0cd667c1_metoda-po-ebe-laby / metoda ebe

9.По полученным в пунктах 6 и 7 значениям построить прямую ветвь статической вольт-амперной характеристики диода (по оси ординат(Y)

–ток I3; по оси абсцисс(X) – напряжение Е3).

2.Исследование вольт-амперных характеристик стабилитрона

1.Нажатием кнопки «Тип прибора» подключить к измерительной схеме исследуемый стабилитрон (2);

2.Установить Еоп= -12 В;

3.Изменяя значение напряжения Е3 от - 0.5 до - 0.75 В с шагом 0,05 В снять зависимость обратного тока стабилитрона I3 от напряжения E3.

4.По полученным значениям построить обратную ветвь статической вольт-амперной характеристики стабилитрона (по оси ординат(Y) – ток I3 ; по оси абсцисс(Х) – напряжение Е3).

5.Установить Еоп= +12 В;

6.Изменяя значение напряжения Е3 от 5,5 до 6В шагом 0,05 В (погрешность не должна превышать +0,01В), снять зависимость от него прямого тока стабилитрона I3;

7.По полученным значениям построить прямую ветвь статической вольт-амперной характеристики стабилитрона (по оси ординат(Y) – ток I3; по оси абсцисс (X)– напряжение Е3).

Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать:краткие теоретические сведения;описание экспериментальной установки;

таблицы с результатами экспериментов;графики;выводы по работе.

- 12 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы:

1.Изучение статических вольт-амперных характеристик полупроводникового биполярного транзистора;

2.Приобретение навыков экспериментального измерения статических вольт-амперных характеристик маломощных полупроводниковых приборов.

Краткие теоретические сведения

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Основная схема структуры биполярного транзистора представлена на рис. 1.

Рис. 1. Простейшая схема устройства транзистора

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора — большая площадь p-n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Условное обозначение биполярного транзистора приведено на рис. 2.

- 13 -

Рис. 2. Условное обозначение биполярного транзистора

Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n- и p-n-p-транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевых, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова «би» — «два»).

Биполярные транзисторы используются для усиления и коммутации сигналов и обычно работают в активном режиме, т.е. когда переход базаэмиттер открыт, а база-коллектор закрыт. При этом ток коллектора будет протекать через оба перехода, а ток базы только через переход база-эмиттер. Таким образом, ток эмиттера будет равен сумме токов базы и коллектора

(Iэ=Iб + Iк).

Для понимания принципа работы, рассмотрим n-p-n-транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая p-n-p- транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку.

В n-p-n-транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они — неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).

- 14 -

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ)

называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α=0.9–0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен

β = α / (1−α) =(10÷1000).

Также коэффициент β может быть выражен как отношение приращения тока коллектора к приращению тока базы:

I КI Б

Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.

Схемы включения биполярного транзистора

Существует несколько схем включения биполярного транзистора:Схема включения с общей базой;Схема включения с общим эмиттером;

Схема включения с общим коллектором;

Любая схема включения транзистора характеризуется такими основными показателями:

Коэффициент усиления по току Iвых\ Iвх;Входное сопротивление Rвх=ΔUвх\ Iвх;

Выходное сопротивление Rвых.

Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора

Для каждой из схем включения транзистора различают три группы вольт-амперных характеристик:

- входные – зависимости входного тока от входного напряжения при фиксированном выходном напряжении;

-выходные – зависимости выходного тока от выходного напряжения при фиксированном входном напряжении;

- 15 -

-проходные – зависимости выходного тока от входного напряжения при фиксированном выходном напряжении.

Таким образом, могут быть получены семейства соответствующих вольт-амперных характеристик транзистора. В качестве примера на рис. 3 представлены типовые семейства соответственно входных и выходных вольт-амперных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, на которых выделены характерные области режимов:

Активная область режимов I отличается тем, что на коллекторном переходе транзистора имеется запирающее напряжение, меньшее напряжения пробоя, а эмиттерный переход открыт.

Область отсечки II, расположенная вдоль оси напряжений на выходных характеристиках, характеризуется тем, что эмиттерный переход закрыт, а ток коллектора определяется обратным током коллекторного перехода.

Область насыщения III располагается вдоль оси токов на выходных характеристиках и отличается тем, что коллекторный переход смещен в прямом направлении. При этом происходит дополнительная инжекция неосновных носителей в базу и резкое падение усилительных свойств транзистора.

Область пробоя IV на выходных характеристиках соответствует высоким напряжениям на коллекторе и отличается резким возрастанием коллекторного тока с ростом напряжения.

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора

- 16 -

На входных характеристиках имеется область отсечки по входу V и

область пробоя эмиттерного перехода VI.

Режимы работы биполярного транзистора

1)Нормальный активный режим (переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт)).

2)Инверсный активный режим (эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое).

3)Режим насыщения (оба p-n-перехода смещены в прямом направлении (оба открыты)).

4)Режим отсечки (в данном режиме оба p-n-перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты)).

Основные параметры биполярных транзисторов

Коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером β;

Обратный ток коллектора Iкбо;

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером fгр;

Коэффициент шума биполярного транзистора Кш; Максимально допустимое напряжение коллектор-база Uкбmax; Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер Uкэmax; Максимально допустимый постоянный ток коллектора Iкmax;

Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора Pкmax.

Порядок выполнения работы

1. Исследование зависимости входного тока от входного напряжения биполярного транзистора при фиксированном выходном напряжении

1. Нажатием кнопки «Тип прибора» подключить к измерительной схеме исследуемый биполярный транзистор (4);

- 17 -

2.Установить Еоп=+12 В;

3.Измерить зависимость входного тока базы I1 от напряжения базаэмиттер Е1 измерить при двух значениях напряжения коллекторного питания Е3=0 В, Е3=1 В для этого:

3.1.Установить значение напряжения Е3=0В;

3.2.Переключить кнопкой, расположенной у дисплея мультиметра ► в режим, отображающий значения входного тока базы I1 и напряжения базаэмиттер Е1;

3.3.Изменяя значения тока I1 в интервале от 0,1 ÷0,5 мА с шагом 0,1 мА, записать значения напряжения Е1

3.4. По полученным значениям построить семейство входных статических характеристик (по оси ординат (Y)– ток I1 ; по оси абсцисс(X) – напряжение Е1).

4.Переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3

5.Установить значение напряжения Е3=1 В с точностью ±0,05 В;

6.Повторить пункты 3.2 -3.4 настоящего руководства.

3.Исследование зависимости тока коллектора транзистора от коллекторного напряжения

Провести измерения при трех значениях напряжения на базе Е1 выбираемых из самостоятельно из диапазона 0,6÷0.67 В, для этого:

1.Установить выбранное значение напряжения Е1

2.Переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3;

3.Прокручивая ручку потенциометра Е3, добиться появления на экране «точки максимума» (таких значений напряжения и тока, которые будут удовлетворять условиям:

Р=I3·E3<20 мВт

где P - мощность, рассеиваемая на коллекторе.

4. Изменяя значение напряжения по убыванию с шагом 0,5 В, снять зависимость тока коллектора I3 от напряжения коллектора Е3 (при этом необходимо постоянно контролировать уровень напряжения на базе Е1 переключением кнопок у дисплея мультиметра ◄ ►).

- 18 -

5. По полученным данным построить семейство выходных характеристик биполярного транзистора (по оси ординат (Y)– ток I3; по оси абсцисс (X) – напряжение Е3).

Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать:краткие теоретические сведения;описание экспериментальной установки;

таблицы с результатами экспериментов;графики;выводы по работе.

- 19 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы:

1.Изучение статических вольт-амперных характеристик полупроводникового полевого транзистора;

2.Приобретение навыков экспериментального измерения статических вольт-амперных характеристик маломощных полупроводниковых приборов.

Краткие теоретические сведения

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором ток, протекающий через канал, управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором и истоком, и предназначенный для усиления мощности электрических колебаний.

Принцип действия полевых транзисторов основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля. Вследствие этого транзисторы называют полевыми.

По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р-n-перехода и с изолированным затвором (МДПили МОПтранзисторы). Транзисторы с изолированным затвором бывают двух типов: со встроенным каналом и с индуцированным каналом.

В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на: полевые транзисторы с каналом р-типа и n-типа. Канал р-типа обладает

дырочной проводимостью, а n-типа – электронной.

Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом — это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении.

- 20 -