Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

m12

.pdf
Скачиваний:
40
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
1.74 Mб
Скачать

с ростом температуры. Коэффициент передачи тока зависит также от величины тока эмиттера. Увеличение коэффициента передачи тока и достижения им максимального значения с возрастанием эмиттерного тока объясняется относительным уменьшением числа актов рекомбинации дырок в базе с ростом количества входящих в нее дырок, т. е. повышением коэффициента переноса при увеличении тока эмиттера. После достижения максимума последующее уменьшение коэффициента передачи тока связано с уменьшением коэффициента инжекции с ростом тока эмиттера. Область III на ВАХ соответствует электрическому пробою коллекторного перехода, который может перейти в тепловой пробой и в конечном итоге привести к выходу транзистора из строя.

а) б)

Рис. 2.7

Входные характеристики транзистора (рис. 2.7, а) в схеме ОБ представляют собой зависимость тока эмиттера от напряжения на эмиттере относительно базы при фиксированном напряжении U кб и по виду

близки к прямой ветви ВАХ диода.

Входная характеристика, снятая при большем обратном напряжении на коллекторном переходе U кб , располагается левее и выше. Это

обусловливается эффектом модуляции базы, приводящим к повышению градиента концентрации дырок в базе и увеличению тока эмиттера. Для пояснения этого на рис. 2.7, б показано распределение дырок в базе при двух значениях напряжения U кб и фиксированной величине напряже-

ния Uэб. При напряжении U кб1 распределение концентрации дырок в базе соответствует линии 1. В случае увеличения обратного напряжения (U кб 2 ) область объемного заряда расширяется, а база за счет этого су-

жается. Распределение концентрации дырок в этом случае соответствует линии 2. Градиент концентрации дырок в базе растет при переходе от линии 1 к линии 2 и поэтому возрастает ток эмиттера, что и объясняет

91

смещение входных характеристик вверх с увеличением обратного на-

пряжения U кб .

Схема с общим эмиттером Выходные характеристики транзистора (рис. 2.8, а) в схеме с ОЭ

(рис. 2.8, б) определяют зависимость коллекторного тока Iк от напряжения на коллекторе относительно эмиттера (Uкэ) при фиксированном токе базы Iб. Как и для схемы ОБ, здесь можно выделить три характер-

ные области: I – начальная область (соответствует режиму насыщения транзистора), II – относительно слабая зависимость тока коллектора от

напряжения Uкэ (область активного режима работы транзистора), III –

пробой коллекторного перехода. Выходные характеристики в схеме с ОЭ отличаются от соответствующих характеристик в схеме с ОБ. В частности, они начинаются из начала координат и участок- I располагается в первом квадранте. При Uкэ 0 напряжение на коллекторном пере-

ходе равно Uбэ (т. к. Uкб Uкэ Uбэ), соответственно коллекторный

переход включается в прямом направлении и инжектирует дырки в базу.

Потоки дырок от коллектора в базу и от эмиттера в коллектор взаимно уравновешиваются и ток коллектора равен нулю. По мере повы-

шения напряжения Uкэ в области I прямое напряжение на коллектор-

ном переходе снижается, его инжекция уменьшается и ток Iк возраста-

ет. На границе с областью II прямое напряжение снимается с коллекторного перехода и дальше, в области II на переходе будет действовать обратное напряжение. Для получения выходных характеристик в аналитической форме в области II, выразим в (2.14) ток эмиттера и ток базы в

соответствии с формулой (2.11). После замены Uкб на Uкэ получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

Uкэ

1

 

 

 

 

 

 

Iк

 

 

Iб

 

 

 

 

 

 

Iко

 

 

 

 

 

1

r

(1 )

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к(б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iб

 

 

Uкэ

 

(1 ) Iко

,

(2.15)

 

 

 

 

r

(1 )

 

 

 

 

 

 

 

 

к(б)

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Iк

 

 

– коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

 

Iб

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

92

Транзистор в схеме с ОЭ дает усиление по току (так как Iк Iб ),

и это является важнейшим преимуществом включения транзистора по сравнению с ОБ. Выражение (2.15) можно записать в виде:

Iк Iб

U

кэ

Iко( э) ,

(2.16)

r

 

 

к( э)

 

 

где rк( э) rк( б ) /(1 ), Iко( э) (1 )Iко.

Так же как и в схеме с ОБ, коллекторные характеристики имеют некоторый наклон к оси абсцисс в области II ,вызванный эффектом модуляции базы. Однако этот наклон в схеме с ОЭ больше, чем в схеме с

ОБ, так как малые изменения коэффициента под действием изменения напряжения на коллекторном переходе дают значительные измене-

ния коэффициента . Указанное явление учитывается вторым слагае-

мым в правой части уравнения (2.16).

Через вывод базы протекают во встречном направлении две составляющие тока. Это обратный ток коллекторного перехода – Iко и часть тока эмиттера – (1 )Iэ. При токе базы равным нулю эти составляющие тока равны. Т. е. (1 )Iэ Iко и тогда, согласно выра-

жению (2.13), ток эмиттера Iэ Iко /(1 ). В результате

с учетом

(2.12) получим:

 

Iк Iко /(1 ) Iко (1 )Iко.

(2.17)

Этот ток называют начальным или сквозным током Iко( э) . Таким

образом, ток коллектора при входном токе, равным нулю, в схеме с ОЭ в (1 ) раз больше, чем в схеме ОБ. Если же эмиттерный переход перевести в непроводящее состояние, (т. е. подать обратное напряжение на переход), то ток коллектора снизится до значения Iко (рис. 2.8, а).

Тогда ток коллектора будет определяться обратным током перехода, протекающим по цепи база–коллектор. Область характеристик, лежа-

щая ниже характеристики, соответствующей Iб Iко , называют об-

ластью отсечки.

Выходные характеристики в схеме с ОЭ, так же как и в схеме с ОБ, подвержены температурному влиянию. Однако температурные воздействия здесь проявляются сильнее, чем в схеме с ОБ. Это обусловлено

наличием множителя (1 ) перед Iко в формуле (2.15) и более силь-

93

ными температурными изменениями коэффициента передачи тока базыпри относительно малых температурных изменениях коэффициента

передачи тока эмиттера ( ). Необходимо отметить также, что в схеме с ОЭ пробой коллекторного перехода наступает при напряжении в 1,5–2 раза меньшем, чем в схеме с ОБ.

а)

б)

 

Рис. 2.8

Входные характеристики транзистора с ОЭ отражают зависимость тока базы от напряжения база–эмиттер при фиксированном напряжении коллектор–эмиттер (рис. 2.8, б).

При напряжении Uкэ 0 входная характеристика соответствует

прямой ветви вольтамперной характеристики двух p–n-переходов, включенных параллельно.

Ток базы при этом равен сумме токов эмиттера и коллектора, работающего в режиме эмиттера.

При напряжении Uкэ 0 характеристики смещаются вниз относительно кривой со значением Uкэ 0 , что связано с уменьшением тока

базы из-за эффекта модуляции базы.

Чем тоньше база, тем меньше актов рекомбинации носителей заряда в ней и, следовательно, будет меньшим ток базы транзистора.

В режиме отсечки оба перехода включаются в обратном направлении (третий квадрант ВАХ, рис. 2.8,б) и в цепи базы течет ток

Iб Iко. Поэтому при Uкэ 0 входные характеристики исходят из точки с отрицательным значением тока базы, равным Iко.

94

3.ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

КВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

3.1.Ознакомиться с основными справочными данными биполярных транзисторов КТ608А, КТ630А. Выписать справочные данные исследуемого транзистора. Тип транзистора указывает преподаватель.

3.2.Собрать схему с ОБ (рис. 3.1) для снятия статических характеристик транзистора.

Снять семейство входных характеристик Iэ f (Uэб ) , установив и

поддерживаянеизменнымнапряжениенаколлектореUкб : 1) 0В; 2) 1В; 3) 5В. Снять семейство выходных характеристик Iк f (Uкб ) при токах эмиттера Iэ: 1) 0 мА; 2) 2 мА; 3) 4 мА; 4) 6 мА. Рекомендуется начинать

измерение выходных характеристик с больших положительных значений Uкб . При достижении нулевого значения напряжения сменить по-

лярность источника Е1 и снимать показания, пока ток коллектора не достигнет нулевого значения.

3.3. Собрать схему с ОЭ (рис. 3.2) для снятия статических характеристик. Снять семейство входных характеристик, Iб f (Uэб ) при на-

пряжениях Uкэ: 1) 0В; 2) 1В; 3) 5В. Снять семейство выходных характеристик Iк f (Uкэ ) при токах базы Iб:

1) 0 мкА; 2) 100 мкА; 3) 200 мкА; 4) 300 мкА; 4) 400 мкА.

3.4. Уменьшить в схеме рис. 3.2 ограничительное сопротивление в цепи базы до 1 кОм и исключить в коллекторной цепи резистор 560 Ом.

Установить напряжение Uкэ=2В и снять зависимость Iк f ( Iб ) в ши-

роком диапазоне токов Iк (20мА – 200мА).

Рекомендуется устанавливать ток коллектора, а затем фиксировать ток базы. Установив Uкэ=2В, не следует больше трогать ручку регулировки этого напряжения. Неосторожное повышение Uкб при больших токах коллектора может вывести транзистор из строя.

Рис. 3.1

95

Рис. 3.2

Рис. 3.3

3.5. Собрать схему рис. 3.3 для снятия начального участка пробоя коллекторного перехода Iк f (Uкэ ):

1) при соединении проводником базы транзистора с эмиттером

( Rб= 0);

2)при разомкнутой базе;

3)при включении в цепь базы резистора Rб=110 кОм. При снятии

характеристик, рекомендуется осторожно увеличивать напряжение на коллекторе, не превышая ток коллектора выше значения 1 мА.

4.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4.1.Привести основные справочные данные исследуемого транзистора, схемы измерений и таблицы полученных данных.

4.2.По данным, полученным в результате выполнения пунктов программы 3.2 и 3.3, построить семейства входных и выходных характеристик для схем включения транзистора с ОБ и ОЭ. Объяснить, какими причинами определяется форма этих характеристик и их различие для схем включения с ОБ и ОЭ?

96

4.3. По данным пункта 3.4 рассчитать коэффициент передачи тока базы. Построить зависимость коэффициента передачи тока от тока кол-

лектора: f ( Iк ). Объяснить ход кривой этой зависимости.

4.4. По данным пункта 3.5 программы построить начальные участки пробоя на выходных характеристиках и объяснить поведение этих кривых.

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1.Каковы структуры биполярных транзисторов и их условные графические обозначения?

5.2.Каковы функции эмиттерного и коллекторного перехода тран-

зистора?

5.3.В каких режимах может работать транзистор и какова полярность включения переходов для разных режимов?

5.4.Какие схемы включения транзистора вы знаете? В чем заключаются основные отличия данных схем?

5.5.Какие транзисторы называются бездрейфовыми, какие дрейфо-

выми?

5.6.Какие условия необходимо выполнить при изготовлении транзистора для обеспечения высоких значений коэффициента передачи тока?

5.7.Как работает транзистор в нормальном активном режиме?

5.8.Почему при включении транзистора по схеме с ОБ, усиление по току невозможно?

5.9.При каком условии базу транзистора называют тонкой?

5.10.Как связаны между собой ток коллектора, ток эмиттера и ток

базы?

5.11.Что представляет собой коэффициент инжекции и коэффициент переноса?

5.12.Что означает условие электрической нейтральности базы?

5.13.В чем заключается управляющее свойство транзистора?

5.14.В чем причина отличий статических ВАХ идеализированного транзистора от ВАХ реального?

5.15.Как влияет температура транзисторной структуры на ВАХ и

почему?

5.16.Что представляет собой эффект модуляции базы и как влияет на ход статических ВАХ транзистора?

97

5.17.Что такое дифференциальное сопротивление коллекторного перехода и как его можно определить по выходным характеристикам транзистора?

5.18.Как записываются выходные характеристики транзистора в аналитической форме для области активного режима (ОБ и ОЭ)?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ИПАРАМЕТРОВ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципа действия полевых транзисторов, экспериментальное определение статических вольтамперных характеристик, исследование сопротивления канала от напряжения на затворе транзистора с управляющим p–n-переходом.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Полупроводниковые приборы, работа которых основана на изменении проводимости канала поперечным электрическим полем, называют полевыми транзисторами. У них в создании электрического тока участвуют носители одного типа (электроны или дырки), поэтому их еще называют униполярными транзисторами. По способу создания канала различают полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом и со структурой металл–диэлектрик-полупроводник (МДП-транзисторы) с встроенным каналом и с индуцированным каналом.

2.1. Полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом Анализ работы полевого транзистора с управляющим переходом

рассмотрим на основе его модели, показанной на рис. 2.1, а. В приведенной конструкции канал протекания тока транзистора представляет собой слой полупроводника n-типа, заключенный между двумя p-n- переходами. Канал имеет контакты с внешними электродами прибора. Электрод, от которого начинают движение носители заряда (в данном случае электроны), называют истоком, а электрод, к которому, они движутся, – стоком. Полупроводниковые слои p-типа, образующие с n- слоем два p–n-перехода, созданы с более высокой концентрацией примеси, чем n-слой. Оба p-слоя электрически связаны между собой и имеют общий внешний электрод, называемый затвором.

98

Подобную конструкцию имеют и полевые транзисторы с каналом p-типа. Условные обозначения полевых транзисторов с каналом n- и p- типа приведены на рис. 2.1, б, в.

а)

б)

в)

 

Рис. 2.1

 

Полярность внешних напряжений, подводимых к транзистору, показана на рис. 2.1, а. Управляющие (входное) напряжение подается между затвором и истоком. Напряжение Uзи является обратным для обоих

p–n-переходов. В выходную цепь, в которую входит канал транзистора, включается напряжение Uси положительным полюсом к стоку.

Управляющие свойства транзистора объясняются тем, что при изменении напряжения Uзи изменяется ширина его p–n-переходов, кото-

рые представляют собой участки полупроводника, обедненные носителями зарядами. Поскольку p-слой имеет большую концентрацию примеси, чем n-слой, изменение ширины p–n-перехода происходит в основном за счет n-слоя. С повышением приложенного к переходу обратного напряжения Uзи, размеры перехода увеличиваются и область,

обедненная носителями заряда, смещается в сторону канала, что приводит к уменьшению сечения токопроводящего канала и повышению его электрического сопротивления.

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние, как управляющее напряжение Uзи, так

и напряжение Uси. Влияние подводимых напряжений на величину об-

ласти объемного заряда, а значит и на проводимость канала, иллюстрирует рис. 2.2.

99

а)

б)

в)

 

Рис. 2.2

 

На рис. 2.2, а внешнее напряжение приложено только к входной цепи транзистора. Изменение напряжения Uзи приводит к изменению

проводимости канала за счет изменения на одинаковую величину объемного заряда, а значит и его сечения по всей длине канала. Но выходной ток стока Iс 0, поскольку Uси 0. Рис. 2.2, б иллюстрирует изме-

нение сечения канала при воздействии только напряжения Uси (U зи 0 ) . При Uси больше нуля через канал протекает ток Iс , в ре-

зультате чего создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Суммарное падение напряжения участка исток–сток равно Uси. В силу этого потенциалы точек канала n-типа будут неодинаковы-

ми по его длине, возрастая в направлении стока от нуля до Uси. Потен-

циал же точек p-области относительно истока определяется потенциалом затвора относительно истока и в данном случае равен нулю. Поэтому обратное напряжение, приложенное к переходам, возрастает в направлении от истока к стоку, и переходы расширяются в направлении стока. Данное явление приводит к уменьшению сечения канала от истока к стоку (рис. 2.2, б). Повышение напряжения Uси вызывает увеличе-

ние падения напряжения в канале и уменьшение его сечений, а, следовательно, приводит к уменьшению проводимости канала. При некотором напряжении Uси происходит сужение канала, при котором границы

обоих p–n-переходов смыкаются (рис. 2.2, б) и сопротивление канала становится высоким. На рис. 2.2, в отражено результирующее влияние на канал обоих напряжений Uзи и Uси.

Стоковые (выходные) вольтамперные характеристики полевого транзистора с управляющим p–n-переходом и каналом n-типа показаны на рис. 2.3, а. Они отражают зависимость тока стока от напряжения

100

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]