ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Экспериментальное исследование принципа работы и характеристик биполярных и полевых транзисторов.
ЗАДАНИЕ НА ПРОВЕДЕНИЕ РАБОТЫ
Получить и построить входные и выходные вольтамперные характеристики транзисторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Биполярные транзисторы
Транзистор – полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигналов. Различают кремниевые и германиевые транзисторы. Они бывают структуры p-n-p и n-p-n. На рис. 2.1 представлена структура этих транзисторов, соответствующие выводы которых обозначаются как эмиттер – Э, база – Б и коллектор – К.
Рис. 2.1
Для каждого типа транзисторов необходимо соблюдать определённое направление токов и соответственно полярность приложенного напряжения. Условное обозначение транзистора структуры p-n-p на схеме дано на рис. 2.2. Направление стрелки в эмиттер-базовом (ЭБ) переходе указывает на тип транзистора и одновременно направление тока управления и силового или усиленного тока.
Ток управления протекает по эмиттер-базовому переходу и равен току базы. На рис. 2.3 приведена типовая входная характеристика I Б= f (U ЭБ) транзистора, изготовленного на основе германия. Как правило, входная характеристика снимается при U КЭ=0, т.е. отсутствии влияния выходной цепи на входную, и при U КЭ=5 В.
Рис. 2.2
Рис. 2.3
Усиленный ток, превышающий ток базы в b раз (b=10…200), протекающий непосредственно между эмиттером и коллектором под действием приложенного напряжения U КЭ. Зависимость тока коллектора (рис. 2.4) от напряжения U КЭ при некоторых постоянных токах базы называют семейством его выходных характеристик I К= f (U КЭ) (при I Б=const).
Анализируя данные зависимости, можно сделать вывод, что ток коллектора, начиная с некоторого UКЭ, практически только зависит от тока базы, т.е. транзистор является усилителем тока. При включении транзистора по схеме рис. 2.2 входной ток равен току базы, а I Э = I Б + I К.
Коэффициент усиления b 
при UКЭ = const.
Рис. 2.4
Коэффициент передачи тока от эмиттера к коллектору
при U ЭБ=const (
=0,9…0,99)
Зависимость тока коллектора I К от от напряжения 
называется передаточной характеристикой I К= f (U БЭ) (рис. 2.5).
Рис. 2.5
Аналитически передаточная характеристика описывается формулой Эберса–Молла.
,
при этом I so= f (T, U кэ),
I so – обратный тепловой ток;
мВ – температурный потенциал
q – заряд электрона = 1,6 ×10-19 Кл;
k – постоянная Больцмана = 1,38 ×10-23 Дж/Кл;
Т – абсолютная температура = 273 +°С;
Отметим: для германиевого p-n перехода I so»100 нA;
для кремниевого p-n перехода I so»10 нA.
Поскольку I К>> I so, формула Эберса-Молла принимает вид
При объяснении работы схемы на биполярных транзисторах нельзя не учитывать такие параметры, как внутренне сопротивление эмиттера r Э и базы r Б, а также межэлектродной ёмкости С ЭК и С ЭБ.
Полевые транзисторы
Полевой транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, через который ток управляется напряжением, приложенным к управляющему электроду, при этом ток управления практически отсутствует.
На рис. 2.6 представлена структура полевого транзистора, соответствующие выводы которого обозначаются как сток – С, исток – И и затвор – И.
Рис. 2.6
Ток в транзисторе под действием приложенного напряжения протекает между стоком и истоком по каналу. Канал – это область в транзисторе, где осуществляется собственно регулирование тока.
Существуют каналы типа n и p. Каждому типу канала соответствует своя определенная полярность напряжения, приложенного к транзистору и соответствующие направления тока.
Если к затвору относительно истока приложить запирающее напряжение, сечение канала уменьшится, что приведёт к уменьшению тока через транзистор.
Существуют полевые транзисторы с затвором в виде p-n перехода и с изолированным затвором.
Условное обозначение полевого транзистора с затвором в виде p-n перехода и каналом типа p дано на рис. 2.7.
Полярность питающего напряжения 
должна быть такой, чтобы p-n переход был закрыт и ток в затворе отсутствовал.
Зависимость 
называется переходной. Типовая переходная характеристика полевых транзисторов с затвором на основе p-n перехода и каналом p типа дана на рис. 2.8. Пунктиром обозначена зона разброса характеристики для одного типа транзисторов.
Рис. 2.7
Рис. 2.8
Семейство выходных характеристик полевого транзистора представлении на рис. 2.9 и даёт связь параметров 
при U ЗИ=const.
Основным параметром полевого транзистора является крутизна переходной характеристики.
при U СИ=const.
Входное сопротивление полевого транзистора R С составляет 1…50 МОм.
Рис. 2.9
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
4.1. Запустить программу MultiSym. Загрузить схему исследования <ЛР№2 1.msm>. Появится схема, имеющая следующий вид:
4.2. Чтобы схема начала функционировать, нажать кнопку в верхнем правом углу окна 
.
4.3. Изменяя напряжение источника питания V1 от 0 до 0,9 В, снять и построить входную характеристику биполярного транзистора I Б=f(UЭБ) при напряжении коллектора U ЭК =0, 5 В (источник питания V2). Ток I Б контролируется с помощью мультиметра ХММ1.
4.4. Изменяя выходное напряжение U КЭ (источник питания V3) от 0 до 5 В, снимите и постройте положительную ветвь выходной характеристики биполярного транзистора I К= f (U КБ) при установке входного тока (I Б) 0, 10, 20, 40 и 60 мкА. Ток IК контролируется с помощью мультиметра ХММ2.
4.5. По выходным и входным характеристикам вычислить параметры биполярного транзистора:
при U КЭ=const;
при U КЭ=const.
4.6. Снять и построить переходную характеристику полевого транзистора. Загрузить схему исследования <ЛР№2 2.msm>. Появится схема, имеющая следующий вид:
Чтобы схема начала функционировать, необходимо нажать кнопку в верхнем правом углу окна .
4.7. Изменяя напряжение источника питания V1 от 0 до 3 В, снять и построить переходную характеристику полевого транзистора I С= f (U ЗИ) при напряжении U СИ =10 В (источник питания V2). Ток I С контролируется с помощью мультиметра ХММ1.
4.8. Изменяя выходное напряжение U СИ (источник питания V2) от 0 до 5 В, снять и построить выходную характеристику полевого транзистора I С= f (U СИ) при напряжении U ЗИ, равном 0, 1 и 2 В (источник питания V1). Ток I С контролируется с помощью мультиметра ХММ1.
4.9. По характеристикам вычислить параметры полевого транзистора:
при U СИ=const
при U ЗИ=const.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Объяснить принцип работы биполярного транзистора и полевого транзистора.
2. Изобразите возможные схемы включения биполярного транзистора.
3. Какие основные параметры биполярного транзистора?
4. В чем различие структур n-p-n и p-n-p транзисторов?
5. Как влияет температура на работу транзистора?
6. Чем определяется коэффициент усиления напряжения в транзисторном каскаде с общим эмиттером?
7. Раскройте содержание h -параметров. Как их определить по характеристикам транзистора?
8. В каких состояниях может находиться транзистор?
9. Какие основные параметры полевого транзистора?
10. Какие существуют варианты включения биполярного транзистора? В чем преимущество схемы включения с общим эмиттером?
11. Какие существуют варианты включения полевого транзистора?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
