3 Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с принципом действия и устройством параметрических стабилизаторов напряжения и тока по данному руководству или по работам [1-3]. Выполнить испытания параметрического стабилизатора (схема 2) на стенде, схема которого приведена на рис. 4.

2. Снять характеристику

3. Снять внешнюю характеристику стабилизатора при, изменяя ток нагрузки в пределах, где номинальное значение тока нагрузки соответствует среднему значению нагрузочного сопротивления.

4. По результатам измерений вычислить , а также построить характеристики и.

4 Вопросы для допуска к работе

1. Изложить принцип работы параметрического стабилизатора напряжения.

2. Определить основные электрические параметры стабилизаторов напряжения.

3. Обосновать выбор величины ограничивающего резистора.

4. Назвать методы повышения коэффициента стабилизации параметрических стабилизаторов.

5. Указать достоинства и недостатки различных схем параметрических стабилизаторов.

6. Обосновать методику экспериментального определения основных параметров стабилизаторов.

7. Перечислить основные дестабилизирующие факторы и особенности компенсации их влияния.

Рисунок 4 – Схема лабораторной установки

Лабораторная работа №34 исследование биполярного транзистора

Цель работы: ознакомление с принципом действия и основными характеристиками биполярного транзистора.

1 Теоретические основы эксперимента

1.1 Принцип работы транзистора

Для уяснения принципа действия транзистора как усили­теля электрических сигналов необходимо предварительно оз­накомиться со всеми подробностями физических явлений p–n–переходе.

Рисунок 1 – Структура и условные обозначение транзисторов n–p–nиp–n–pтипов

Транзистор представляет собой совокупность двух переходов, имеющих одну общую область р илип типа, полу­чившую название «базы» транзистора. При этом возможны два варианта реализации транзисторов, структурные схемы и условные обозначения которых представлены на рисунке 1. Не умаляя общности физических рассмотрений, а преследуя цель сокращения объема изложения, рассмотрим принцип действия транзистора на примере структурып–р–п.

Приступая к рассмотрению, целесообразно обратить внимание на три момента, весьма важных для дальнейшего изложения:

1. Толщина базы транзистора чрезвычайно мала (0,5-1 мкм), а концентрация в ней ловушек электронов (т. е. дырок) невелика.

2. Рассматривая принцип действия р–п– перехода, мы оперировали понятием «открытое состояние диода». В то же время согласно рисунку 2 следует, что при потенциалах менее 0,5Вможно говорить о частном (неполном) открытии диода. Таким образом, можно варьировать величину прямого тока, в зависимости от величины разности потенциалов, подводимой кр–п– переходу.

Рисунок 2 – К объяснению принципа эффекта усиления

3. Сопротивление открытого р–п–перехода по порядку величины составляет 0,1Ом, а закрытого – 100кОм. Рассмотрим электрическую цепь, представленную на рисунке 2, а. Принимая во внимание полярность подключения источника напряженияк транзистору можно заключить, что коллекторный переход будет закрыт (), а эмиттерный переход, казалось бы, открыт (). Однако, принимая во внимание величину напряжения на «открытом» эмиттерном переходе, равное, и характер начального участка ВАХ прямого тока (рисунок 2, а), следует, что и эмиттерный переход также практически будет закрыт.

Подключим теперь к базовой и эмиттерной клеммам транзистора источник напряжения с соблюдением полярности согласно рисунку 2, б. В этом случае напряжение на эмиттерном переходе будет поддерживаться источником на уровне(а не 10-5В), и он уже действительно будет открыт, причем величина тока, протекающего через него, будет определяться напряжением источникаЕ. Очевидно, что ток, протекающий через эмиттерный переход в базу, будет обусловлен свободными электронами, содержащимися вn-полупроводнике эмиттера. Проследим за дальнейшей судьбой этих электронов, проникающих в базовую область транзистора. Они могут устремиться к базовой клемме и тем самым создать круговой токчерез источник напряжения. Однако, есть и другой путь их дальнейшего перемещения. Поскольку толщина базы чрезвычайно мала, они могут успеть продиффундировать через нее к коллекторному переходу, не будучи захваченными ловушками (дырками)р-полупроводника базы. Электроны, достигшие границы коллекторного перехода со стороны базы, попадают в весьма благоприятные условия для дальнейшего перемещения к коллекторному выводу транзистора. Действительно, учитывая полярность включения источника, следует, что только собственным электронам коллектора (n-полупроводник) «запрещено» двигаться к базовому электроду, а посторонним, оказавшимся вдруг вр-полупроводнике базового слоя, плюсовая клемма источника на коллекторе благоприятствует перемещению к коллектору. Таким образом, чем меньше толщина базы, тем больше вероятность того, что электроны, проникающие из эмиттера в базу достигнут границы коллекторного перехода и тем самым не примут участия и базовом токе –. В современных транзисторах 99% электронов, инжектированных эмиттером, достигают коллекторного перехода и участвуют и создании коллекторного токачерез источник питания.

Рисунок 3 – Статические вольт-амперные характеристики биполярного

транзистора

Если принять за 100% величину тока, протекающего через эмиттер, то можно записать: ,.

Из этого соотношения непосредственно следует, что малые изменения величины напряжения приводят к значитель­ному изменению тока, а, следовательно, и. В данном случае можно сказать и так: что весьма малый ток«управляет» большим током. В этом и состоит сущность эффекта усиления электрических сигналов транзистором.

Поскольку в транзисторе имеют место два замкнутых кру­говых тока (,), то его состояние однозначно определяет­ся двумя семействами вольтамперных характеристик (ВАХ):

1. Входная ВАХ: при;

2. Выходная ВАХ: при.

Типичный вид входной и выходной ВАХ представлен на рисунке 3.

Выходная ВАХ разделяется на две области. Первая область (малых напряжений на коллекторе) характеризуется сильной зависимостью от. Эта область (насыщения транзистора) – нерабочая. Во второй области ток IК практи­чески не зависит от напряжения коллектора и область – рабочая.