1. Ознакомиться с установкой и нанесённой на ней схемой соединений, обратить внимание на переключатель снятия прямой и обратной ветвей, рукоятку ЛАТР, переключатель диодов № 1 и № 2 и сами диоды в окнах панели.
2. Включив установку в сеть, поставить переключатель на регистрацию прямой ветви вольтамперной характеристики одного из диодов и провести измерения 10-15 точек кривой в диапазоне, допускаемом установленными приборами.
3. После переключения провести измерения 5-10 точек обратной ветви для такого же диода.
4. По всем полученным точкам построить полную вольтамперную характеристику диода, располагая прямую ветвь в первом, а обратную в третьем квадранте и применяя различные масштабы шкал на полуосях, чтобы формат графика получился стандартным. Используя построенную кривую тока, определить коэффициент выпрямления, т.е. отношение максимального прямого тока к обратному.
Контрольные вопросы и задания
1. Дать определения валентной зоне, зоне проводимости, запрещённой зоне. Как заполнена валентная зона в полупроводниках, изоляторах, металлах?
2. Какие примеси в полупроводниках являются донорными, какие акцепторными? Как возникает электронная или дырочная примесная проводимость?
3. Как образуется в полупроводнике электронно-дырочный переход? Какими свойствами он обладает? Как объясняются эти свойства по зонной теории?
4. Как устроен полупроводниковый диод? Какими преимуществами обладает он по сравнению с электронной вакуумной лампой-диодом?
5. Начертить схемы одно- и двухполупериодного диодных выпрямителей. Как выглядят кривые выпрямители тока?
6. Что такое вольт-амперная характеристика? Как выглядят вольт-амперные характеристики лампы накаливания, неоновой лампы тлеющего разряда?
7. Как влияют температура и собственная проводимость на вольт-амперную характеристику диода?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА
Цель работы: определить коэффициент усиления и параметры входного сигнала для транзистора, включенного по схеме с общей базой.
Приборы: транзистор и установка для исследования его характеристик в схеме с общей базой.
Теоретические сведения
Полупроводниковые триоды, называемые транзисторами, широко применяются в современной радиоэлектронике. Усилители, генераторы и другие приборы сейчас обычно собираются на транзисторах, а не на электронно-вакуумных радиолампах. Десятки и сотни тысяч транзисторов находятся в процессорах калькуляторов и компьютеров.
Рабочая часть транзистора представляет собой кристалл четырёхвалентного полупроводника – германия или кремния, в котором путём введения примесей пятивалентной сурьмы и трёхвалентного индия созданы три чередующиеся области электронной (n) и дырочной (p) проводимости: n-p-n или p-n-p. Рабочими носителями тока в n-p-n-транзисторах служат электроны, в p-n-p – положительные дырки. Входная крайняя область называется эмиттером (Э), средняя – базой (Б), выходная крайняя – коллектором (К). На стыках областей Э-Б и Б-К возникают электронно-дырочные переходы, обладающие односторонней проводимостью. В прямом, пропускном, направлении сопротивление перехода мало, ток проходит легко; в обратном, запирающем, – сопротивление очень велико, ток практически не проходит. Закрытый электронно-дырочный переход напоминает плоский конденсатор, где между проводящими пластинами находится изолятор, в котором есть сильное электрическое поле и нет носителей тока (рис. 79, n-p-переход).
Рис. 79
Для усиления слабого входного электрического сигнала по напряжению используют включение транзисторов по схеме с общей базой, для усиления по току – с общим эмиттером. В работе изучается усилительное действие транзистора по схеме с общей базой (рис. 80).
Рассмотрим принцип работы транзистора типа n-p-n (см. рис. 80).
Рис. 80
На переход эмиттер-база подаётся постоянное напряжение Uэ в прямом направлении. На переход база-коллектор подаётся смещающее напряжение Uk в обратном направлении. Усиливаемое переменное напряжение Uвх подаётся на небольшое входное сопротивление Rвх. Усиленное выходное напряжение Uвых снимается с выходного сопротивления Rвых. При данных полярностях напряжений сопротивление Rэб перехода эмиттер-база мало, сопротивление же перехода база-коллектор, напротив, очень велико. Это позволяет использовать в качестве Rвых сопротивление большой величины.
Подключение прямого напряжения Uэ к переходу эмиттер-база понижает потенциальный барьер на этом переходе, а подключение обратного напряжения Uk повышает потенциальный барьер на переходе база-коллектор. Под действием суммарного электрического поля Uэ + Uвх электроны проникают в область базы. Так как толщина базы невелика (~1мкм), почти все электроны, не успев рекомбинировать, подхватываются полем напряжения Uk, попадают в коллектор и поступают в цепь коллектора. Остальные электроны поступают в цепь базы и образуют Iб. Обусловленное входным напряжением Uвх изменение тока Iэ в цепи эмиттера приводит к изменению количества электронов, проникающих в коллектор, и, следовательно, почти к такому же изменению Ik в цепи коллектора, то есть 
. Выразив эти изменения токов через соответствующие изменения напряжений и сопротивления, получим
или 
.
Поскольку Rвых>>Rэб, то изменение выходного напряжения ΔUвых значительно превышает изменение ΔUвх входного напряжения. Таким образом, транзистор усиливает напряжение и мощность электрического сигнала. При этом повышенная мощность появляется за счёт источника тока, включённого в цепь коллектора.
Принцип работы транзистора типа p-n-р аналогичен описанному с той лишь разницей, что роль электронов играют дырки, и полярность Uэ и Uk меняется на обратную.
Описание прибора
Питание установки осуществляется через трансформатор и выпрямитель (см. рис. 81). Напряжение в левой эмиттерной и правой коллекторной частях схемы регулируют ползунковыми реостатами – потенциометрами.
Рис. 81
Регулятор эмиттерного напряжения совмещает две функции. Установленное с его помощью и показываемое милливольтметром напряжение на участке ЭБ надо рассматривать как напряжение вспомогательной эмиттерной батареи на рис. 80, а создание некоторого небольшого его прироста – как подачу сигнала Uвх (см. рис. 80).
Для измерения токов Iэ и Ik поставлены одинаковые миллиамперметры. Сначала переключатель ставится в положение АБ и измеряется напряжение коллекторного питания, затем – в положение НН/ и измеряется напряжение на нагрузке (рис. 81).
Нагрузочным сопротивлением служит миниатюрная электролампа, по яркости горения которой можно судить о мощности выходного сигнала.
Тумблеры-выключатели Тэ и Тk позволяют включать эмиттерный и коллекторный контуры цепи по отдельности.
