5.3.3. Исследование частотных зависимостей коэффициентов передачи токов эмиттера и базы

Зависимости h_21б и h_21э от частоты (1, 3, 10, 30, 100, 150, 180, 200 кГц) исследуют при соответствующих положениях переключателей S1 и S2 (см. 5.3.1 и 5.3.2) и постоянных смещениях, указанных в табл. 5.3.

В процессе всех измерений напряжение на генераторе переменного тока U_G необходимо поддерживать постоянным и равным 1 В, что необходимо контролировать при перестройке частоты генератора. Результаты измерений занести в табл. 5.3.

Таблица 5.3

h21б при IЭ = 1 мА

h21э при IБ = 0,1 мА

f,

UКБ = 5 В

UКБ = 10 В

UКЭ = 5 В

UКЭ = 10 В

кГц

, мВ

Iк, мкА

h21б

, мВ

Iк, мкА

h21б

, мВ

Iк, мкА

h21э

, мВ

Iк, мкА

h21э

5.4. Обработка результатов

1. По данным табл. 5.1 (при U_кб = 0) определить переменные токи эмиттера I_э и коллектора I_к, используя выражения (5.1) и (5.2). Вычислить параметры h_11б и h_21б. Результаты занести в таблицу.

2. По данным табл. 5.1 (при I_э = 0) определить переменный ток коллектора из формулы (5.3), приняв R₂ = 1 кОм. Вычислить параметры h_12б и h_22б. Результаты занести в таблицу.

3. По данным табл. 5.2 (при U_кэ = 0) определить переменные токи базы I_б и коллектора I_к, используя выражения (5.1) и (5.2). Вычислить параметры h_11э и h_21э. Результаты занести в таблицу.

4. По данным табл. 5.2 (при I_б = 0) определить переменный ток коллектора из формулы (5.3), приняв R₂ = 200 Ом. Вычислить параметры h_21э и h_22э. Результаты занести в таблицу.

5. По данным табл. 5.3 определить переменный ток коллектора и вычислить параметры h_21б и h_21э, как указано в п. 1 и 3. Результаты занести в таблицу.

6. По данным табл. 5.3 построить частотные зависимости коэффициентов передачи токов эмиттера и базы. Определить предельные частоты коэффициентов передачи тока эмиттера и базы.

5.5. Контрольные вопросы

1. В чем преимущества h-параметров по сравнению с z- и y-параметрами при описании свойств биполярных транзисторов?

2. Как в данной работе реализуют холостой ход во входной цепи и короткое замыкание в выходной цепи по переменному току?

3. Как связаны между собой коэффициенты передачи токов эмиттера h_21б и базы h_21э биполярного транзистора?

4. Какие физические факторы влияют на частотные свойства биполярного транзистора?

5. Сравните и объясните частотные зависимости h_21б и h_21э.

Лабораторная работа 6 исследование импульсных свойств биполярного транзистора

6.1. Основные понятия и определения

Биполярный транзистор при работе в импульсном режиме обычно выполняет функцию электронного ключа. Транзисторный ключ (рис. 6.1, а) имеет два устойчивых состояния: разомкнутое (транзистор находится в режиме отсечки – эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном направлении) и замкнутое (транзистор находится в режиме насыщения – эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направлении). При работе транзистора в качестве ключа необходимо, чтобы выходное сопротивление транзистора резко изменялось под влиянием входного управляющего импульса. Для этого амплитуда импульса должна быть достаточной для перевода транзистора из режима отсечки в активный режим и далее в режим насыщения.

Рис 6.1. Транзисторный ключ: а – схема; временные зависимости: б – тока эмиттера; в – тока коллектора

Временные зависимости тока эмиттера и тока коллектора при работе транзистора в качестве ключа в схеме с ОБ показаны на рис. 6.1, б и в.

В исходном состоянии транзистор находится в режиме отсечки. После начала пропускания через эмиттер импульса тока в прямом направлении ток коллектора появляется не сразу из-за конечного времени пролета носителей заряда через базу и из-за наличия емкостей переходов. Интервал времени между моментом подачи на вход транзистора управляющего импульса и моментом достижения выходным током значения, соответствующего 0,1 его амплитуды, называют временем задержки t_з.

Поскольку транзистор работает в активном режиме, растет инжекционная составляющая тока эмиттера, возрастает, соответственно, и ток коллектора. При этом в базе транзистора накапливаются неосновные носителей заряда. С увеличением тока коллектора обратное напряжение на коллекторном переходе уменьшается вследствие увеличения падения напряжения на сопротивлении нагрузки в цепи коллектора. Экстракция из базы неосновных носителей заряда ограничивается, что приводит к росту их граничной концентрации около коллекторного перехода. Когда эта граничная концентрация неосновных носителей заряда превысит значение равновесной концентрации носителей заряда, транзистор перейдет из активного режима в режим насыщения. При этом устанавливается ток коллектора (его называют током насыщения), значение которого определяется в основном параметрами выходной цепи: . Интервал времени, в течение которого ток коллектора нарастает от 0,1 до 0,9 его амплитуды, называют временем нарастания t_н.

В момент изменения направления тока эмиттера ток коллектора скачкообразно уменьшается вследствие изменения полярности падения напряжения на объемном сопротивлении базы. Одновременно начинается процесс рассасывания неосновных носителей заряда, накопленных в транзисторе. Ток эмиттера и ток коллектора остаются практически неизменными до тех пор, пока граничные концентрации неосновных носителей заряда в базе у переходов не уменьшатся до равновесного значения. При этом транзистор выйдет из режима насыщения. Интервал времени между моментом подачи на вход транзистора запирающего импульса и моментом, когда ток коллектора достигает заданного значения (например, 0,9 I_{к. нас}), называют временем рассасывания t_рас.

В дальнейшем, поскольку процесс рассасывания неосновных носителей заряда из базы продолжается и снижается абсолютное значение градиентов концентрации неосновных носителей заряда около соответствующих переходов, токи эмиттера и коллектора уменьшаются со временем. Интервал времени между моментом спада выходного тока от значения, соответствующего 0,9 его амплитуды, до значения, соответствующего 0,1 его амплитуды, называют временем спада t_сп.

В настоящей работе снимаются осциллограммы токов эмиттера и коллектора при работе транзистора в качестве ключа и исследуются зависимости временных параметров от режима его работы.