Лабораторная работа № 6. Исследование устройств на полупроводниковых приборах.

Целью работы является изучение принципов функционирования полупроводниковых приборов в составе простейших устройств.

Лабораторная работа состоит из нескольких частей:

6.1. Исследование составного транзистора.

6.2. Исследование функционирования полевого транзистора в качестве аналогового ключа.

6.3. Исследование работы полевого транзистора в режиме управляемого напряжением сопротивления.

6.4. Исследование – диода.

6.5. Исследование диодного и транзисторного оптронов.

Все исследования проводятся с использованием лабораторных стендов, описания которых приведены в соответствующих разделах настоящего пособия.

6.1. Исследование составного транзистора.

Краткие теоретические сведения.

Величина коэффициента передачи тока биполярного транзистора при включении его по схеме с общей базой или коэффициента усиления по токудля схемы с общим эмиттером в основном определяются процесами рекомбинации в базовой области и встречной инжекции из базы в эмиттер. Их интенсивность зависит от характеристик материала, технологии изготовления, геометрии и поэтому лишь у отдельных типов транзисторовможет достигать величин, равных тысячам. Однако имеется возможность схемотехнически реализовать аналог биполярного транзистора со сколь угодно большим коэффициентом усиления. С этой целью два или несколько транзисторов соединяются по схеме Дарлингтона, как это показано на рис. 6.1.1, образуя так называемый составной транзистор.

Рис. 6.1.1. Структура составного транзистора и распределение токов в нем.

При таком включении базой эквивалентного транзистора является база VT1, эмиттером составного транзистора будет эмиттер VT2, а коллектором – общая точка соединения коллекторов VT1 и VT2. Из картины распределения токов в составном транзисторе следует:

, ,(6.1.1)

Учитывая, что ,,,, соотношениеможно переписать в виде:

(6.1.2)

Поделив обе части (6.1.2) на , получим, что коэффициент усиления по току составного транзистора будет равен:

. (6.1.3)

Таким образом, коэффициент рассмотренной структуры определяется произведением коэффициентов усиления транзисторов входящих в ее состав (их число может быть и больше двух).

Так как , то транзисторVT1 работает в режиме малых токов, в связи с чем его коэффициент усиления может оказаться небольшим, а это приведет к снижению коэффициента усиления и всей структуры.

Для устранения такого явления может вводиться дополнительный резистор (рис. 2.14), включаемый между базой и эмиттером VT2. Он увеличивает ток, протекающий через первый транзистор, до величины , при которойстановится значительно больше единицы.

Другие параметры составного транзистора также определенным образом связаны с соответствующими параметрами транзисторов, входящих в его структуру. В частности:

, ,(6.1.4)

Составные транзисторы могут быть построены и с использованием транзисторов разного типа проводимости.

Исследование составного транзистора проводится с использованием измерительного и лабораторного стенда к работе № 2 «Исследование биполярного транзистора».

Целью данной работы является экспериментальное определение параметров составного транзистора, включающего транзисторы VT1 и VT2 лабораторного стенда. Исследование проводится в два этапа: на первом определяются основные характеристики транзисторов VT1 и VT2, а на втором – аналогичные характеристики составного транзистора.

Снятие зависимости тока коллектора транзисторов VT1 иVT2 от тока базы.

Собрать для исследования VT1 схему, приведенную на рис. 6.1.2.

Рис. 6.1.2. Схема для исследования выходных характеристик транзисторов.

Установить напряжение В и, задавая ток базы равным значениям, приведенным в таблице, произвести измерения токов коллектора. Результаты занести в первую строку таблицы:

(мА)	0	0,001	0,002	0,01	0,03	0,08	0,1	0,3	0,5	0,8
											VT1
											VT2

Провести аналогичные измерения для транзистора VT2, свободный вывод резистора при этом не используется.

Определение зависимости тока коллектора от тока базы для составного транзистора.

Собрать схему, приведенную на рис. 6.1.3.

Рис. 6.1.3. Схема для исследования характеристик составного транзистора.

Установить напряжение источника питания равным 10В и, увеличивая ток базы от 0 с шагом 0,001мА, произвести измерения токов коллектора составного транзистора с разомкнутой цепью резистора и с резистором, подключенным к базеVT2. Результаты измерений занести в таблицу:

(мА)	0	0,001	0,002	0,01

В процессе измерений ток базы увеличивать до достижения током коллектора значений 80100мА.

Обработка результатов, полученных при выполнении пункта 6.1 лабораторной работы.

Построить на одном листе миллиметровки графики зависимостей для транзисторовVT1 и VT2. Выбрать масштаб по оси токов базы равным 0,05мА/см, а по оси токов коллектора 10мА/см.

На другом листе миллиметровки построить графики аналогичных зависимостей для составного транзистора при отключенном и присоединенном в цепь базы резисторе .

Используя формулу:

, (6.1.5)

определить по графикам значения коэффициентов усиления по току транзисторов VT1 и VT2 при токах базы, равных 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 и 0,8мА, приняв мА (мА). Провести аналогичные вычисления для обоих вариантов составного транзистора при значениях,в десять раз меньших, чем в предыдущем случае. Построить графики полученных зависимостей.

По соотношению (6.1.3) вычислить величину составного транзистора, используя экспериментально определенные значенияидля40, 60 и 80мА и. Сравнить полученные результаты с величинами, определенными из соответствующих характеристик составного транзистора при.