«Электротехника с основами электроники»

Лабораторная работа №14

Снятие входных и выходных характеристик биполярного транзистора.

Специальности

2-02 06 31 Технический труд и черчение

2-36 01 06-02 Оборудование и технологии сварочного производства (по направлениям)

2-52 05 31 Оборудование и технологии мебельного производства (по направлениям)

Выполнил учащийся группы № …………….… …..

(Ф.И.О. учащегося)

Инструкционная карта по выполнению лабораторной работы № 14.

1. Тема учебной программы: Полупроводниковые приборы

2. Тема работы: Снятие входных и выходных характеристик биполярного транзистора.

3. Цель работы: изучить работу биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, научиться строить его входные и выходные статические характеристики.

4. Материально-техническое оснащение: Лабораторный стол с комплектом оборудования, стенд 27Л-06, электроизмерительные приборы и соединительные провода.

5. Теоретическая часть: Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными (p-n) переходами и тремя электродами, предназначенный для усиления мощности электрических сигналов.

Один из основных элементов полупроводниковой электроники был создан в 1948году Дж. Бардином (J. Bardeen), У. Браттейном (W. Brattain) и У. Шокли (W. Shockley). (Нобелевская премия по физике, 1956г.) Первые транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия.

Биполярный транзистор представляет собой трёхслойную полупроводниковую структуру с чередующимися слоями дырочной ( р -тип) и электронной (n -тип) проводимости.

Три слоя, из которых состоит биполярный транзистор, называются эмиттер E, база B и коллектор C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают: n-p-n (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. Внутренняя область база, расположена между эмиттером и коллектором, и изготовлена из тонкой пластинки слаболегированного полупроводника германия, обладающего большим сопротивлением. Внешняя область, предназначенная для инжектирования носителей заряда в базу, называется эмиттером. Коллектор «вытягивает» носителей зарядов из базы.

Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база, поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (невозможно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате абсолютно аналогичный исходному биполярный транзистор).

В электрическую цепь транзистор включается так, чтобы один электрод был входным, другой – выходным, а третий – общим для входа и выхода.

Различают три схемы включения транзистора: 1) с общей базой (ОБ); 2) с общим эмиттером (ОЭ); 3) с общим коллектором (ОК).

Наиболее часто применяется схема с общим эмиттером (ОЭ) для усиления сигналов по току и мощности. При таком включении входным электродом является база, эмиттер заземляется (общий электрод), а выходным электродом является коллектор.

Д ля анализа работы транзисторов, сравнения их режимов работы используют графики зависимости между токами и напряжениями.

.

Входная характеристика – это зависимость силы тока базы (I_б)от напряжения перехода база-эмиттер (U_бэ), при неизменном напряжении на переходе коллектор-эмиттер(U_кэ).

Выходная характеристика – это зависимость силы тока коллектора(I_к) от напряжения перехода коллектор-эмиттер (U_кэ), при неизменной силе тока базы (I_б).

К параметрам транзистора относят h-параметры, которые устанавливают связь между приращением токов и напряжений в транзисторе. Основные уравнения:

∆U₁=h₁₁∆I₁ + h₁₂∆U₂,

∆I₂=h₂₁∆I₁ + h₂₂∆U₂.

∆U_1, ∆I₁ – приращения входного и напряжения и силы тока.

∆U_2, ∆I₂ – приращения выходного напряжения и силы тока.

h₁₁ = U_эб/I_б - входное сопротивление.

h₁₂ = U_эб /U_к коэффициент обратной связи по напряжению, имеет величину порядка 10^-5.

h₂₁=  I_к/ I_б - коэффициент усиления по току.

h₂₂ =  I_к/U_к, - выходная проводимость транзистора имеет величину порядка - 10^-4  -10^-5 См.

h-Параметры характеризуют усилительные и частотные свойства транзистора.

6. Практическая часть:

6.1. Техника безопасности при выполнении работы: Перед выполнением сборки цепей убедитесь, что лабораторный стол обесточен. ЛАТР установлен в положение «0 – переменный». При выполнении работы запрещается прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям цепей, которые могут оказаться под напряжением. При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов следует немедленно выключить напряжение питания (красная кнопка на лабораторном столе) и сообщить о неисправности преподавателю. После сборки электрическую цепь показать преподавателю для проверки. Любые изменения в схеме производить после отключения питания.

6.2. Описание выполнения задания:

Ознакомиться с оборудованием, уяснить назначение всех тумблеров, переключателей, ручек управления осциллографа, записать технические характеристики приборов в таблицу.

1. Собрать электрическую схему и предъявить её для проверки преподавателю.

2. Подключить к Кл.16 и Кл. 17 вольтметр с пределом измерения 0-250В. Подключить к Кл.16 и Кл. 17 стенд 27Л-06.

3. Включить питание лабораторного стола кнопкой «пуск». Установить с помощью ЛАТР напряжение 220В. На стенде 27Л-06 установить переключатель в положение «включено».

4. Снять семейство входных характеристик:

а) установить потенциометры в положение, соответствующее нулевым показаниям приборов;

б) установить на коллекторе напряжение U_кэ=-5В; последовательно повышая напряжение на базе с интервалом 0,1В и, поддерживая напряжение коллектора неизменным, определить показания всех измерительных приборов и записать их в таблицу1;

в) установить на коллекторе напряжение U_кэ=-10В; последовательно повышая напряжение на базе с интервалом 0,1В и, поддерживая напряжение коллектора неизменным, определить показания всех измерительных приборов и записать их в таблицу1;

г) произвести аналогичные измерения при U_кэ=-15В.

Таблица1.

Uкэ=-5В	Uбэ (В)	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
	Iб (мкА)
Uкэ=-10В	Uбэ (В)
	Iб (мкА)
Uкэ=-15В	Uбэ (В)
	Iб (мкА)

5. Снять семейство выходных характеристик:

а) установить ток базы I_б1=100мкА. Поддерживая ток базы I_б1=100мкА, увеличивать напряжение коллектора от 2В с интервалом в 2В. Определить показания всех измерительных приборов и записать их в таблицу 2;

б) установить ток базы I_б2=200мкА, поддерживая ток базы I_б2=200мкА, увеличивать напряжение коллектора от 2В с интервалом в 2В. Определить показания всех измерительных приборов и записать их в таблицу 2;

в) аналогично провести измерения при силе тока I_б3=300мкА….

Таблица 2.

Iб1=100мкА	Uк (В)	2	4	6	8	10	12	14
	Iк (мА)
Iб2=200мкА	Uк (В)
	Iк (мА)
Iб3=300мкА	Uк (В)
	Iк (мА)

5. По результатам измерений построить графики входных и выходных характеристик транзистора.

Дополнительное задание: Для определения h-параметров воспользуемся семействами входных и выходных характеристик для схемы с ОЭ. Выберите точку А на линейном участке семейства входных характеристик. Постройте треугольник, проведя прямые параллельно оси абсцисс и ординат до пересечения со следующей характеристикой. По приращениям токов и напряжений определите параметры h_11э и h_12э

,

Параметры h_21э, h_22э определяются по выходным характеристикам. Обратите внимание на различие в обозначении статического коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ h_21Э и дифференциального параметра h_21э. Через точку А', режим которой соответствует точке А, проводим вертикальную прямую до пересечения с соседней характеристикой. Задавая приращения напряжения U_кэ, находим:

,

6.3. Требования к оформлению отчета:

Лабораторная работа выполняется в тетради для лабораторных работ или на листах формата А4. Схемы электрических цепей вычерчиваются в соответствии с ГОСТами.

1). Перечертить в отчет схемы электрической цепи и таблицы.

2) По результатам измерений на масштабно-координатной бумаге построить графики входных и выходных характеристик транзистора

3) Рассчитайте h₂₂-параметр транзистора (выходную проводимость транзистора).

4). Ответить на контрольные вопросы.

5) Проанализировать результаты измерений и сделать выводы.

6.4. Контрольные вопросы:

1. Дайте определение биполярного транзистора.

2. Объясните устройство биполярного транзистора и назначение его основных элементов.

3. Приведите условное обозначение биполярных транзисторов разной структуры.

4.Объясните, каким образом биполярный транзистор включается в электрическую цепь. Перечислите разновидности схем включения.

5. Перечислите параметры транзистора и приведите их формулы.

6.5. Используемая литература:

1) «Общая электротехника с основами электроники». И.А. Данилов, П.М. Иванов М. «Высшая школа» ,2000г.