Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Полупроводниковые приборы. Лабораторный практикум
.pdf
больших напряжений на коллекторе. Отсюда можно сделать вывод, что выходное сопротивление транзистора в схеме ОЭ получается значительно меньше, чем в схеме ОБ.
По графикам статических характеристик транзистора можно
вычислить коэффициенты передачи тока, а также входное и выходное сопротивление.
Для анализа и расчета цепей с биполярными транзисторами
используют так называемые h-параметры транзистора, включенного по схеме с ОЭ. Электрическое состояние транзистора,
включенного по схеме с ОЭ, характеризуется величинами IБ,
UБЭ, IК, UКЭ.
В систему h-параметров входят следующие величины:
1. Входное сопротивление h11 = U1/I1 при U2 = const.
2. Коэффициент обратной связи по напряжению: h12 = U1/U2
при I1 = const.
3. Коэффициент усиления по току (коэффициент передачи
тока): h21 = I2/I1 при U2 = const.
4. Выходная проводимость: h22 = I2/U2 при I1 = const.
Выходное сопротивление R
= 1/h22.
вых
IV. Порядок выполнения работы
Подключите стенд к сети 220 В/50 Гц.
Установите ручки потенциометров на лицевой панели стенда в крайнее левое положение.
Включите клавишу «СЕТЬ». О готовности стенда к работе
свидетельствует свечение светодиодов на лицевой панели стенда и появление информации на ЖКД.
1. Исследование входных статических ВАХ биполярного
транзистора
1.1. Нажатием кнопки «Тип прибора» подключите к изме-
рительной схеме исследуемый биполярный транзистор.
1.2. Включите опорное напряжение Е
значение напряжения коллекторного питания Е
= + 12 В. Установите
оп
= 0. Изменяя на-
3
пряжение на базе транзистора (Е1), снимите зависимость входного
тока базы (I1) от напряжения база-эмиттер. Напряжение коллек-
41
торного питания в процессе эксперимента поддерживать постоян-
Е
1
, В
I1,
мА
Е
1
, В
I1, мА
Е
3
, В
I3, мА
ным (Е
= 0). Данные измерений занесите в таблицу 3.1.
3
Таблица 3.1
при Е
= 0
3
1.3. При Е
лекторного питания Е
= + 12 В установите значение напряжение кол-
оп
= 1 В. Изменяя напряжение на базе тран-
3
зистора (Е1), снимите зависимость входного тока базы (I1) от напряжения база-эмиттер. Напряжение коллекторного питания
в процессе эксперимента поддерживать постоянным (Е
= 1 В).
3
Данные измерений занесите в таблицу 3.2.
Таблица 3.2
при Е
= 1 В
3
2. Исследование выходных статических ВАХ биполярного
транзистора
2.1. При Е
ние на базе транзистора (Е
лектора I3 от коллекторного напряжения Е
= + 12 В установите первое значение напряже-
оп
и снимите зависимость тока кол-
1)1
изменяя последнее
3,
от максимального значения до минимального. В процессе эксперимента напряжение на базе (Е1)1 поддерживать постоянным,
а его величину выбирать таким образом, чтобы ток коллектора не
превышал 30 мА. Результаты измерений занесите в таблицу 3.3.
Таблица 3.3
при (Е
1)1
=
42
2.2. Согласно п. 2.1 снимите зависимости тока коллектора
Е
3
, В
I3, мА
Е
3
, В
I3, мА
Е
3
, В
I3, мА
Е
3
, В
I3, мА
транзистора I3 от коллекторного напряжения Е3 для следующих
четырех значений напряжения на базе транзистора Е
и занесите
1
результаты измерений в таблицы 3.4–3.7.
Таблица 3.4
при (Е
1)2
=
Таблица 3.5
при (Е1)3=
Таблица 3.6
при (Е1)4=
Таблица 3.7
при (Е1)5=
Работа считается выполненной после просмотра и утверждения полученных результатов преподавателем.
По окончании работы клавишей «СЕТЬ» отключите питание стенда.
43
V. Обработка результатов измерений
1. По данным таблиц 3.1 и 3.2 постройте семейство входных
статических характеристик транзистора I1 = f (E1) при E3 = const.
2. По данным таблиц 3.3 и 3.7 постройте семейство выходных
статических характеристик транзистора I3 = f (E3) при E1 = const.
3. Определите выходную проводимость транзистора при
двух значениях напряжения на базе, используя семейство выходных статических характеристик.
4. Приведите основные параметры исследуемого транзисто-
ра КТ315.
5. Сделайте выводы по работе.
VI. Контрольные вопросы
1. Объясните принцип действия биполярных транзисторов.
2. Приведите систему обозначений биполярных транзисторов.
3. Приведите сравнительный анализ схем включения тран-
зистора.
4. В каких режимах может работать биполярный транзистор?
5. Нарисуйте и объясните выходную характеристику бипо-
лярного транзистора.
6. Нарисуйте и объясните переходную характеристику
транзистора.
7. Что такое система обобщенных h-параметров для бипо-
лярных транзисторов?
8. Как определить обобщенные h-параметры по статиче-
ским характеристикам транзистора в схеме с общим эмиттером?
9. Приведите основные параметры биполярных транзисторов.
44
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ТИРИСТОРА
I. Цель работы
1. Изучить устройство, принцип действия, систему обозна-
чений, параметры и характеристики тиристоров.
2. Экспериментально исследовать вольтамперную характе-
ристику тиристора и рассчитать по полученным данным его основные параметры.
II. Подготовка к работе
1. Прочитать по теме материал, изложенный на лекциях
и в рекомендованной для самостоятельной работы литературе.
2. По настоящему руководству изучить описание лабора-
торной работы.
3. Оформить заготовку отчета по лабораторной работе. Изо-
бразить схему цепи для проведения исследований, заготовить
таблицы.
4. Ответить на контрольные вопросы.
III. Теоретический материал для подготовки
и выполнения лабораторной работы
Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три и более p-n переходов, который может переключаться из закрытого состояния в открытое
и наоборот.
Основой тиристора является четырехслойная полупроводниковая структура типа р-n-р-n, показанная рисунке 4.1.
45
Рис. 4.1. Полупроводниковая структура тиристора
Четыре слоя полупроводника образуют три p-n перехода
П1, П2, и П3.
Кроме них есть еще два омических перехода, один из которых между слоем p1и металлическим электродом, называемым
анодом, а второй – между слоем n
и металлическим электродом,
2
называемым катодом.
Рассмотрим процессы в динисторе при подаче на него прямого напряжения, то есть положительный потенциал на аноде,
а отрицательный – на катоде (см. рис. 4.1). В этом случае переходы П1 и П3 смещены в прямом направлении, поэтому их называют эмиттерными, а переход П2 смещен в обратном направлении и называется коллекторным. Таким образом, у динистора
две эмиттерные области (p1-и n2-эмиттеры) и две базовые области(n1-и p2-базы). Эмиттеррные области значительно сильнее легированы примесями, чем базовые. Большая часть внешнего напряжения падает на закрытом коллекторном переходе П2.
При малых значениях напряжения на входе через закрытый
переход П2 и через динистор может протекать лишь малый обратный ток. При повышении анодного напряжения начинают
действовать два взаимно противоположных процесса. С одной
стороны, увеличивается обратное напряжение на переходе П2,
и за счет этого расширяется область пространственного заряда
(ОПЗ), образованная положительными ионами примеси в n1-базе
и отрицательными – в p2-базе. Электроны в n1-базе стягиваются
к переходу П1, а дырки в p2-базе – к переходу П3. Это приводит
к увеличению поля перехода Е
и сопротивления коллекторно-
пер
го перехода П2. С другой стороны, увеличение внешнего напряжения приводит к усилению инжекции дырок из p1-эмиттера
46
в n1-базу, где они втягиваются полем Е
в ОПЗ, проходят пере-
пер
ход П2 и попадают в p2-базу, частично рекомбинируя в n1-базе
(рис. 4.2). В слое p2 дырки удерживаются полем потенциального
барьера, созданного отрицательными ионами ОПЗ и основными
носителями этой области – дырками. Поэтому они накапливаются в этой области, создавая избыточную концентрацию основных носителей в p2-базе. Аналогичный процесс происходит
и с электронами, которые инжектируются n2-эмиттером в p2-базу и затем накапливаются в n1-базе.
Рис. 4.2. Иллюстрация процессов в динисторе
при подаче прямого напряжения
Избыточные заряды в базовых областях частично компенсируют пространственные заряды ионов, ослабляя тем самым
поле Е
ных зарядов Е
. На рисунке 4.2 это отмечено наличием поля избыточ-
пер
. За счет этого потенциальный барьер перехода
изб
П2 понижается и уменьшается его сопротивление. Кроме того,
накопление избыточных зарядов в базовых областях стимулирует усиление инжекции носителей из эмиттеров p1 и n2. Таким
образом, в тиристоре существует положительная обратная связь
(ПОС), благодаря которой усиление тока через переход П1, например, вызывает усиление тока через переход П3, и наоборот.
47
На вольтамперной характеристике (ВАХ) динистора (рис. 4.3)
этим процессам соответствует участок ОА. Точка А соответствует некоторому напряжению включения U
, при котором два
вкл
рассмотренных процесса уравновешивают друг друга, величина
потенциального барьера и сопротивление перехода П2 практически становятся равными нулю. Любое, сколь угодно малое
увеличение напряжения выше U
приведет к заметному росту
вкл
тока одного из эмиттерных переходов, за счет ПОС возрастет
ток второго перехода. Процесс развивается лавинообразно и динистор практически мгновенно входит в режим насыщения, когда ток через него ограничивается лишь сопротивлением нагрузки.
Рис. 4.3. Вольтамперная характеристика динистора
Сопротивление самого тиристора при этом складывается из
сопротивления трех открытых p-n переходов и четырех объемных сопротивлений полупроводника. Каждое из этих сопротивлений мало, поэтому падение напряжения на них не превышает
долей вольта, а полное падение напряжения на открытом тиристоре не более нескольких вольт.
48
Переходу из закрытого в открытое состояние тиристора соответствует участок АВ ВАХ, участок ВС соответствует работе
тиристора в открытом состоянии.
На участке ОА преобладает первый из рассмотренных выше
процессов, и сопротивление тиристора растет, но рост этот замедляется по мере приближения к точке А. После точки А второй механизм создает поле Е
изб
Е
, и переход П2 становится
пер
открытым, его сопротивление резко уменьшается.
В открытом состоянии (участок ВС) прямое смещение перехода П2 поддерживается избыточным зарядом в базах за счет
проходящего тока. Если ток постепенно уменьшать, то при достижении некоторого значения, меньшего удерживающего тока
Iуд, в результате рекомбинации количество избыточных зарядов
станет недостаточным для компенсации поля ионов в ОПЗ, коллекторный переход смещается в обратном направлении и ток
резко уменьшается до значения, соответствующего точке D, тиристор перейдет в закрытое состояние. Удерживающий ток
Iуд – это минимальный ток, необходимый для поддержания ти-
ристора в открытом состоянии.
Триодный тиристор (тринистор) – это тиристор, имеющий два
основных и один управляющий выводы. Для переключения тринистора из закрытого в открытое состояние тоже необходимо накопление избыточных носителей заряда в базовых областях. В динисторе при повышении анодного напряжения до U
это накопление
вкл
неравновесных носителей заряда происходит либо из-за увеличения уровня инжекции через эмиттерные переходы, либо из-за
ударной ионизации в ОПЗ коллекторного перехода.
В тринисторе, имеющем дополнительный управляющий
электрод (УЭ) от одной из базовых областей, можно повысить
уровень инжекции через прилегающий к ней эмиттерный переход путем подачи на него дополнительного прямого напряжения. Таким образом, можно добиться переключения тринистора
в открытое состояние даже при небольшом анодном напряжении, меньшем U
вкл
.
Часто бывает удобным представление тиристора в виде эквивалентной модели, составленной из двух транзисторов. Если
49
на рисунке 4.4,а провести мысленно разрез по штриховой линии, то получится схема, представленная на рисунке 4.4,б.
Она состоит из двух транзисторов: VT1 p-n-p типа и VT2
n-p-n типа. Эмиттерные переходы тиристора являются эмиттерными переходами транзисторов, а коллекторный переход тиристора является общим коллекторным переходом обоих транзисторов. Слой n1 – это база VT1 и коллектор VT2, а слой p2 – база
VT2 и коллектор VT1. Поскольку разрез только мысленный, то
в тиристоре базы каждого транзистора напрямую соединены
с коллекторами другого транзистора, то есть коллекторный ток
первого транзистора является базовым током второго, и наоборот.
Рис. 4.4. Эквивалентная модель тиристора,
составленная из двух транзисторов
Из схемы см. рис. 4.4,б следует, что управляющий ток
Iу – это базовый ток IБ2 транзистора VT2. Он вызывает инжек-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]