Лабораторная работа 11. Снятие характеристик и определение параметров транзисторов

Цель работы: изучить принцип действия транзистора, построить характеристики и определить по ним основные параметры транзистора.

Приборы и принадлежности: транзистор, милливольтметр, микроамперметр, миллиамперметр, резисторы с регулируемым сопротивлением (потенциометры), выпрямители.

Изучите теоретический материал по одному из учебных пособий: [1, гл. ХI § 64; 2, гл. ХХII § 22.3; 3, гл. VI § 28].

При изучении указанных пособий следует уяснить, что транзистор– это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Он представляет собой монокристалл (германия или кремния) с двумя р–n-переходами. Слово «транзистор» происходит от английских слов «трансфер» (переносчик, преобразователь) и «резистор» (сопротивление), что связано с принципом его работы: под действием слабого сигнала источника во входной цепи транзистор меняет сопротивление и тем самым управляет током батареи в выходной цепи.

Необходимо четко уяснить, что тип проводимости средней области транзистора, называемой базой, всегда противоположен по знаку типу проводимости его крайних областей, одна из которых называется эмиттером, а другая – коллектором. Вследствие этого могут быть транзисторы типа р–n–р (рис. 11.1, а) и n–p–n (рис. 11.1, б). Запомните разницу в обозначениях транзисторов этих типов.

Обратите внимание, что на границах базы с эмиттером и коллектором возникает контактное поле, напряженность которого Е_к направлена от электронного к дырочному полупроводнику.

Для понимания принципа работы транзистора рассмотрите схему включения его к внешним источникам напряжения (рис. 11.2). Помните, что на эмиттерный переход (эмиттер-база) подается прямое напряжение (переход включен в пропускном направлении). На коллекторный переход (коллектор-база) всегда подается обратное напряжение (переход включен в запирающем направлении). Убедитесь, что такое подключение напряжений приведет к перемещению дырок из эмиттерной области в область базы и электронов с базы на эмиттер.

а) б)

Рис. 11.1.

Для работы транзистора необходимо, чтобы дырки, перешедшие из эмиттерной области в область базы, в большинстве своем смогли попасть на коллектор. Это достигается при изготовлении транзистора следующим образом. Во-первых, концентрацию основных носителей тока в базовой области делают намного меньшей, чем в эмиттерной. Поэтому лишь небольшая часть дырок успевает рекомбинировать с основными носителями тока базы (электронами) и образовать ток базы I_б.

Во-вторых, толщину базы делают значительно меньше длины диффузии дырок. Благодаря этому основная часть дырок беспрепятственно пересекает область базы и достигает правого перехода (база-коллектор). Здесь они втягиваются электрическим полем коллекторного источника в область коллектора и создают ток I_к коллектора. Через переход коллектор-база, кроме того, течет обратный ток I_ко, но ввиду его малости по сравнению с током дырок им можно пренебречь.

Ток эмиттера слагается из токов коллектора и базы:

I_э = I_к + I_б.

Для уяснения усилительных свойств транзистора обратите внимание, что изменение тока эмиттера I_э вызывает изменение токов коллектора I_к и базы I_б.

I_э = I_к + I_б.

Необходимо четко представлять, что изменение тока I_э можно вызвать, включая в цепь эмиттер-база переменный электрический сигнал U_вх (см. рис. 11.2). В свою очередь это вызовет такое же изменение тока коллектора.

I_к  I_э, так как I_б  0.

Рис. 11.2.

Проходя через нагрузочный резистор R_н, сопротивление которого выбирается достаточно большим, коллекторный ток вызовет значительное изменение напряжения на нем. В результате U_вых = I_к R_н значительно превысит величину входного сигнала U_вх, т.е. произойдет усиление по напряжению.