Исследование вольтамперных характеристик биполярного транзистора

Цель работы:

Приобретение практических навыков в исследовании ВАХ транзистора,

включенного по схеме с ОЭ и определение его h параметров.

Задание:

1. Исследовать входные статические характеристики транзистора

I_Б = f(U_БЭ) при U_КЭ = const.

2. Исследовать выходные статические характеристики транзистора

I_К = f(U_КЭ) при I_Б = const.

3. По статическим характеристикам транзистора определить параметры:

h₁₁, h₁₂, h₂₁ и h₂₂. Z_ВХ, Z_ВЫХ.

4. Выполнить информационный поиск транзистора в справочной литературе.

Приборы и оборудование:

1. Стенд универсальный с элементами регулировки параметров;

2.Универсальный источник питания (ЭДС): U_Раб ≤ 12 В; I_Раб ≤ 0,06 А;

3. Измерительные приборы (мультиметры) (I_ИЗМ ≤ 0,10 А, (U_ИЗМ ≤ 20 В);

4. Исследуемый биполярный маломощный транзистор (см. табл. №3.3).

* Параметры транзистора можно исследовать с помощью ПО: EWB, MC.

3.1. Краткие теоретические сведения

Биполярный транзистор – это трех электродный прибор, используемый для усиления, генерирования или преобразования электрических сигналов; это полупроводниковый кристалл с 3-хслойной структурой p-n-p или n-p-n-типа, с тремя выводами, каждый из которых связан с определенной областью кристалла [3].

Одна из крайних областей транзистора называется эмиттером, другая – коллектором, а средняя область называется базой. Таким образом, в транзисторе имеются два p-n – перехода: эмиттерный (Б-Э между эмиттером и базой) и коллекторный (К-Э между базой и коллектором).

Если к эмиттерному переходу приложить напряжение в прямом направлении, то переход (К-Э) окажется открытым и его сопротивление снизится.

Существует три схемы включения транзисторов:

с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК), с общей базой (ОБ).

Для схемы характерны входные и выходные статические характеристики.

3.2. Схема с общим эмиттером. Теоретическое положение

Схема с ОЭ (рис. 3.1) является наиболее распространенной и в ней общим электродом для входной и выходной цепи является эмиттер [4].

Для функционирования схемы с ОЭ достаточно одного источника ЭДС = Е_К, обеспечивающего напряжение U_ЭК; базовый электрод является управляемым входом и на него подается напряжение смещения U_ЭБ (задание I_Б) резистором R₁.

Резистор R₁ обеспечивает вывод транзистора в рабочую точку, т.е. задает его статический режим работы; с коллектора VT снимается выходной сигнал.

Е сли в схеме сопротивление R_К является нагрузкой (R_К = R_Н), то выходной сигнал (U_ВЫХ = U_К) не имеет фазового сдвига и повторяет фазу входного сигнала.

Если выходной сигнал схемы снимается с коллектора транзистора на внешнюю нагрузку (R_Н), то фаза выходного сигнала сдвинута по отношению к фазе входного сигнала на величину π = 180⁰.

Схема с ОЭ является усилителем напряжения и тока, обладая высоким входным и выходным сопротивлением (единицы - десятки кОм), т.е. R_ВХ ≈ R_ВЫХ.

Для расчета параметров транзистора используют h-параметры, характеризующие работу транзистора при приращении входного и выходного сигнала.

h₁₁ = ΔU_Вх/ΔI_Вх при (U_Вых = const) – входное сопротивление транзистора.

h₁₂ = ΔU_Вх/ΔU_Вых при (I_Вх = const) – коэффициент обратной связи по напряжению

h₂₁ = ΔI_Вых /ΔI_Вх при (U_Вых = const) – коэффициент передачи тока базы;

h ₂₂ = ΔI_Вых /ΔU_Вых при (I_Вх = const) –

входная проводимость транзистора.

На рис. 3.2 приведена зависимость коэфф-ента передачи тока h_21Э в режиме большого сигнала.

Здесь максимум на­ступает при I_К = 2÷15 мА

(характерно для маломощных транзисторов).

По абсолютной величине ток I_Б значитель­но меньше I_К или I_Э, и в этом заключается преимущество схемы ОЭ по сравнению со схемой для транзистора с ОБ.