ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ И ТРАНЗИСТОРНЫХ ОДНОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1 Исследование статических характеристик и параметров биполярного транзистора.
2 Исследование одиночного усилительного каскада с общим эмиттером и общим коллектором.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор с двумя р-n переходами, предназначенный для усиления или генерирования электрических сигналов. Транзистор имеет три области: эмиттер (Э), коллектор (К) и среднюю область – базу (Б). Различают два типа транзисторов: р-n-р (рис.10а) и n-р-n (рис.10б).
а) б)
Рис.10
В работе используется транзистор типа n-p-n. На переход коллектор-база подается напряжение в прямом, проводящем направлении (10-30 В). На переход эмиттер-база напряжение подается в обратном (запирающем) направлении (0,1-0,5 В). Такое включение приводит к возникновению тока эмиттера Iэ. Дырки из области эмиттера под действием внешнего поля преодолевают эмиттерный переход и попадают в область базы, где они являются неосновными носителями. Здесь небольшая часть дырок частично рекомбинирует со свободными электронами базы, так как концентрация основных носителей базы значительно ниже концентрации основных носителей в двух других областях. Для восстановления электрической нейтральности базы из внешней цепи приходят новые электроны, образующие ток базы Iб. Большинство дырок вследствие диффузии и под действием ускоряющего поля коллектора достигают области коллектора, образуя в коллекторной цепи ток Iк. Токи связаны соотношением Iэ = Iк + Iб. Связь между приращениями эмиттерного и коллекторного токов характеризуется коэффициентом передачи тока:
, 
, 
.
Транзистор включается по одной из возможных схем включения в зависимости от того, какой из электродов является общей точкой для входной и выходной цепей по переменному току: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Наибольшее распространение получила схема с ОЭ (рис.11).
Рис.11 Рис.12
Для анализа работы транзистора по схеме с ОЭ используют семейства характеристик: входных Iб = f(Uбэ) при Uкэ = const (рис.13а) и выходных Iк = f(Uкэ) при Iб = const (рис.13б). Характеристики снимаются в статическом режиме при постоянных токах и напряжениях. Входные характеристики при изменении Uкэ в широких пределах изменяются незначительно. Поэтому в дальнейшем используют одну характеристику, соответствующую среднему значению Uкэ. Коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ определяется как 
при Uкэ = const. Так как 
и 
, то делением числителя и знаменателя на Iэ получим 
. Так как , то 
.
При работе транзистора в усилительном режиме при небольшом входном сигнале входные Iб, Uбэ и выходные Iк, Uкэ величины получают малые приращения, и работа усилителя проходит на линейных участках характеристик. В этом случае транзистор может быть представлен в виде линейного четырехполюсника. Для анализа схем пользуются малосигнальными h - параметрами, которые можно определить по семейству соответствующих характеристик вблизи рабочей точки (на линейном участке). В качестве независимых величин выбирают Iб и Uкэ, тогда Uбэ = f1(Iб, Uкэ), Iк = f2(Iб, Uкэ).
Для линейных участков характеристик справедливы уравнения четырехполюсника для малых конечных приращений:
; 
; (1)
, при Uкэ = const (Uкэ = 0);
, при Uкэ = const (Uкэ = 0);
, при Iб = const (Iб = 0);
, при Iб = const (Iб = 0);
где h11 – входное сопротивление транзистора, Ом;
h 21 – коэффициент усиления по току;
h12 – коэффициент внутренней обратной связи по напряжению;
h22 – выходная проводимость транзистора, сим.
Параметры h11 и h21 определяются при коротком замыкании цепи коллектора по переменному току (Uкэ = 0), h12 и h22 – при холостом ходе в цепи базы по переменному току (Iб = 0). Так как входное напряжение Uбэ мало зависит от выходного Uкэ, то h12 
0. В соответствии с уравнениями (1) получаем схему замещения транзистора с ОЭ (рис. 12).
Помимо h– параметров используют также предельно-допустимые параметры, которые определяются следующим образом:
а) для предотвращения перегрева коллекторного перехода мощность, выделяемая на коллекторе, должна быть меньше максимально допустимой:
Рк = IкUкэ<Рк max;
б) для предотвращения пробоя закрытого коллекторного переходанапряжение Uкэ должно быть меньше максимально допустимого значения Uкэ max;
в) для предотвращения перегрева эмиттерного перехода коллекторный ток должен быть меньше максимально допустимого значения Iк max;
г) частота входного переменного напряжения должна быть меньше граничной частоты fгр,при которой коэффициент передачи по току уменьшается до 1.
Предельно допустимые параметры Ркmax, Uкэ max, Iкmax определяют рабочую область выходных характеристик транзистора.