Московский авиационный институт (государственный технический университет)

Лабораторная работа «Исследование характеристик биполярного транзистора» (LESO 3) Утверждено кафедрой 408 как учебно-методическое руководство

Москва

В биполярном транзисторе физические процессы определяются движением носителей заряда обоих знаков, что и отражено в его названии. На рисунке 1 приведены структура (а), схематическое и схемотехническое изображения (б) биполярного транзистора.

а)

б)

Рисунок 1. Структура (а), схематическое и схемотехническое изображения (б) биполярного транзистора.

Биполярный транзистор содержит три полупровод­никовые области с чередующимися типами проводимости (p – n – p или n – p – n), которые называются соответственно эмитте­ром, базой и коллектором. Эти области разделены двумя взаимо­действующими между собой p-n переходами: эмиттерным и коллекторным. Взаимодействие между переходами обеспечивает­ся благодаря тому, что расстояние между ними (толщина базы) много меньше диффузионной длины неосновных носителей в базе. К полупроводниковым областям через омические контакты подключены внешние выводы. Принцип действия транзисторов типа p – n – p и n – p – n одинаков. В работе рассматри­ваются только транзисторы типа n – p – n.

Возможны три схемы подключения транзистора: с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором. В работе исследуются статические характеристики транзистора в схемах с общим эмиттером (ОЭ) и с общей базой (ОБ).

Схема с общим эмиттером представлена на рис.2

Рисунок 2. Схема включения транзистора с общим эмиттером.

При данной схеме включения входным током является ток базы I_б, а входным напряжением – напряжение между базой и эмиттером U_бэ. Выходными являются ток коллектора I_к и напряжение между коллектором и эмиттером U_кэ.

Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном напряжении на выходе:

I_б=f(U_бэ) при U_кэ=const.

Выходная характеристика – зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе:

I_к=f(U_кэ) при I_б=const

Схема с общей базой представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема включения транзистора с общей базой.

При данной схеме включения входным током является ток эмиттера I_э, а входным напряжением – напряжение между эмиттером и базой U_эб. Выходными являются ток коллектора I_к и напряжение между коллектором и базой U_кб.

Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном напряжении на выходе:

I_э=f(U_эб) при U_кб=const

Выходная характеристика – зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе:

I_к=f(U_кб) при I_э=const.

Все характеристики БТ снимаются с помощью лабораторного стенда LESO 3.

Порядок выполнения работы

1. Выходные характеристики бт в схеме с общим эмиттером.

1 .1. Соберите схему для исследования выходных характеристик в схеме с ОЭ (Рис.4)

Рисунок 4 – Схема исследования выходных характеристик БТ в схеме с ОЭ.

1.2. Установите диапазон регулирования E1 0..+10 В, E2 0..+10 В. По горизонтальной оси графопостроителя нужно выбрать V2, установите диапазон 0..+10 В, по вертикальной оси поставьте mA2, установите диапазон 0..+10 мА.

1.3. Снимите семейство выходных характеристик в схеме с ОЭ и I_к = f (U_кэ) для различных фиксированных токов базы. Предварительно определите экспериментально максимальный ток базы I_{б max} при котором ток выходной характеристики не выходит за пределы 10 мА. Ток базы задается источником E1 и контролируется по mA1. Устанавливая фиксированные значения тока базы в диапазоне 0 .. I_{б max} , с равным шагом получите шесть выходных характеристик. Выходная характеристика получается путем изменения E2 от 0 до 10 В.

1.4. Нарисуйте семейство ВАХ на миллиметровке.

2. Входные характеристики бт в схеме с общим эмиттером

2 .1. Соберите схему для исследования входных характеристик БТ в схеме с ОЭ (Рис.5).

Рисунок 5 – Схема исследования входных характеристик БТ в схеме с ОЭ.

.

2.2. Установите диапазон регулирования источника E1 0..+1 В, источника E2 0..+5 В. По горизонтальной оси графопостроителя следует выбрать V1, установите диапазон 0..+1 В, по вертикальной оси графопостроителя нужно выбрать mA1, установите диапазон -0,01..0,1 мА. Переключите шунт амперметра для измерения малых токов, для этого следует нажать кнопку , на кнопке появится надпись "мкА".

2.3. Снимите две входные характеристики I_б = f (U_бэ) при U_кэ = 0 В и U_кэ = +5 В.Для этого следует поворачивать ручку регулирования источника E1 до тех пор пока ток мА1 не достигнет 100 мкА, контроль можно вести по mA1.

2.4. Нарисуйте семейство ВАХ на миллиметровке.

3. Выходные характеристики бт в схеме с общей базой

3 .1. Соберите схему исследования выходных характеристик в схеме с ОБ (Рис.6).

Рисунок 6 – Схема исследования выходных характеристик БТ в схеме с ОБ.

3.2. По горизонтальной оси графопостроителя выбрать V2, установить диапазон: левая граница -1 В, правая +10 В. По вертикальной оси графопостроителя выбрать mA2, установить диапазон: нижняя граница -1 мА, верхняя граница +10 мА. Установите диапазон регулирования источника E1: 0..-10 В. Диапазон E2: -1..10 В.

3.3. Снимите пять выходных характеристик в схеме с ОБ I_к = f (U_кб) при фиксированных тока I_э, равных 0, 2, 4, 6, 8 мА. Для этого сначала с помощью источника E2 установить ток mA2 равный -1 мА. Затем установите значение тока эмиттера I_э = 2 мА с помощью источника E1, контроль осуществляется по mA1. Плавно вращая ручку регулирования E2 по часовой стрелке до тех пор пока V2 не станет равным 10 В. На графопостроителе Вы получите требуемую характеристику. Для более точного позиционирования регулятора E2 можно менять диапазон регулирования. Затем, не изменяя напряжение источника E1, плавно поворачивая ручку регулятора E2 против часовой стрелки установить ток mA2 равный -1 мА. Установить следующее значение тока эмиттера I_э = 4 мА с помощью источника E1. Вновь измерьте характеристику и так далее.

3.4. Нарисуйте семейство ВАХ на миллиметровке.