Лабник тверд эл

1.Титульный лист с названием работы, ф.и.о. студента и номер группы;

2.Расчет предварительного задания;

3.Схема измерения;

4.Таблицы экспериментальных данных и графики ВАХ диодов.

5.Результаты анализа результатов.

Контрольные вопросы

1.Какие заряды образуют ОПЗ?

2.От каких параметров полупроводникового диода зависит величина контактной разности потенциалов?

3.Что происходит с величиной потенциального барьера при подаче на р-n-переход прямого и обратного напряжений?

4.Нарисуйте и объясните зависимости распределения концентрации носителей от координаты при прямом и обратном смещении.

5.Нарисуйте и объясните ВАХ диодов.

11

Рис. 2.2. Температурная зависимость концентрации свободных носителей заряда

Концентрацию свободных носителей заряда в области 1, называемой

областью слабой ионизации примеси, можно оценить по формуле

(2.4), если полупроводник легирован донорной примесью (n-тип проводимости), или по формуле (2.5), если полупроводник легирован акцепторной примесью (p-тип проводимости).

эффективная плотность квантовых состояний (количество разрешенных уровней в единице объема материала) в зоне

Значение подвижности рассчитывается по формуле (1.2), а затем по формулам (1.8) и (1.9) рассчитаются необходимые величины.

При домашней подготовке необходимо ознакомиться с температурными зависимостями в диодах.

Предварительное расчетное задание

1.Провести расчет υk, Is и rб диодов на основе германия и кремния при 250, 300 и 350 К.

2.Рассчитать и построить ВАХ диодов при 250, 300 и 350 К с учетом сопротивления базы.

Данные к расчету

Взять из задания к типовому расчету согласно номеру в журнале.

13

Рабочее задание

1.Получить у преподавателя диод, отметить в протоколе материал, из которого сделан диод.

2.Измерить прямую и обратную ветви ВАХ диодов при температурах, указанных преподавателем, результаты занести в таблицы.

3.Построить графики ВАХ диодов в линейных масштабах по осям.

4.По усмотрению преподавателя, получить второй диод и повторить п. 1-3.

Анализ результатов измерений

1.Графически оценить значение υk.

2.Сравнить экспериментально полученные ВАХ диодов с теоритическими, объяснить разницу.

Указания к отчету

Отчет должен содержать:

1.Титульный лист с названием работы, ф.и.о. студента и номер группы;

2.Расчет предварительного задания;

3.Схема измерения;

4.Таблицы экспериментальных данных и графики ВАХ диодов.

5.Результаты анализа результатов измерений.

Контрольные вопросы

1.Объясните зависимость от температуры концентрации носителей

иположения уровня Ферми.

2.Объясните зависимость подвижности от температуры и концентрации ионов примеси.

3.Объясните электропроводность полупроводников и ее

4.Какие параметры диода изменяются при повышении температуры?

5.Нарисовать схему и объяснить способ снятия ВАХ диодов с помощью амперметра и вольтметра.

6.Дать определение дифференциального сопротивления диода и объяснить графически способ его определения.

14

Лабораторная работа № 3. Исследование статических характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с

общей базой

Цель работы: изучение принципа работы и приобретение навыков экспериментального исследования ВАХ биполярных полупроводниковых транзисторов.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами и тремя или более выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Биполярный транзистор – активный прибор, так как он позволяет осуществлять усиление мощности.

Рис. 3.1. Биполярный p-n-p-транзистор в активном режиме

Рис. 3.2. Условное обозначение биполярного транзистора

Биполярный транзистор состоит из трех областей чередующегося типа электропроводности (рис. 3.1), которые образуют два p-n- перехода, расположенных в непосредственной близости один от другого. В зависимости от порядка расположения областей различают

15

p-n-p и n-p-n-транзисторы. Условное обозначение транзистора показано на рисунке 3.2. В активном режиме работы транзистора (режиме усиления мощности) на эмиттерный переход подается прямое смещение, а на коллекторный переход – обратное.

В p-n-p-транзисторе эмиттерный p-n-переход при прямом смещении инжектирует дырки из эмиттера в базовую область транзистора. Как правило, концентрация легирующей примеси в эмиттере значительно больше, чем в базе, в этом случае ток дырок Iэp, инжектируемых в базу, практически равен полному току эмиттера Iэ. Эффективность эмиттера характеризуется коэффициентом инжекции I pЭ IЭ , который должен

быть близок к единице.

Часть дырок, инжектированных эмиттером, будет рекомбинировать в базе с электронами. Если толщина базы w много меньше диффузионной длины дырок в базе Lp, то большинство дырок дойдет до коллектора. Коллекторный переход смещен в обратном направлении, поэтому все дырки, дошедшие до ОПЗ коллектора, будут захвачены электрическим полем перехода и переброшены в квазинейтральную область коллектора – произойдет экстракция дырок коллектором. Эффективность перемещения неосновных носителей через базу характеризуется коэффициентом переноса æ I pК I pЭ , где I pК – ток

дырок, достигающих границы ОПЗ коллекторного перехода. Значение æ в транзисторе с малым отношением w/Lp близко к единице.

При токе эмиттера I Э 0 через коллекторный переход протекает

напряжение, приложенное к коллектору. Учитывая, что управляемая эмиттером составляющая тока коллектора равна γ æ Iэ, полный ток коллектора:

нормальном включении, т.е., когда эмиттер инжектирует электроны, а коллектор – собирает. (Возможен и инверсный режим, когда коллектор инжектирует электроны, а эмиттер – собирает.)

Транзистор может быть включен по схеме с общей базой ОБ (базовый вывод, он является общим для входной и выходной цепей), с

общим эмиттером и общим коллектором. Схемы включения транзистора показаны на рисунке 3.3.

16

выходных ВАХ (рис. 3.4,а) транзистора с общей базой. Семейство входных ВАХ (рис. 3.4,б) транзистора с ОБ представляет собой зависимость IЭ UЭБ , параметром семейства является U КБ .

Рис. 3.4. Выходные и входные ВАХ p-n-p-транзистора с ОБ

В зависимости от соотношения полярности напряжений на p-n- переходах различают активный (усилительный) режим, при котором эмиттер смещен прямо, а коллектор – обратно; режим насыщения, при котором коллекторный и эмиттерный переходы смещены в прямом направлении и инжектируют неосновные носители в базу; режим отсечки, при котором оба p-n-перехода обратно смещены, ток коллектора очень мал и равен IK 0 .

Физические процессы в биполярном транзисторе можно описать системой уравнений:

17

рис 3.5 равен нулю). Тогда IЭ IЭ0 exp UЭБ Т 1 это ток прямо смещенного эмиттерного перехода (I1 на рис 3.5), а ток коллектора равен IК N IЭ0 exp UЭБ Т 1 (ток источника αN ∙I1).

При повышенном обратном напряжении на ОПЗ коллектора электроны могут вызвать ударную ионизацию носителей заряда, произойдет лавинное умножение носителей, все токи, пересекающие переход, увеличатся в M раз (M – коэффициент лавинного умножения). Лавинное умножение может приводить к нестабильной работе транзистора, поэтому при усилении электрических сигналов такой режим не используют. Задают такое U К , что M ≈ 1.

транзистора с ОБ может быть заметно больше единицы. Выходное дифференциальное сопротивление транзистора в пологой области велико, входное дифференциальное сопротивление транзистора, определяемое по входной ВАХ прямосмещенного эмиттерного перехода, значительно меньше выходного.

При домашней подготовке необходимо ознакомиться с принципом работы биполярного транзистора.

Предварительное расчетное задание

1.Провести расчет основных параметров транзистора: N , I , Iэ0,

Iк0.

2. Рассчитать входную ВАХ при обратном смещении на коллекторном переходе и выходные ВАХ при IЭ = 0; 2 мА; 10 мА.

Данные к расчету

Тип транзистора p-n-p, материал – кремний для нечетных вариантов и германий для четных вариантов.

19

Рабочее задание

1.Запишите в рабочий журнал тип транзистора и материал, из которого он сделан.

2.Измерьте и постройте входные вольт-амперные характеристики транзистора при U КБ =0; U КБ <0; U КБ >0.

3.Измерьте и постройте выходные вольт-амперные характеристики транзистора при IЭ =0; при нескольких (не менее трех-пяти) значениях

тока эмиттера.

4. Для инверсного включения выполните измерения и постройте входные и выходные характеристики.

Анализ результатов измерений

зависимость коэффициента инверсной передачи тока I от тока коллектора при фиксированном значении UЭБ (|UЭБ | > 3 В).

Указания к отчету

Отчет должен содержать:

1.Титульный лист с названием работы, ф.и.о. студента и номер группы;

2.Расчет предварительного задания;

3.Схема измерения;

4.Таблицы экспериментальных данных и графики ВАХ.

5.Результаты анализа результатов измерений.

Контрольные вопросы

1. Какими носителями образован ток эмиттера транзистора типа p - n -

p?

2. Какими носителями образован ток базы транзистора типа p - n - p?

20