Лабораторная работа №2
Исследование биполярного транзистора
Цель работы: изучение характеристик биполярного транзистора. Исследование его усилительных свойств.
Биполярные транзисторы
Общие сведения
Транзистор (рис. 2.1) представляет собой полупроводниковый триод, у которого тонкий р -проводящий слой помещен между двумя n -проводящими слоями (n-p-n транзистор) или n -проводящий слой помещен между двумя р -проводящими слоями (p-n-p транзистор).
p-n переходы между средним слоем (база) и двумя крайними слоями (эмиттер и коллектор) обладают выпрямительным свойством, которое можно исследовать как в случае любого выпрямительного диода.
Рис. 2.1
Распределение тока в транзисторе и управляющий эффект тока базы
В транзисторе p-n-p типа (рис. 2.2а) ток эмиттера к коллектору через базу обусловлен неосновными для базы носителями заряда – дырками. При положительном направлении напряжения UЭБ эмиттерный p-n переход открывается, и дырки из эмиттера проникают в область базы. Часть из них уходит к источнику напряжения UЭБ, а другая часть достигает коллектора. Возникает так называемый транзитный тока от эмиттера к коллектору. Он резко возрастает с увеличением UЭБ и тока базы.
В транзисторе n-p-n типа (рис. 4.2б) транзитный ток через базу обусловлен также неосновными для нее носителями заряда – электронами. Там они появляются из эмиттера, если к эмиттерному p-n переходу прикладывается напряжение UБЭ, полярность которого показана на рис. 4.2б.
Рис. 2.2
Токи эмиттера, коллектора и базы связаны между собой уравнением первого закона Кирхгофа:
IК = IЭ – IБ.
Обычно ток базы существенно меньше IК и IЭ, но от него сильно зависит как IК, так и IЭ. Отношение приращения тока коллектора к приращению тока базы называется коэффициентом усиления по току:
b = DIК ¤ DIБ.
Он может иметь значения от нескольких десятков до нескольких сотен. Поэтому с помощью сравнительно малого тока базы можно регулировать относительно большие токи коллектора (и эмиттера).
Характеристики транзистора
Свойства транзисторов описываются следующими семействами характеристик.
Входная характеристика показывает зависимость тока базы IБ от напряжения в цепи база/эмиттер UБЭ (при UКЭ = const).
Выходная характеристика показывает зависимость тока коллектора IК от напряжения цепи коллектор/эмиттер UКЭ при различных фиксированных значениях тока базы.
Экспериментальная часть
Задание
Снять экспериментально и построить графики семейств характеристик биполярного транзистора n-p-n типа.
Порядок выполнения экспериментов
- Соберите цепь согласно схеме (рис.2.3). Потенциометр 1 кОм используется для регулирования тока базы, резисторы 100 и 47 кОм – для ограничения максимального тока базы. Измерение тока базы IБ и напряжения UБЭ производятся мультиметрами на пределах 200 мкА и 2 В соответственно. Регулирование напряжения UКЭ осуществляется регулятором источника постоянного напряжения 0..15 В, ток коллектора IК и напряжение UКЭ измеряются мультиметрами на пределах 20 мА и 20 В соответственно.
Рис.2.3
- Установите первое значение тока базы 20 мкА и изменяя напряжение UКЭ согласно значениям, указанным в табл. 2.1, снимите зависимости IК (UКЭ). Повторите эти измерения при каждом значении IБ, указанном в таблице.
Таблица 2.1
| UКЭ, В | IК, мА | |||
| IБ = 20 мкА | IБ = 40 мкА | IБ = 60 мкА | IБ = 80 мкА | |
| 0,5 | ||||
- Постройте графики семейства выходных характеристик IК (UКЭ), не забыв указать какому току базы соответствует каждая кривая.
- Установите ток базы IБ =0 и изменяя UКЭ в соответствии со значениями, указанными в табл. 2.2, снимите значения UБЭ, Увеличьте ток базы IБ 5 мкА и снова снимите значения UБЭ. Повторите этот опыт также при IБ = 10, 20, 50 и 80 мкА.
- Постройте графики входных IБ (UБЭ) характеристик, указав для каждой кривой соответствующие значения UКЭ.
Таблица 2.2
| IБ, мкА | UБЭ, В | ||
| UКЭ = 0 В | UКЭ = 5 В | UКЭ = 15 В | |
- Замените перемычку в схеме сопротивлением Rк=2,2 кОм.
- Установите напряжение питания Еп в максимальное положение (15 В).
- Изменяя входное напряжение Uбэ с шагом по току DIб =10 мкА от нуля до значения при котором Uкэ @ 0 (Uвых @ 0), снять передаточную характеристику. Данные занести в табл. 2.3.
Таблица 2.3
| Uбэ, В | ||||||||||
| Iб, мкА | ||||||||||
| Uкэ, В | ||||||||||
| Ik, мA |
- Построить передаточные характеристики Uкэ.;Ik.;Iб.=f(Uбэ) и определить по характеристикам:
- напряжение смещения для режима (класса) усиления "А";
- диапазон изменения входного сигнала для режима (класса) усиления "А";
 |
- коэффициент усиления основной усилительной цепи в режиме холостого хода для линейного участка характеристик по формулам:
2.3.Контрольные вопросы:
1: Каковы общие свойства обоих p-n переходов транзисторов двух типов?
2: Каковы отличия p-n переходов в двух типах транзисторов?
3: Нарисуйте семейство входных и выходных характеристик транзистора.
4: Как проявляются усилительные свойства транзисторов?
5: Какие режимы (классы) усиления Вы знаете? В чем их отличия?
6: Объясните особенности работы транзистора в областях отсечки, насыщения и линейной.
