
- •Могилёвский государственный университет продовольствия
- •Полупроводниковые приборы Сборник лабораторных работ №1, №2
- •1 Техника безопасности при выполнении лабораторных работ
- •1.1 Требования безопасности перед началом работы:
- •1.2 Требования безопасности при выполнении работы:
- •1.3 Требования безопасности в аварийных ситуациях:
- •1.4 Требования безопасности по окончании работы:
- •2 Лабораторная работа №1 «Исследование полупроводниковых диодов»
- •2.1 Общие сведения
- •2.1.1 Электропроводность полупроводников
- •2.1.2 Примесная проводимость полупроводников
- •2.1.3 Электронно-дырочный переход
- •2.1.4 Свойства полупроводниковых диодов
- •2.2 Порядок проведения экспериментов
- •2.2.4 По полученным данным (п.П. 2.2.1, 2.2.2) постройте графики iпр (uпр) и iобр (uобр).
- •2.3 Контрольные вопросы
- •2.4 Рекомендуемая литература
- •3 Лабораторная работа №2: «Исследование биполярных транзисторов»
- •3.1 Общие сведения
- •3.1.1 Биполярный транзистор. Общие понятия.
- •3.1.2 Схемы включения биполярных транзисторов.
- •3.1.3 Статические характеристики транзистора
- •3.1.4 Перечень формул для определения технических параметров схемы с общим эмиттером.
- •3.2 Порядок проведения экспериментов
- •3.3 Контрольные вопросы
- •3.4 Рекомендуемая литература
- •Полупроводниковые приборы Сборник лабораторных работ №1, №2
3.1.3 Статические характеристики транзистора
В транзисторах всегда взаимно связаны четыре величины: входные и выходные токи и напряжения. Эти зависимости можно показать с помощью двух семейств статических характеристик. Наибольшее распространение получили входные и выходные статические характеристики для двух основных схем включения — с общей базой и с общим эмиттером.
Для
схемы с общей базой входная характеристика
представляет собой зависимость тока
эмиттера
от напряжения между эмиттером и базой
при постоянной величине напряжения
между коллектором и базой
:
при
.
Выходные характеристики транзистора для схемы с общей базой отображают зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и базой при постоянных значениях эмиттерного тока:
при
.
Для
схемы с общим эмиттером входная
характеристика представляет собой
зависимость тока базы
от напряжения между базой и эмиттером
при постоянной величине напряжения
между коллектором и эмиттером
:
при
.
Выходные характеристики транзистора для схемы с общим эмиттером отображают зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при постоянном токе базы:
при
.
3.1.4 Перечень формул для определения технических параметров схемы с общим эмиттером.
Для
схемы с общим эмиттером статический
коэффициент передачи тока определяется
как отношение тока коллектора
к току базы
:
.
Динамический коэффициент передачи тока определяется отношением приращения коллекторного тока к вызывающему его приращению базового тока:
.
Дифференциальное
входное сопротивление
транзистора в схеме с общим эмиттером
(ОЭ) определяется при фиксированном
значении напряжения коллектор-эмиттер.
Оно может быть найдено как отношение
приращения напряжения база-эмиттер к
вызванному им приращению тока базы:
.
Дифференциальное входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ через параметры транзистора определяется следующим выражением:
,
(1)
где
- распределенное сопротивление базовой
области полупроводника;
- дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения:
,
где - постоянный ток эмиттера в миллиамперах. Первое слагаемое в выражении (1) намного меньше второго, поэтому им можно пренебречь.
Дифференциальное
сопротивление
перехода база-эмиттер для биполярного
транзистора сравнимо с дифференциальным
входным сопротивлением
транзистора в схеме с общей базой,
которое определяется при фиксированном
значении напряжения база-коллектор.
Оно может быть найдено как отношение
приращения напряжения
к вызванному им приращению тока эмиттера:
.
Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:
.
Первым слагаемым в этом выражении ввиду его малости можно пренебречь.
3.2 Порядок проведения экспериментов
3.2.1 Собрать схему (рисунок 3.4). В схему включены источники постоянного напряжения, резистор 100 кОм, индикаторные амперметры и вольтметры, транзистор 2N3904. В зависимости от требований отдельных пунктов лабораторной работы студент должен уметь самостоятельно изменять и дополнять схему с общим эмиттером.
3.2.2 Определение статического коэффициента передачи тока транзистора.
а)
Включить схему. Записать результаты
измерения тока коллектора, тока базы и
напряжения коллектор-эмиттер в таблицу
3.1. По полученным результатам подсчитать
статический коэффициент передачи
транзистора
.
Результат записать в таблицу 3.1.
б).
Установить напряжение источника ЭДС
равным 2.68 В. Включить схему. Записать
результаты измерения тока коллектора,
тока базы и напряжения коллектор-эмиттер
в таблицу 3.1. По полученным результатам
подсчитать коэффициент
.
Ответ записать в таблицу 3.1.
Рисунок 3.4 — Схема для определения статического коэффициента передачи тока.
в)
Установить напряжение источника ЭДС
равным 5 В. Запустить схему. Записать
результаты измерения тока коллектора,
тока базы и напряжения коллектор-эмиттер
в таблицу 3.1 По полученным результатам
подсчитать статический коэффициент
передачи транзистора
.
Результат записать в таблицу 3.1 Затем
установить номинал
равным 10 В.
3.2.3 Измерение обратного тока коллектора.
На схеме (рисунок 3.4) установить напряжение источника ЭДС равным 0 В. Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора для данных значений тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 — Статический коэффициент передачи тока
№ п/п |
EB, В |
EC, В |
UBE, В |
UCE, В |
IB, мкА |
IC, мА |
ICОБР, мкА |
βDC |
1 |
5,7 |
10 |
|
|
|
|
- |
|
2 |
2,68 |
10 |
|
|
|
|
- |
|
3 |
2,68 |
5 |
|
|
|
|
- |
|
4 |
0 |
10 |
|
|
|
|
|
- |
3.2.4 Получение выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.
а)
В схеме (рисунок 3.4) провести измерения
тока коллектора
для значений
и
,
приведённых в таблице 3.2. Заполнить
таблицу 3.2. По данным таблицы построить
график зависимости
от
.
б)
По выходной характеристике найти
коэффициент передачи тока
при изменении базового тока с 10 мкА до
30 мкA,
= 10 В. Результат записать в таблицу 3.4.
в) Собрать схему, приведённую на рисунке 3.5. Установить следующие параметры пилообразного напряжения генератора: Frequency — 100 Гц, Duty cycle — 99%, Amplitude — 10 В, Offset — 10. Включить схему. Зарисовать осциллограмму выходной характеристики, соблюдая масштаб. Осциллограмма выходной характеристики соответствует развёртке одного периода пилообразного напряжения. Повторить измерения для каждого значения из таблицы 3.2. Осциллограммы выходных характеристик для разных токов базы зарисовать на одном графике.
в) По выходной характеристике найти коэффициент передачи тока при изменении базового тока с 10 мкА до 30 мкA, = 10 В. Результат записать в таблицу 3.4.
Рисунок 3.5. Схема с общим эмиттером (выходная характеристика).
Таблица 3.2 — Выходная характеристика транзистора в схеме с ОЭ
Параметры базы |
IC, мА |
||||||
EB, В |
IB, мкА |
EC = 0,1 В |
EC=0,5 В |
EC = 1 В |
EC =5 В |
EC =10 В |
EC =20 В |
1,66 |
|
|
|
|
|
|
|
2,68 |
|
|
|
|
|
|
|
3,68 |
|
|
|
|
|
|
|
4,68 |
|
|
|
|
|
|
|
5,7 |
|
|
|
|
|
|
|
3.2.4. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.
а). В схеме, приведённой на рисунке 3.4, установить значение напряжения источника равным 10 В и провести измерения тока базы , напряжения база-эмиттер тока эмиттера для различных значений напряжения источника в соответствии с таблицей 3.3. Обратить внимание, что коллекторный ток примерно равен току в цепи эмиттера.
Таблица 3.3 — Входная характеристика транзистора в схеме с ОЭ
EB, В |
IB, мкА |
UBE, мВ |
IC, мА |
1,66 |
|
|
|
2,68 |
|
|
|
3,68 |
|
|
|
4,68 |
|
|
|
5,7 |
|
|
|
б). По данным таблицы 3.3 построить график зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер.
г). По входной характеристике найти сопротивление при изменении базового тока с 10мкA до 30 мкA. Результат записать в таблицу 3.4.
3.2.5 Получение входной характеристики транзистора в схеме с общей базой.
а). По данным таблицы 3.3 построить график зависимости тока эмиттера от напряжения база-эмиттер.
в).
По полученной характеристике найти
дифференциальное сопротивление
при изменении базового тока с 10 мкА до
30 мкА. Результат записать в таблицу 3.4.
г) Найти сопротивление по формуле = 25 мВ/IE, используя значение IE из таблицы 3.3 при IB = 20 мкA. Результат записать в таблицу 3.4.
Таблица 3.4 — Параметры транзистора
βAC |
rвх, Ом |
re, Ом (расч.) |
re, Ом (экспер.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
3.2.6 Отчёт должен содержать результаты выполненной лабораторной работы по всем пунктам методического указания, в том числе заполненные таблицы 3.1…3.4 и осциллограммы входной и выходной характеристики.