ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Методические указания

к лабораторной работе

"Исследование характеристик и параметров биполярного транзистора"

по курсу "Электроника и микросхемотехника"

для студентов АиУ и ИВТ

дневной и заочной формы обучения

Тюмень – 1997

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

Составили: к.т.н. доцент Крамнюк А.И. ст.преп. Гурьева Л.В.

 - Тюменский государственный нефтегазовый университет, 1997

Исследование характеристик и параметров биполярного транзистора

Цель работы: Ознакомиться с конструкцией транзистора, исследовать характеристики и параметры транзистора для схемы включения с общим эмиттером.

Домашнее задание:

1. Записать паспортные данные исследуемого транзистора 2т603а.

2. Нарисовать схемы для снятия входных, выходных и характеристик передачи по току для схемы включения транзистора с оэ с использованием необходимых приборов для измерения токов и напряжений.

1. Принцип действия транзистора

Транзистор представляет собой систему двух близко расположенных электронно-дырочных переходов с тремя внешними выводами (электродами): эмиттер - эмиттирует носители, коллектор (collect) - собирает эти носители , база - основание транзистора , в котором делаются две области эмиттера и коллектора .

Обычно независимо от типа проводимости транзистора и его схемы включения (ОБ, ОЭ, ОК) эмиттерный переход включают внешними источниками в прямом направлении, а коллекторный - в обратном .

Поэтому источник Е_Э имеет напряжение порядка 1В (допустимое прямое напряжение на переходе). При этом возникает большой прямой ток через эмиттерный переход. А источник Е_к - (1020) В, и в цепь коллектора включается сопротивление нагрузки R_К.

При изготовлении транзистора добиваются, чтобы электропроводность эмиттера была значительно больше, чем базы (соответственно и концентрация основных носителей в эмиттере выше, чем в базе). Тогда ток эмиттерного перехода, состоящий из основных носителей эмиттера и базы, будет иметь только одну эмиттерную составляющую, а меньшей базовой составляющей пренебрегаем и рассматриваем только одну - эмиттерную (для р-n-р транзистора - дырочную, для n-р-n - электронную) составляющую тока эмиттерного перехода.

Под действием прямого напряжения на эмиттерном переходе основные носители, движущиеся к контакту, рекомбинируют в приконтактной области перехода лишь частично, а основная часть электронов (для n-р-n транзистора) внедряется из эмиттера в базу, где они являются неосновными носителями. Это явление внедрения называется инжекцией неосновных носителей. Возникающий вследствие инжекции градиент концентрации носителей в базе dn/dx  0 вызывает диффузию электронов в направлении к коллекторному переходу. Кроме того, на электроны, движущиеся в базе, влияет электрическое поле коллектора, ускоряющее движение неосновных носителей (рис.1.1).

И нжектированные в базу носители составляют эмиттерный ток I_Э; рекомбинирующие с основными носителями базы, внедренные из эмиттера носители, - ток базы I_б, а оставшаяся часть инжектированных носителей, дошедших до коллектора, определяет ток коллектора I_к (I_Э). Отсюда уравнение для токов в транзисторе: I_Э = I_б+I_к

Рис.1.1.

Если время жизни неосновных носителей в базе будет больше, чем среднее время их пробега от эмиттера к коллектору, то большая часть этих носителей пройдет к коллекторному контакту, где имеется слой с большим сопротивлением. При этом дефицит носителей в запорном слое уменьшается, а ток в цепи коллектора увеличивается .

Чтобы время пробега неосновных носителей через базу было значительно меньше времени жизни, необходимо очень близко разместить эмиттерный и коллекторный переходы друг от друга. При толщине базы не более нескольких сотых миллиметра (90-99)% носителей, инжектированных эмиттером, достигают коллектора.

Если в цепь эмиттера включить источник переменного напряжения Е_С, то в соответствии с изменением входного напряжения будет изменяться входной ток и ток внедренных неосновных носителей. По такому же закону будет изменяться сопротивление коллекторного перехода и ток в цепи коллектора. При подаче переменного напряжения на вход транзистора изменение тока в выходной цепи получается несколько меньше, чем изменение тока во входной цепи, т.е. усиления по току не получается. Однако по напряжению (а, следовательно, и по мощности) усиление имеет место.

Итак, рассмотрен принцип действия транзистора типа n-р-n. У транзистора типа р-n-р принцип действия такой - же, но полярность включения источников питания противоположная (рис.1.2).

Р

Е_к

Е_Э

ис.1.2.

То есть эмиттерный переход также включается в прямом направлении, а коллекторный - в обратном. В транзисторе р-n-р происходит инжекция через эмиттерный переход не электронов, а дырок. В остальном физические процессы аналогичны описанным для транзисторов n-р-n. Обозначаются на принципиальных электрических схемах транзисторы проводимости типа n-р-n и р-n-р следующим образом (Рис.1.3).

Рис.1.3.

Стрелка в обозначении транзисторов всегда ставится у эмиттера и показывает направление тока основных носителей через переход.

Схема включения транзистора будет называться с ОЭ, ОБ или ОК в зависимости от того, какой электрод транзистора (эмиттер, база или коллектор) будет общим (обычно заземленным) для входной и выходной цепей транзистора, относительно которого измеряется входное и выходное напряжение.

В рассмотренной схеме (рис. 1.2) общей точкой входной и выходной цепей является база. Т.е. рассмотрена работа транзистора для схемы включения с общей базой (ОБ) (рис. 1.2). Входным током для этой схемы будет I_Э, а выходным I_к.

Транзистор может работать также в схеме с общим эмиттером (рис.1.4).

В этом случае входным током является ток базы I_б=I_Э-I_к. Так как обычно I_к=(0.9-0.99) I_Э, то ток базы относительно мал, I_б=(0.1-0.01)I_к , следовательно, в этой схеме имеет место усиления не только по напряжению, но и по току. Усиление мощности при этом значительно больше, чем в схеме с общей базой.

Р ис. 1.4.

Возможно использование транзистора также в схеме с общим коллектором. В этой схеме напряжение действующее между базой и эмиттером, равно разности между входным и выходным напряжением: U_эб=U_вx-U_выx, поэтому усиление по напряжению здесь отсутствует (меньше 1). Усиление по току здесь несколько выше, чем в схеме с общим эмиттером, так как выходным током здесь является ток эмиттера I_э=(I_к + I_б)>I_к.