Порядок выполнения экспериментов. Исследование биполярного транзистора

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-nтранзистор) или n-проводящий слой помещен между двумяр-проводящими слоями (p-n-pтранзистор).

p-nпереходы 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 U_ЭБ эмиттерный p-n переход открывается, и дырки из эмиттера проникают в область базы. Часть из них уходит к источнику напряжения U_ЭБ, а другая часть достигает коллектора. Возникает так называемый транзитный тока от эмиттера к коллектору. Он резко возрастает с увеличением U_ЭБ 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 U_БЭ, полярность которого показана на рис. 4.2б.

 

 

Рис. 2.2

 

Токи эмиттера, коллектора и базы связаны между собой уравнением первого закона Кирхгофа:

I_К = I_Э – I_Б.

 

Обычно ток базы существенно меньше I_К иI_Э, но от него сильно зависит как I_К, так и I_Э. Отношение приращения тока коллектора к приращению тока базы называется коэффициентом усиления по току:

 

b = DI_К ¤ DI_Б.

 

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 характеристикапоказывает зависимость тока базы I_Б от напряжения в цепи база/эмиттер U_БЭ (при U_КЭ = const).

Выходная характеристикапоказывает зависимость тока коллектора I_К от напряжения цепи коллектор/эмиттер U_КЭ 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 I_Б и напряжения U_БЭ производятся мультиметрами на пределах 200 мкА и 2 В соответственно. Регулирование напряжения U_КЭ осуществляется регулятором источника постоянного напряжения 0..15 В, ток коллектора I_К и напряжение U_КЭ измеряются мультиметрами на пределах 20 мА и 20 В соответственно.

 

Рис.2.3

 

• Установите первое значение тока базы 20 мкА и изменяя напряжение U_КЭ согласно значениям, указанным в табл. 2.1, снимите зависимости I_К(U_КЭ). Повторите эти измерения при каждом значении I_Б, 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 I_К(U_КЭ), не забыв указать какому току базы соответствует каждая кривая.
• Установите ток базы I_Б=0 и изменяя U_КЭ в соответствии со значениями, указанными в табл. 2.2, снимите значения U_БЭ, Увеличьте ток базы I_Б5 мкА и снова снимите значения U_БЭ. Повторите этот опыт также при I_Б =10, 20, 50 и 80 мкА.
• Постройте графики входных I_Б(U_БЭ) характеристик, указав для каждой кривой соответствующие значения U_КЭ.

Таблица 2.2

IБ, мкА	UБЭ, В
UКЭ = 0 В	UКЭ = 5 В	UКЭ = 15 В

 

• Замените перемычку в схеме сопротивлением R_к=2,2 кОм.
• Установите напряжение питания Е_п в максимальное положение (15 В).
• Изменяя входное напряжение U_бэ с шагом по току DI_б =10 мкА от нуля до значения при котором U_кэ @ 0 (U_вых @ 0), снять передаточную характеристику. Данные занести в табл. 2.3.

 

Таблица 2.3

 

Uбэ , В
Iб, мкА
Uкэ , В
Ik , мA

 

• Построить передаточные характеристики U_кэ.;I_k.;I_б.=f(U_бэ) 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.