Хід роботи

1. У EWB побудувати схеми для дослідження прямої та зворотної гілки ВАХ діода

Дослідження прямої гілки ВАХ діода може бути проведено за допомогою схеми рис. 11. Для дослідження зворотної гілки ВАХ діода використовується схема на рис. 12

Рис. 11 - Дослідження прямої гілки ВАХ діода

Рис. 12 - Дослідження зворотної гілки ВАХ діода

2. Зняти прямі і зворотні гілки вольт-амперних характеристик трьох запропонованих випрямних діодів. Результати вимірів оформити у вигляді трьох таблиць, аналогічних таблиці 1, де номер відповідає одному з діодів.

3. За даними таблиць на одних осях побудувати сімейство вольт-амперних характеристик випрямних діодів. По графіках визначити, які характеристики належать високочастотним, низькочастотним германієвим і кремнієвим випрямним діодам. Обґрунтувати своє рішення.

4. Для кожного діода на лінійній ділянці прямої і зворотної гілки вольт-амперної характеристики виконати побудови для визначення прямого і зворотного диференціального опорів (рис. 13)

Рис 13. Визначення параметрів випрямних діодів

; ;

Контрольні запитання

1. Як побудований напівпровідниковий діод?

2. Які типи p-n переходів Ви знаєте ?

3. Перерахуйте складові ємності p-n переходу?

4. Назвіть і коротко охарактеризуйте типи напівпровідникових діодів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

ДОСЛІДЖЕННЯБІПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРІВ ЗА ДОПОМОГОЮ ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ ELECTRONICS WORKBENCH

Мета. вивчення принципу дії та властивостей, дослідження характеристик, ознайомлення з основними параметрами та використанням біполярних транзисторів

Теоретичні відомості

Біполярний транзистор – трьохелектродний напівпровідниковий прилад, що має два взаємодіючих p-n переходи, проходження струму в якому обумовлене рухом заряду обох знаків – електронів і дірок.

Біполярний транзистор містить три напівпровідникові області з типами провідності, що чергуються, (рис. 1) p-n-p (a) або n-p-n (б). Одна з крайніх областей завжди легується сильніше, її називають емітером, призначення її – інжекція носіїв у середню область структури, названу базою. Іншу крайню область називають колектором, він менш легований, чим емітер, і призначений для екстракції носіїв з базової області.

Електроно – дірковий перехід між емітером і базою називають емітерним. Перехід на границі база – колектор називають колекторним. Він збирає інжектовані в базу носії і передає їх у колекторну область.

Рис. 1 Структури й умовні графічні позначення транзисторів p-n-p (а) і n-p-n (б) типу.

Принцип роботи транзисторів обох типів однаковий, розходження полягає лише в тім, що в транзисторі n-p-n в утворенні колекторного струму беруть участь електрони, інжектовані емітером, а в транзисторі p-n-p типу – дірки.

Принцип дії біполярного транзистора заснований на використанні трьох явищ:

– інжекції носіїв з емітера в базу;

– переносу інжектованих у базу носіїв до колекторного переходу;

– екстракції інжектованних у базу і неосновних носіїв, що дійшли до колекторного переходу, з бази в колектор

Статичні характеристики біполярного транзистора. Для кожної схеми вмикання транзистора вводяться свої сімейства статичих характеристик, що приводяться в довідниках. Ці сімейства дозволяють правильно вибрати робочий режим транзистора і забезпечити найбільш ефективне використання його можливостей. З усіх статичих характеристик найбільш важливими є вхідний, єднальний струм і напруга на вході і вихідний, єднальний струм і напруга на виході транзистора.

Для схеми з ЗБ вхідною статичною характеристикою є залежність I_э = f(U_эб) при U_кб = const, а для схеми з ЗЕ – залежність I_б = f(U_бэ) при U_кэ = const.

Загальний характер вхідних характеристик визначається p-n переходом, що включений у прямому напрямку. Тому по зовнішньому вигляді вхідні характеристики схожі на прямі гілки ВАХ діода і мають експоненційний характер (рис. 2)

Рис. 2. Вхідні характеристики в схемах із ЗБ (а) і з ЗЕ (б).

Зі збільшенням зворотної напруги на колекторі характеристика зміщується вліво в схемі з ЗБ і вправо в схемі з ЗЕ. Зміна характеристик передбачається ефектом модуляції ширини бази: при збільшенні колекторної напруги ширина колекторного переходу збільшується, причому в основному убік бази. При цьому ширина бази зменшується, зменшується і базовий струм (через зменшення рекомбінації носіїв), і характеристики в схемі з ЗЕ йдуть правіше. Струм емітера збільшується (зростає градієнт концентрації неосновних носіїв у базі), і характеристики в схемі з ЗБ йдуть лівіше.

Вихідною статичною характеристикою в схемі з ЗБ є залежність I_к = f(U_кб) при I_э = const, а в схемі з ЗЕ – залежність I_к = f(U_кэ) при I_б=const.

Для опису властивостей біполярих транзисторів широко застосовуються диференціальні параметри- величини, що зв'язують малі збільшення струмів і напруг у приладі.

Умови малості вводяться через те, що вхідні і вихідні характеристики транзистора нелінійні і параметри транзистора залежать від режиму його роботи з постійного струму. Для невеликих збільшень напруг і струмів транзистор можна представити як лінійний активний чотириполюсник (рис. 3). Зв'язок між вхідними (Ú₁, Í₁) і вихідними (Ú₂, Í₂) струмами і напругами чотириполюсника виражається системою двох рівнянь.

1 1 2 2

Рис. 3. Представлення транзистора як чотириполюсника.

Вибравши дві з вхідних у цю систему перемінних за незалежні, знаходимо дві інші. Найбільше часто для транзистора як чотириполюсника в якості незалежних зміних приймають збільшення вхідного струму Í₁ і вихідної напруги Ú₂, а збільшення вхідної напруги Ú₁ і вихідного струму Í₂ виражають за допомогою так званих h-параметрів.

Ú1 = h11 Í1 + h12 Ú2 Í2 = h21 Í1 + h22 Ú2

Фізичний зміст h-параметрів стає ясним, якщо в рівняннях чотириполюсника по черзі думати Í₁ = 0 (холостий хід на вході) і Ú₂ = 0 (коротке замикання на виході). Тоді h-параметри транзистора можна визначити в такий спосіб:

при Ú2 = 0 при Í1 = 0 при Ú2 = 0 при Í1 = 0

-вхідний опір транзистора при коротко-замкнутому (по перемінному струмі) виході -коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі при розімкнутому (по перемінному струмі) вході -коефіцієнт передачі струму при коротко-замкнутому (по перемінному струмі) виході -вихідна провідність при розімкнутому (по перемінному струмі) вході.

Систему h-параметрів звичайно використовують на низьких частотах, коли дуже малі ємнісні складові струмів. При цьому необхідні для виміру параметрів режими короткого замикання і холостого ходу для змінної складової можуть бути здійснені на цих частотах досить просто.

Низькочастотні значення h-параметрів можна знайти за допомогою вхідних і вихідних характеристик. Приклад їхнього визначення для схеми з ЗЕ показаний на рис. 4

Параметри вхідного ланцюга h₁₁ і h₁₂ визначають по вхідних характеристиках транзистора. В обраній або заздалегідь заданій робочій точці А задають збільшення струму бази I_б при постійній напрузі колектора U_кэ1 і знаходять збільшення напруги, що виходить при цьому, на базі Uбэ. Тоді вхідний опір транзистора:

при

Потім при постійному струмі бази I_б2 задають збільшення напруги колектора U_кэ = U_кэ2 – U_кэ1 і визначають збільшення напруги на базі Uбэ.

Тоді коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі:

	при

Рис. 4. Визначення h-параметрів по характеристиках транзисторів

Параметри h₂₁ і h₂₂ визначаються по вихідних характеристиках транзистора. У робочій точці А, у якій потрібно визначити параметри при постійному струмі бази I_б2, задають збільшення колекторної напруги U_кэ = U_кэ2 – U_кэ1 і знаходять збільшення струму, що виходить при цьому, колектора (І'к.

Вихідна провідність транзистора

при

Далі при постійній напрузі колектора задають збільшення струму бази I_б = I_б2 – I_б1 і визначають збільшення струму, що виходить при цьому, колектора (Ік. Тоді коефіцієнт передачі струму бази:

при

Аналогічно визначаються h-параметри по відповідних характеристиках для схеми з ЗБ. Вони мають позначення h_11б, h_12б, h_21б, h_22б .

Розрізняють три схеми увімкнення біполярних транзисторів: із спільною базою (ЗБ), із спільним емітером (ЗЕ), із спільним колектором (ЗК), показані на рис.5

ЗБ) ЗЕ) ЗК)

Рисунок 5 - Основні схеми увімкнення транзисторів