ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

Технологическая академия

ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Лабораторная работа №13 Исследование биполярных транзисторов

Пенза 2006 г.

УДК 621.3.024

Рецензенты:

Исследование биполярных транзисторов. Учебно-методическая разработка/ Бочкарёв В.С.. Вдовина Л.М., Дёмин С.Б. Шадрин М.П. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. академии, 2006.- 13 с.

В лабораторной работе исследуется кремниевый биполярный транзистор.

Методические указания составлены на кафедре «Электроника и электротехника» института промышленных технологий Пензенской государственной технологической академии и предназначены для студентов специальностей 1200, 2200, 2100, 3300, 1706, 0305.

Составители: Бочкарёв В.С.. Вдовина Л.М., Дёмин С.Б. Шадрин М.П.

Лабораторная работа 13 исследование биполярных транзисторов.

Цель работы: изучение свойств и экспериментальные исследования биполярных транзисторов.

Общие сведения

Биполярные транзисторы в отличие от полупроводниковых диодов содержат 2 электронно-дырочных перехода, имеют 3 вывода: базу (Б), эмиттер (Э) и коллектор (К), и обладают способностью усиливать электрические сигналы. Однако они для своей работы требуют определенной подготовки, заключающейся в подаче на переходы определённых постоянных напряжений. Эта подготовка называется установкой режима режима работы по постоянному току или режима покоя. Постоянное напряжение, подаваемое на эмиттерный переход (ЭП) и вызывающее его отпирание, называют напряжением смещения, причем U_СМ=U_БЭ0 при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером ОЭ. Его создают либо с помощью одиночного резистора, либо с помощью резистивного делителя напряжения.

На коллекторный переход (КП) обычно подается обратное напряжение (Е_К>0 для транзистора n-p-n-типа или Е_К<0 для транзистора p-n-p-типа), а в цепь коллектора включается постоянный резистор R_K c таким сопротивлением, которое обеспечивает протекание через транзистор постоянного тока I_К0 в режиме покоя.

Кроме того, биполярный транзистор, в отличие от диода, характеризуются семейством входных и выходных ВАХ, причем входные характеристики сходны с прямой ветвью ВАХ диода, а выходные ВАХ транзистора сходны по внешнему виду с обратной ветвью ВАХ диода, но получаемые при гораздо более значительных токах.

В зависимости от полярности и значения подаваемых на переходы постоянных напряжений БТ могут находиться в следующих режимах работы:

режим отсечки, если оба перехода заперты (эквивалентен элементу с бесконечно большим сопротивлением);

активный (усилительный) режим, если ЭП открыт, а КП заперт. В этом режиме сопротивление транзистора зависит от входного (управляющего или усиливаемого) сигнала;

режим насыщения, если оба перехода открыты. В этом режиме транзистор обладает наименьшим сопротивлением и не реагирует на входные воздействия;

инверсный активный режим, если ЭП заперт, а КП открыт. В этом режиме транзистор реагирует на входные воздействия, но в очень узком диапазоне значений сигнала.

Для работы биполярного транзистора в активном режиме источник усиливаемого сигнала переменного тока е_ВХ(t) включается последовательно с источником напряжения смещения и вызывает соответствующие изменения тока через ЭП транзистора, который, в свою очередь, управляет работой КП и обеспечивает выработку в КП выходного - коллекторного тока. Поскольку источник коллекторного напряжения намного более мощный, чем источник напряжения смещения, а также благодаря тому, что Е_К>>U_СМ, изменения потенциала выходного электрода биполярного транзистора также во много раз больше изменений потенциала входного электрода. Этим объясняется появление усилительного эффекта у биполярного транзистора.

Статический коэффициент передачи тока опреде­ляется как отношение тока коллектора I_К к току базы I_Б:

Коэффициент передачи переменного тока β_ас определяется отношением приращения ΔI_K коллекторного тока к вызывающему его приращению ΔI_Б базового тока: β_АС = ΔI_K / ΔI_Б.

Дифференциальное входное сопротивление r_ВХ транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению ΔI_Б тока базы:

Дифференциальное входное сопротивление r_вх транзистора в схеме с ОЭ через параметры транзистора определяется следующим выражением:

где r_Б=50-200 Ом - распределенное сопротивление базовой области полупроводника, r_э - дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения г_э = φ_Т/I_Э , где I_Э - постоянный ток эмиттера.

Методика эксперимента

Поскольку основной схемой включения биполярного транзистора является схема с ОЭ, то все дальнейшие исследования проводятся именно для этой схемы включения. Тип транзистора выбирается по варианту задания из таблицы

Вар	1	2	3	4	5	6	7	8
Тип транз	2N2222	2N2222A	2N2369	2N3055	2N3391	2N3707	2N3903	2N3904
ЕК, В	20	18	16	14	19	17	15	22
IКmax,мА	20	22	18	16	21	17	19	15
Вар	9	10	11	12	13	14	15	16
Тип транз	2N2218	2N3947	2N4014	2N4124	2N4401	2N4410	2N4967	2N5088
ЕК, В	18	16	14	19	17	15	22	20
IКmax,мА	20	22	18	16	21	17	19	15
Вар	17	18	19	20	21	22	23	24
Тип транз	2N5089	2N5179	2N5223	2N5550	2N5551	2N6058	2N4014	2N4124
ЕК, В	16	14	19	17	15	22	20	18
IКmax,мА	20	22	18	16	21	17	19	15
Вар	25	26	27	28	29	30	31	32
Тип транз	2N3903	2N3707	2N3391	2N3055	2N2369	2N2222	2N2218	2N4124
ЕК, В	14	19	17	15	22	20	18
IКmax,мА	20	22	18	16	21	17	19	15

Построение семейства входных и выходных ВАХ, определение статического коэффициента усиления тока.

Для снятия входной ВАХ, то есть зависимости U_БЭ(I_Б) и статического коэффициента усиления тока β собирается схема по рис..1, в которой независимым изменяемым параметром является ток I_Э (0-20 мА).

Рис.1. Схема для снятия входной ВАХ и β биполярного транзистора.

Для снятия семейства выходных ВАХ, то есть зависимостей I_К (U_КЭ) собирается схема рис.2, в которой независимым изменяемым параметром является напряжение U_КЭ (0-20 В) при I_Б=const. Значения тока базы I_Б выбираются такими, при которых ток эмиттера I_Э равен 20, 15, 10, 5 и 1 мА соответственно. Данные измерений тока коллектора I_К при различных токах базы заносятся в таблицу.

Рис.2. Схема для снятия семейства выходных ВАХ.

Входную и семейство выходных ВАХ строим на одном графике слева от оси токов – входную ВАХ, справа выходные ВАХ.