Лабораторная работа № 18

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: снятие выходных и входных характеристик и определение статистических параметров транзистора.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: установка для снятия характеристик транзистора, исследуемые транзисторы, источник питания.

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Как отмечалось в лабораторной работе № 18, при контакте двух полупроводников различного типа проводимости образуется Р-n переход, обладающий односторонней проводимостью. Если в одном кристалле проводника создать два Р-n перехода, то получится система, способная усиливать или генерировать электрические сигналы. Такие полупроводниковые приборы получили название транзисторов. Различают транзисторы р-п-р и п-р-п типов (рис. 1 а,б). Средняя часть транзистора называется базой Б или основанием, а крайние – эмиттером Э и коллектором К.

Условные обозначения транзисторов в электрических схемах представлены на рис. 1 в,г.

Рассмотрим работу транзистора р-п-р типа. Он представляет собой кристалл полупроводника, состоящий из двух областей р – типа, разделенных узкой областью п-типа (рис. 2).

К эмиттерному переходу подключена батарея _э и источник слабого переменного напряжения U_с . К коллекторному переходу подключается батарея _к и нагрузка R.

Таким образом, эмиттерный переход включен в прямом направлении, а коллекторный – в запорном.

Под действием электрического поля батареи _э дырки из эмиттера попадают в базу. Слой базы очень тонкий (порядка нескольких микрометров), поэтому дырки не успевают рекомбинировать в базе и проходят через коллекторный переход, попадая в коллектор. Через эмиттерный переход течет ток J_э , создаваемый преимущественно основными носителями эмиттера (дырками), а через коллектор течет ток J_к , создаваемый неосновными зарядами базы (дырками), причем J_э  J_к.

При подаче переменного сигнала U_с число дырок, пришедших из эмиттера в базу, изменится, а значит, изменится и число дырок, попавших в коллектор. Следовательно, всякое изменение тока в цепи эмиттера приводит к изменению тока в коллекторе.

Поскольку сопротивление коллекторного перехода велико (он включен в запорном направлении), изменение тока J_к значительно изменяет напряжение U_к , а значит и мощность. Таким образом, транзистор, включенный по данной схеме, усиливает переменный сигнал U_с по напряжению и мощности.

Рассмотренная схема включения транзистора является схемой с общей базой ОБ. Кроме того, существуют схемы включения транзистора с общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК.

В данной лабораторной работе снимают характеристики транзистора, включенного с общим эмиттером ОЭ (рис. 3).

Свойства транзистора в такой схеме определяются входной и выходной характеристикам и статистическими параметрами: входное и выходное сопротивление и коэффициент усиления по току.

Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном входном напряжении

при U_к = const

Этот параметр легко найти из графика входной характеристики (рис.4).

Выходная характеристика – это зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе.

J_k = f(U_k) при J₌const

Выходное сопротивление транзистора равно:

R_вых =приJ= const

Оно определяется из графика выходной характеристики (рис. 5)

Коэффициент усиления по току равен отношению изменения силы входного тока к соответствующему изменению силы тока базы.

при U ^/_к = const.

Коэффициент усиления по току определяется из графика выходных характеристик, снятых при значениях тока базы Jи J (рис.5).

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Схема установки для исследования транзистора приведена на рис. 6.

Рис.6

Напряжение от источника ₁при замыкании ключа К₁подается на базу транзистора Т. Напряжение на базе регулируется потенциометром П₁. При замыкании ключа К₂напряжение от источника₂ подается в цепь коллектора К, которое можно изменять потенциометром П₂. Сила тока в цепи базы измеряется микроамперметром, а в цепи коллектора – миллиамперметром. Напряжение, подаваемое на базу и коллектор измеряется вольтметрамиV и V_k .

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЗАДАНИЕ 1. Снятие входной характеристики транзистора приU_k=constи определение входного сопротивления транзистора.

ВНИМАНИЕ! Подавать напряжение на коллектор (между коллектором и эмиттером) можно только при наличии напряжения на базе (между базой и эмиттером).

1. Включите установку с помощью ключей К₁ и К₂.

2. Снимите входную характеристику транзистора. Для этого установите постоянное напряжение на коллекторе U_к1. Изменяя напряжение на базеUс помощью потенциометра П₁ , запишите соответствующие значения силы тока базыJ.

3. Установите напряжение на коллекторе U_к2 с помощью потенциометра П₂и вновь снимите зависимость тока базыJотU.

ПРИМЕЧАНИЕ: значения U_к1 ,U_к2 и интервалы измененияUзадаются преподавателем.

4. Данные опыта занесите в таблицу 1.

5. Постройте входные характеристики транзистора.

6. По одной из входных характеристик транзистора рассчитайте входное сопротивление транзистора:

при U_k = const.

Таблица 1

Результаты эксперимента

№№ п.п.	U, В	J1, мкА	J2, мкА
		При Uk1	При Uk2

ЗАДАНИЕ 2 Снятие выходных характеристик транзистора приU=constи определение статистического коэффициента усиления по току.

ВНИМАНИЕ! Подавать напряжение на коллектор можно только при наличии напряжения на базе.

1. Включите установку ключами К₁и К₂.

2. Снимите выходную характеристику транзистора. Для этого установите постоянное значение тока базы J. Изменяя напряжение на коллектореU_кпотенциометром П₂, запишите соответствующие значения тока в цепи коллектораJ_к..

3. Установите ток базы Jпотенциометром П₁и вновь снимите зависимость тока в цепи коллектораJ_кот напряжения на коллектореU_к.

4. Данные опыта занесите в таблицу 2.

5. Постройте выходные характеристики транзистора.

6. Рассчитайте статистический коэффициент усиления по току:

при U_k = U ^/_к = const.

7. По одной из выходных характеристик транзистора определите выходное сопротивление:

при J= const

8. Сделайте выводы.

Таблица 2

Результаты эксперимента

№№ п.п.	Uк, В	Jк, мА	Jк, мА
		При J	При J

ПРИМЕЧАНИЕ: значения J , J , U_к и интервалы изменения U_к задаются преподавателем.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Как образуется р-п – переход и каким свойством он обладает?

2. Как устроен и как работает транзистор?

3. Какие существуют схемы включения транзистора?

4. Чем обусловлен эмиттерный и коллекторный ток?

5. Как рассчитать коэффициент передачи по току, входное и выходное сопротивление при включении транзистора по схеме с общим эмиттером?

6. Что называется входной и выходной характеристиками транзистора?

7. Что называется коэффициентом усиления по току и как он определяется?