Исследование вольт-амперных характеристик

Транзистора с ОЭ

Цель работы. Исследовать вольт-амперные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Оборудование. Лабораторный стенд 87Л-01, сменная панель 6.

Объект исследования. Транзистор МП40А или аналогичный.

Общие сведения

 

Биполярным транзистором, или просто транзистором, называется полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими выпрямляющими p-n -переходами и тремя (или более) выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Транзисторы используются для усиления мощности электрических сигналов.

На рис. 1 схематически изображена структура биполярного транзистора. Взаимодействие между p-n -переходами осуществляется при малой толщине области между переходами, когда носители заряда, инжектированные через один p-n -переход, смещённый в прямом направлении, могут дойти до другого перехода, смещённого в обратном направлении, и изменить его ток. В этом случае ток одного из переходов может управлять током другого перехода.

Одна из крайних областей транзистора, используемая в режиме инжекции, называется эмиттером (Э). Другая крайняя область, которая осуществляет экстракцию носителей заряда, называется коллектором (К). Средняя область - базой (Б).

Токи трех электродов транзистора связаны соотношением: I_э=I_б+ I_к. Ток базы значительно меньше как тока эмиттера, так и тока коллектора. Поэтому можно считать, что I_к »I_э. Отношение DI_к/DI_э=a называется статическим коэффициентом передачи тока эмиттера. Отношение DI_к/DI_б= b называется статическим коэффициентом передачи тока базы и фактически характеризует усилительные свойства транзистора.

Различают два типа биполярных транзисторов: p-n-p -транзистор и n-p-n -транзистор.

Возможны три схемы включения транзистора - с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и с общим коллектором (ОК).

Схема ОЭ (рис. 2) наиболее широко употребима, так как обеспечивает усиление не только входной мощности, но и входного тока (тока базы).

При любой схеме включения в каждой цепи постоянный ток проходит от плюса источника питания через соответствующие области транзистора к минусу источника питания. Стрелка эмиттера указывает направление проходящего через него тока.

Для каждой схемы включения вводятся свои семейства характеристик, которые позволяют правильно выбрать рабочий режим транзистора и обеспечить наиболее эффективное использование его возможностей.

В любой схеме включения в каждой из двух цепей действует напряже-ние между двумя электродами и протекает ток: во входной цепи - U_вх и I_вх, в выходной - U_вых и I_вых. Эти электрические величины определяют режим работы транзистора и взаимно влияют друг на друга. В схеме ОЭ входной цепью является цепь базы, а выходной - цепь коллектора (см. рис. 2).

Наибольшее значение для применения транзисторов имеют два вида характеристик - входные и выходные.

Входные характеристики транзистора показывают зависимость тока базы от напряжения Б-Э при постоянном напряжении К-Э: I_б=f(U_бэ) при U_кэ=const. При U_кэ=0 характеристика имеет вид прямой ветви вольт-амперной характеристики диода.

Выходные характеристики транзистора I_к = f(U_кэ) при I_б = const показывают зависимость тока коллектора от напряжения К-Э при постоянном токе базы. Выходная характеристика при I_б=0 имеет вид, соответствующий обратной ветви вольт-амперной характеристики диода.

Термины, определения и обозначения параметров биполярных транзисторов приведены в ГОСТ 20003-74. Различают собственные параметры транзистора, h -параметры, предельные эксплуатационные и электрические параметры. Основными параметрами биполярных транзисторов являются:

1) статический коэффициент передачи тока базы в режиме малого сигнала h _21э (b);

2) максимально допустимый постоянный ток коллектора I_{к max} ;

3) обратный ток К-Э при разомкнутом выводе базы I_кэо ;

4) максимально допустимое постоянное напряжение К-Э U_{кэ max} ;

5) максимально допустимое постоянное напряжение Э-Б U_{эб max};

6) напряжение насыщения коллектор-эмиттер U_{кэ нас};

7) максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора Р_{к max};

8) граничная частота f _гр - частота при которой статический коэффициент передачи тока базы h _21э уменьшается в Ö2 раз;

9) ёмкости коллекторного и эмиттерного переходов C _к и C _э.