,6	0,7	Примечание
Uбэ	В							Uкэ = 0,5В
Uбэ	В							Uкэ = 5 В
Uбэ	В							Uкэ = 12В

 

По полученным результатам построить входные характеристики Iб=f(Uбэ) при Uкэ=const.

16) Привести генераторы в первоначальное положение. Снять выходную характеристику транзистора для схемы с ОЭ.

17) Последовательно установить Iб=0; 0,1; 0,ЗмА.

Изменяя напряжение Uкэ=1...7В, фиксировать ток Iк(мА).

Данные занести в табл.4.

Таб. 4

Uкэ	В								Примечание
Iк	мА								Iб = 0
Iк	мА								Iб = 0,1 мА
Iк	мА								Iб = 0,3 мА

 

Построить вольт-амперные характеристики Iк=f(Uкэ)при Iб=const.

18) Для обеих схем включения транзисторов по построенным входным и выходным характеристикам рассчитать h-параметры.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

- принципиальную схему измерений;

- таблицу результатов измерений;

- графики, построенные по результатам измерений;

- результаты расчетов и выводы по работе.

 

Контрольные вопросы

1. Чем отличается схема с ОЭ от схемы с ОБ?

2. Что такое коэффициент усиления по току β в схеме с ОЭ и как он связан с коэффициентом усиления по току α в схеме с ОБ?

3. Что такое коэффициент усиления по току в схеме с ОБ?

4. Постройте семейство входных ВАХ и объясните их .

5. Постройте семейство выходных ВАХ и объясните их .

6. Чем отличается режим насыщения в схеме с ОЭ от режима насыщения в схеме с ОБ?

7. Чем отличается закрытое состояние транзистора в схеме с ОЭ от режима отсечки в схеме ОБ?

24 25