Дисциплина: Электротехника и электроника
Тема: Исследование биполярного транзистора
Выполнила: студентка гр. 17 Лукьяненко А.А.
Проверила: Курбанова Е.Г.
г. Абакан, 2009 г.
Цель работы: Исследование статических характеристик биполярного транзистора и определение его основных параметров.
Упражнение 1. Исследование статических характеристик биполярного транзистора.
1. Исследование входных характеристик в схеме с общим эмиттером: Iб = f(Uбэ) при Uкэ = const.
| Uкэ = 0 В | Uкэ = 5 В | Uкэ = 10 В | |||
| Iб, мкА | Uбэ, мВ | Iб, мкА | Uбэ, мВ | Iб, мкА | Uбэ, мВ |
| 0,715 | 30,492 | 39,7 | |||
| 56,54 | 135,93 | 132,06 | |||
| 79,19 | 156,05 | 151,84 | |||
| 91,46 | 170,37 | 165,22 | |||
| 101,44 | 180,55 | 175,37 | |||
| 107,96 | 189,28 | 184,19 | |||
| 114,27 | 197,52 | 190,46 | |||
| 118,65 | 204,77 | 196,79 | |||
| 122,71 | 210,72 | 201,55 | |||
| 127,07 | 215,73 | 206,18 | |||
| 130,65 | 221,7 | 210,65 |
2. Исследование выходных характеристик в схеме сообщим эмиттером: Iк = f(Uкэ) при Iб = const.
| Iб, мкА | |||||||||||||
| Uкэ, В | 0,0 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | 10,0 | 11,0 | 12,0 |
| 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
| 20,0 | 0,0 | 0,4 | 0,4 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 |
| 40,0 | 0,0 | 1,0 | 1,1 | 1,1 | 1,2 | 1,2 | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 1,4 | 1,4 | 1,4 | 1,4 |
| 60,0 | 0,0 | 1,7 | 1,8 | 1,8 | 1,9 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,1 | 2,2 | 2,2 | 2,3 | 2,3 |
| 80,0 | 0,0 | 2,7 | 2,8 | 2,9 | 3,0 | 3,1 | 3,2 | 3,3 | 3,4 | 3,4 | 3,5 | 3,5 | 3,6 |
| 100,0 | 0,0 | 3,1 | 3,3 | 3,4 | 3,5 | 3,6 | 3,7 | 3,8 | 4,0 | 4,1 | 4,2 | 4,3 | 4,4 |
| 120,0 | 0,0 | 4,0 | 4,1 | 4,3 | 4,4 | 4,6 | 4,7 | 4,8 | 5,0 | 5,1 | 5,3 | 5,4 | 5,5 |
| 140,0 | 0,0 | 4,7 | 5,0 | 5,1 | 5,3 | 5,5 | 5,7 | 5,8 | 6,0 | 6,1 | 6,3 | 6,5 | 6,8 |
| 160,0 | 0,0 | 5,7 | 6,0 | 6,2 | 6,4 | 6,6 | 6,8 | 7,0 | 7,2 | 7,4 | 7,6 | 8,0 | 8,3 |
| 180,0 | 0,0 | 6,7 | 7,0 | 7,2 | 7,5 | 7,7 | 8,0 | 8,2 | 8,4 | 8,7 | 9,0 | 9,2 | 9,6 |
| 200,0 | 0,0 | 7,7 | 8,0 | 8,3 | 8,6 | 8,9 | 9,2 | 9,4 | 9,8 | 10,0 | 11,1 | 11,4 | 11,8 |
3. Исследование переходной характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером: Iк = f(Iб) при Uкэ = const.
| Iб, мкА | |||||||||||
| Iк, мА | |||||||||||
| Uкэ, В | |||||||||||
| Iб, мкА | |||||||||||
| Iк, мА | 0,2 | 0,9 | 1,8 | 2,5 | 3,6 | 4,4 | 5,4 | 6,5 | 7,4 | 8,5 | 9,6 |
| Uкэ, В | |||||||||||
| Iб, мкА | |||||||||||
| Iк, мА | 0,2 | 2,1 | 3,2 | 4,4 | 5,6 | 6,9 | 8,4 | 9,1 | 9,8 | ||
| Uкэ, В |
Упражнение 2. Определение h-параметров биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.
Вычислим h-параметры по формулам:
| h11э, Ом | h12э | h21э | h22э, Ом-1 |
| 
|
| rб, Ом | rк, Ом | rэ, Ом | h21б |
| -2904,5 | 
| 106,25 | 0,98 |
Упражнение 3. Вычисление физических параметров транзистора.
Краткие ответы на контрольные вопросы
· Чем отличаются собственная и примесная электропроводности полупроводников?
Примесная проводимость - созданная за счет свободных носителей, а при повышении температуры или под действием внешних воздействий появляется собственная проводимость.
· Опишите возникновение и свойства p-n перехода.
р-n-переход образуется на контакте двух полупроводников с различными типами проводимости - электронного и дырочного. Он является основным элементом огромного класса полупроводниковых приборов. Такое широкое применение связано с многообразием ценных для практического использования свойств р-n -перехода. Ими можно управлять, выбирая параметры полупроводников и меняя технологию изготовления р-n-перехода. Это позволяет наиболее подходящие для выбранной цели свойства делать основными свойствами устройства. В частности, нелинейность активного сопротивления перехода является основным свойством выпрямительных диодов, используемых для преобразования частоты, детектирования, выпрямления и ограничения сигналов. Нелинейным является и реактивное (емкостное) сопротивление р-n -перехода. Это свойство - основное для диодов, используемых для генерации гармоник, модуляции и преобразования частоты, усиления СВЧ (сверхвысокочастотных) сигналов (параметрические усилители с малыми шумами), генерации и формирования импульсов. Некоторые p–n-переходы имеют очень широкую область пространственного заряда (сотни микрометров). Проводимость таких диодов почти пропорциональна количеству накопленных не основных носителей. Получающаяся структура накопленного заряда реагирует только на низкие частоты, что объясняется ее инерционностью. Поэтому такой диод на СВЧ будет представлять собой практически линейное сопротивление, значение которого регулируется внешним постоянным или низкочастотным напряжением. Диоды с управляемым сопротивлением могут успешно использоваться в СВЧ - переключателях, модуляторах СВЧ - мощности и аттенюаторах для управления амплитудой сигналов. Некоторые p–n-переходы имеют на вольтамперной характеристике (ВАХ) участок с отрицательным сопротивлением (с ростом напряжения уменьшается ток или с ростом тока уменьшается напряжение). Его возникновение связано с такими физическими явлениями, как туннельный эффект, лавинные и пролетные явления в полупроводниковых структурах, высокочастотные неустойчивости в твердотельной плазме. Устройства с такими p–n-переходами используются в качестве усилителей и генераторов сверхвысоких частот.
· Опишите устройство и принцип действия биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Начертите и поясните вид входных и выходных характеристик транзистора при включении его по схеме с общим эмиттером.
В данной схеме включения общим электродом выступает эмиттер. Входным электродом является база, а выходным – коллектор. В схеме включения с ОЭ входной сигнал подводится к участку база-эмиттер транзистора, а снимается с участка коллектор-эмиттер, входным током является ток базы I б, а выходным – ток коллектора I к. Схема включения биполярного транзистора соответствует его активному режиму работы.
Токи, протекающие в выводах транзистора, и все физические процессы в транзисторе не изменяются при изменении схемы его включения, следовательно, при протекании в цепи эмиттера тока I э в выводах коллектора и базы протекают токи: I к и I б.
· Перечислите и поясните физический смысл h-параметров транзистора. Как их определить из статических характеристик?
при Uкэ=0 - входное сопротивление при коротком замыкании выходной цепи;
при Iб=0 - коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе во входной цепи. Характеризует внутреннюю обратную связь между входной и выходной цепями транзистора;
при Uкэ=0 - коэффициент передачи тока при коротком замыкании выходной цепи - один из важнейших параметров транзистора;
при Iб=0 - выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи.
· Как изменяется коэффициент h21э при изменении h21б?
Коэффициенты h21э и h21б обратно пропорциональны друг другу, т.е. при возрастании h21э h21б убывает.
· Почему транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, может обеспечить усиление по току?
Усилительные свойства транзистора оценивают статистическим коэффициентом передачи тока базы h21Э и выражают числом, показывающим, во сколько раз изменяется ток коллекторной цепи по сравнению с изменением тока в базовой цепи. Практически можно считать, что коэффициент h21Э равен частному от деления тока коллектора на ток базы, то есть: h21Э=IК/IБ. Если, например, ток IК равен 1 мА, а ток базы IБ — 0,02 мА (20 мкА), то коэффициент h21Э этого транзистора будет приблизительно 50. Чем больше численное значение коэффициента h21Э транзистора, тем, естественно, больше усиление сигнала, которое он может обеспечить.
· Почему входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером больше, чем в схеме с общей базой?
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.
· Почему значение h21э превышает 1?
Потому что ток коллектора всегда много больше тока базы.
· Какие электрические параметры характеризуют положение рабочей точки?
Параметры h21э и h22э.
· Каковы особенности активного режима?
В активном (нормальном) режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный - закрыт. Транзистор может работать, как элемент схемы, управляемый переменным входным сигналом и усиливать электрический сигнал.
Краткие выводы: В ходе выполнения работы мы исследовали статические характеристики биполярного транзистора и определили его основные параметры, в отчёте привели таблицы, графики и результаты расчётов.
