Цель работы: изучение статических характеристик и параметров биполярного плоскостного транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ).
Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, транзистор МП40, соединительные провода.
Основные теоретические сведения
Биполярный транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами. В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов p-n-р и n-p-n (рис. 6 а, б). Их условное обозначение на электронных схемах показано на рис. 6 в, г.
Центральную часть кристалла называют базой. С одной стороны к базе примыкает область с высокой концентрацией примеси, которая называется эмиттером, а с другой стороны базы – область с низкой концентрацией примеси, называемая коллектором. Так же называются p-n -переходы, создаваемые этими слоями со слоем базы, а также внешние выводы этих слоев. Внешнее напряжение подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода - в обратном направлении.
Поскольку в эмиттерном переходе внешнее напряжение действует в прямом направлении, потенциальный барьер для дырок, основных носителей зарядов эмиттерного слоя в p-n-p -транзисторе, уменьшается, и дырки из эмиттера под действием диффузии будут в большом количестве переходить (инжектировать) в область базы. Большинство дырок в последующем достигает коллектора и вызывает коллекторный ток транзистора.
Существуют три способа включения транзистора (рис. 7):
· с общей базой (ОБ) (рис. 7, а);
· с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 7, б);
· 
с общим коллектором (ОК) (рис. 7Э в).
Включение транзистора по схеме с ОЭ получило широкое распространение, так как дает существенные преимущества по сравнению с другими схемами включения: значительное усиление по току, большое усиление по напряжению, максимальное усиление по мощности, большое входное и небольшое выходное сопротивление по сравнению со схемой с ОБ, что упрощает согласование каскадов усилителей.
Для расчета и анализа усилительных каскадов достаточно двух семейств характеристик – входных и выходных (рис.8). Выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ определяют зависимость коллекторного тока Iк=F(Uкэ) при Iб=const (рис.8, а). Входные (базовые) характеристики транзистора отражают зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при фиксированном напряжении коллектор - эмиттер (рис.8, б): Iб= F(Uба) npu Uкэ = const.
По экспериментально снятым и построенным в соответствующих системах координат характеристикам можно определить малосигнальные параметры транзистора – h –параметры.
В режиме малого сигнала характеристики с достаточной степенью точности могут считаться линейными. В этом режиме транзистор принято изображать в виде линейного четырехполюсника (рис.9), связь между входными и выходными параметрами которого выражаются следующими уравнениями:
где 
при 
- входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе;
при 
- коэффициент обратной связи, показывающий, какая часть напряжения передается с выхода на вход при разомкнутой входной цепи;
при - коэффициент усиления транзистора по току, измеренный при коротком замыкании на выходе;
при - выходная проводимость транзистора при разомкнутой входной цепи.
Данные уравнения позволяют определить h-параметры по экспериментальным характеристикам (рис.10, 11):
= 
при 
- const;
= 
при Iб - const.
= 
при - const; 
= 
при Iб - const
Для определения через рабочую точку проводят касательную к входной характеристике и строят треугольник. Отношение катетов треугольника 
равно .
Для определения выбирают две входные характеристики, снятые при разных напряжениях Uкэ. Через рабочую точку проводят горизонтальную линию, которая пересекает две входных характеристики, что соответствует Iб -const. Отрезок АВ пропорционален приращению напряжения Δ U*бэ, а приращение напряжения на коллекторе равно разности напряжений, при которых сняты характеристики Δ Uкэ.
Для определения в области рабочей точки проводят вертикальную линию, которая пересекает две соседние выходные характеристики. Отрезок АВ пропорционален приращению тока Δ Iк, а приращение тока базы равно разности токов, при которых сняты выходные характеристики Δ Iб.
Для определения на выходной характеристике с током базы, близким к току базы в рабочей точке, находят приращение тока коллектора Δ I*к, вызванное приращением напряжения на коллекторе Δ Uкэ при постоянном токе базы.
Положение рабочей точки транзистора при его включении в схеме с общим эмиттером определяется пересечением одной из выходных характеристик и нагрузочной прямой. Нагрузочная прямая описывается уравнением Uк=Ек – IкRк, где Ек -ЭДС источника напряжения в цепи коллектора; Rк - сопротивление коллекторной нагрузки. Нагрузочная прямая строится по двум точкам:
Uк= Ек при Iк =0;
Iк = Ек / Rк при Uк =0.
Требования безопасности труда
Не включать лабораторный стенд без проверки преподавателем схемы соединений. При переключении измерительных приборов в ходе работы выключить тумблер «СЕТЬ».
Порядок выполнения работы
1. Подключить источники питания ГТ и ГН2, измерительные приборы во входной и выходной цепях схемы, соблюдая полярность (рис. 12).
Во входной цепи использовать прибор блока ИВ для измерения тока базы Iб (РА1), переключатель которого установить в положении ГТ 1 мА, прибор АВМ1 на пределе 1В для измерения напряжения база – эмиттер (PV1).
 |
2. Установить на стенд транзистор.
3. Исследовать зависимость тока базы Iб от напряжения база-эмиттер Uбэ при Uкэ: 0, -5 и -7,5 В. Изменять ток базы регулятором ГТ от 0 до 500 мкА. Данные занести в таблицу, разработанную самостоятельно.
4. Исследовать зависимость тока коллектора Iк от напряжения коллектор-эмиттер Uкэ для трех значений тока базы Iб: 100, 200 и 300 мкА. Для этого сделать следующее:
· отключить РА1 и вставить в гнездо перемычку;
· для измерения тока коллектора использовать прибор АВМ1 (50 мкА);
· снять зависимость Iк =F(Uкэ).
Изменять Uкэ от 0 до 15 В через 2 В до значения Iк =30 мА. Данные занести в самостоятельно составленную таблицу.
5. Исследовать передаточную характеристику транзистора. Ток базы измерить с помощью генератора тока ГТ в пределах от 0 до 500 мкА при Uк = 5В и 10В. Данные занести в таблицу.
Обработка результатов измерений
Построить семейства входных и выходных характеристик с указанными на них областями насыщения, отсечки и активного режима.
По полученным характеристикам рассчитать значения h- параметров для точки, соответствующей Iб =100мкА, Uкэ =5В.
Контрольные вопросы
1. Графическое обозначение транзисторов p-n-p, n-p-n.
2. Как маркируются транзисторы?
3. Как устроены транзисторы р-п-р, n-p-n типов?
4. Принцип действия транзистора.
5. Режимы работы транзистора.
6. Схемы включения транзистора и их особенности.
7. Нарисовать входные и выходные характеристики транзистора в схеме с ОЭ.
8. Как определить h- параметры транзистора в схеме с ОЭ по характеристикам?
Лабораторная работа З
