Теоретические положения. Принцип действия.

Работу транзистора можно представить себе на примере водопроводной сети.
Один электрод (аналог эмиттера транзистора) - подводящая воду труба, второй электрод (коллектор) - отводящая труба, а вместо третьего управляющего электрода (базы) транзистора–маховичёк крана и рука человека. Таким образом слабым сигналом на входе (детской рукой) управляют мощным потоком воды (аналог электрического тока коллектора) в трубе.

Транзи́стор— трёхэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управление тока в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного тока (в биполярном транзисторе), либо входного напряжения (в МОП-транзисторе). Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.), где доминируют биполярные транзисторы. Другим важнейшим применением транзисторов является цифровая техника (логика, память, счетчики, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.). Вся современная цифровая техника основана на МОП (металл-оксид-полупроводник) транзисторах.

Биполярный транзистор состоит из двух последовательно соединенных PN переходов, образованными тремя полупроводниковыми областями, так, что крайние имеют одинаковую проводимость. При этом возможны два варианта: транзисторы прямой

PNP и обратной NPN проводимости.

Исследуемый в работе транзистор КТ815Б — это транзистор обратной проводимости. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния с разным механизмом проводимости, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive — с избытком положительных (p-doped).

NPN более эффективны и распространены в промышленности.

PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. Транзисторы PNP и NPN отличаются полярностью напряжения питания цепи эмиттер-коллектор. У NPN плюс на коллекторе. Обозначения электродов биполярных транзисторов следующее:

· Коллектор (collector) — на него подаётся высокое напряжение, которым необходимо управлять

· База (base) — через неё подаётся небольшой ток, чтобы управлять большим током коллектора. Если база соединяется с эмиттером, то ток коллектора равен нулю. Транзистор «заперт».

· Эмиттер (emitter) — через него проходит ток с коллектора и базы, когда транзистор «открыт».

В работе исследуется наиболее распространенная на практике схема включения транзистора с общим эмиттером (рис. 3.2.2), которая позволяет усиливать не только напряжение, но и ток. Основными характеристиками транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, являются статическая входная характеристика I_б = f(U_6э) при U_KЭ = const и статическая выходная характеристика I_K = f(U_KЭ) при I_б = const (рис. 3.2.3)

Рисунок 3.2.1 Рисунок 3.2.2

Рисунок 3.2.3

Входная характеристика определяет зависимость тока базы от напряжения на базе при неизменном напряжении на коллекторе. В рассматриваемой схеме к переходу база-эмиттер приложено прямое напряжение, поэтому при напряжении на коллекторе U_KЭ = 0 входная характеристика соответствует прямой ветви вольтамперной характеристики полупроводникового рn-перехода. При этом увеличение положительного напряжения на коллекторе смещает характеристику вправо, что соответствует уменьшению тока базы. Это объясняется тем, что чем больше положительное напряжение на коллекторе, тем меньше активная ширина слоя базы. Уменьшение ширины базы приводит к уменьшению рекомбинаций в ней, следовательно, и к уменьшению тока базы.

Статическая выходная характеристика транзистора показывает зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при неизменном значении тока базы. Так как к коллекторному переходу приложено обратное напряжение, выходная характеристика соответствует обратной ветви вольтамперной характеристики рn - перехода. С увеличением тока базы концентрация неосновных носителей заряда базы возрастает за счет инжекции их из эмиттера. При этом через коллекторный переход будет проходить большее количество основных носителей заряда из эмиттера, что ведет к увеличению тока коллектора.

Свойства транзисторов в рабочем (динамическом) режиме оцениваются по их характеристическим параметрам, которые устанавливают связь между малыми изменениями токов и напряжений. В настоящее время наиболее распространена система h-параметров, выражающая функциональную зависимость между входным напряжением, входным током, выходным напряжением и выходным током. В области рабочей точки характеристики транзистора можно получить следующие зависимости:

входное сопротивление транзистора

h₁₁= / при = const;

коэффициент обратной связи

h₁₂ ⁼ / при I_б = const

коэффициент усиления по току h₂₁

h₂₁ = / при U_KЭ = const;

и выходную проводимость

h₂₂ = / при I_б = const.

Основной характеристикой биполярного транзистора является коэффициент усиления по току h₂₁. Например, если h₂₁ = 100, и ток базы увеличили на 0.1 мА, то ток коллектора увеличится при определенных условиях на 10 мА. В документации к каждому транзистору указаны предельно допустимые напряжения и токи электродов. Превышение этих токов ведёт к избыточному нагреву транзистора и сокращению службы, а большое превышение может привести к его разрушению.

4. Порядок выполнения работы

Ознакомиться с лабораторным модулем для исследования
полупроводниковых приборов. Записать тип и паспортные данные используемых приборов. Подключить измерительные приборы к модулю (рис. 3.2.4). В качестве измерительных приборов использовать мультиметры с пределами измерения 20 мА и 20 В, атак же амперметр- 1 А.

Рисунок 3.2.4

Снять входную статическую характеристику транзистора I₆=f(U_6Э) при U_KЭ=0. Для этого на модуле питания включить автоматический выключатель QF1 и выключатель SA2 для подачи постоянного напряжения на модуль полупроводниковых приборов. Потенциометром RP3 установить на коллекторе транзистора напряжение U_KЭ=0. Изменяя потенциометром RP2 напряжение в цепи базы U_бэ от нуля, произвести несколько измерений тока базы I_б и соответствующего ему напряжения U_6э. По результатам измерений построить график I_б=f(U_6э) при U_KЭ=0. Результаты измерений занести в табл. 3.2.2. Определить графическим способом значение входного сопротивления транзистора-h₁₁.

Снять выходную статическую характеристику транзистора I_K=f(U_KЭ) при различных значениях I_б=const, для чего собрать схему по (рис.3.2.5).

Рисунок 3.2.5

Для этого с помощью потенциометра в цепи базы транзистора установить ток базы I_б заданного значения. Изменяя напряжение U_КЭ потенциометром RP3 в цепи коллектора напряжение от нулевого значения произвести измерения тока коллектора при нескольких значениях напряжения U_KЭ. Результаты измерений занести в табл.3.2.3. Произвести аналогичные измерения при двух других значениях тока базы. Перед каждым измерением необходимо подрегулировать ток базы транзистора. Значения тока базы, при которых снимаются выходные характеристики задаются преподавателем. Определить графическим способом значения коэффициента усиления по току h₂₁ и выходную проводимость h₂₂.

Таблица 3.2.3

Iб1 = мА	Iк1, А
Uкэ1, В
Iб2 = мА	Iк2, А
Uкэ2, В
Iб3 = мА	Iк3, А
Uкэ3, В
Iб4 =мА	Iк4, А
Uкэ4, В
Iб5 = мА	Iк5, А
Uкэ5, В

5. Содержание отчета

а) наименование, цель работы и краткая теория, экспериментально проверяемая в работе

б) электрические схемы проведенных экспериментов;

в) таблицы с результатами эксперимента;

г) экспериментальные характеристики;

д) полученные по результатам графических вычислений значения h- параметров транзистора.

е) выводы о свойствах исследованных полупроводниковых приборов.

6. Контрольные вопросы

1) Назовите типы транзисторов.

2)Укажите схемы включения транзисторов.

3)Укажите взаимосвязь между токами эмиттера, базы и коллектора.

4) Приведите семейство входных и выходных характеристик транзистора.

5) Что иллюстрируют статические характеристики транзистора?

6) Как называются электроды транзистора? Как он обозначается на схемах?

Дата добавления: 2015-10-23