Лабораторная работа №1 / лаба_part!

Министерство Образования Российской Федерации

Уфимский государственный авиационный

технический университет

Кафедра промышленной электроники

Лабораторная работа №1

Исследование статических характеристик

и параметров биполярных транзисторов

Выполнили: студенты

группы ПЭ-321

Проданюк Василий,

Козлов Павел,

Ахметова Марина,

Коновалов Кирилл.

Проверил:

Кудаяров Р.А.

Уфа-2004

1. Цель работы:

изучение собственных параметров транзисторов; экспериментальное измерение собственных статических и дифференциальных параметров транзисторов и статических входных и выходных ВАХ.

2. Краткая теория.

Устройство и принцип действия биполярных транзисторов Биполярным ранзистором (БТ) называется полупроводниковый прибор с двумя p-n - переходами, принцип действия которых основан на использовании двух типов носителей зарядов - дырок и электронов. Этим объясняется наличие приставки "би" в названии транзистора. БТ предназначены для использования в схемах генерации, усиления, преобразования, модуляции, переключения электрических сигналов как малой, так и большой мощности. БТ входят в состав многих интегральных микросхем.

На рис.1.1а показано устройство БТ. Рассмотрим для определенности БТ с p-n-p - типа. Два перехода делят кристалл на три области: эмиттер (Э), базу (Б) и коллектор (К). Соответственно, имеется три электрода, присоединенных к указанным областям. Обычно база выполняется тонкой: толщина базы w < L, где L - диффузионная длина для неосновных носителей. Последнее условие необходимо для эффективного взаимодействия двух p-n переходов и, соответственно, работы БТ. Эмиттерный переход при наиболее часто используемом нормальном активном (усилительном) режиме (НАР) работы служит для инжекции неосновных носителей (дырок) в базу. База служит для накопления неравновесного заряда дырок и их переноса к коллекторному p-n - переходу. Последний предназначен для экстракции (извлечения) дырок из базы и их ускорения.

Рисунок 1.1 - Упрощенная структура и условные графические обозначения

биполярного транзистора

а - транзистор p-n-p - типа

б - транзистор n-p-n – типа

В НАР внешние напряжения подключают к транзистору таким образом, чтобы эмиттерный переход был смещен прямо, а коллекторный обратно. Тогда потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается и начинается инжекция дырок в базу, а электронов в эмиттер. Электронная составляющая тока эмиттерного перехода Iэп замыкается во входной цепи и не используется полезно в роцессе токообразования тока коллектора. Поэтому база выполняется низколегированной

(ppo в эмиттере на два-три порядка выше nno в базе). Дырки, инжектированные из эмиттера, создают в базе на границе с эмиттерным переходом концентрацию pn(0) > pno. Величину этой концентрации, зависящей от приложенного прямого смещения UЭБ, находят из соотношения

где т - термический потенциал.

Под действием неравновесной концентрации дырок pn(0) развивается диффузионное движение дырок через базу в сторону коллекторного перехода, т.е. в направлении антиградиента концентрации дырок. Концентрация дырок в базе на границе с коллекторным переходом устанавливается близкой к нулю, так как дошедшие до коллекторного перехода под действием диффузии дырки ускоряются полем перехода и перебрасываются в коллектор. Собственно, за счет ускорения дырок полем коллекторного перехода EБК, обеспечиваемого энергией источника ЕК, и осуществляется усиление электрических сигналов. Установившееся при определенном напряжении UЭБ (определенном токе эмиттера и соответствующей величине pn(0)). Ввиду малой толщины базы w этот закон близок к линейному. Градиент концентрации дырок в базе определяет диффузионный ток дырок в ней в направлении коллекторного перехода.

Описанный характер движения дырок в базе возможен только тогда, когда количество находящихся в объеме базы дырок равно количеству электронов, благодаря чему выполняется условие электрической нейтральности базы. Электроны, компенсирующие объемный заряд дырок, поступают по цепи базы одновременно с дырками, входящими в слой базы сразу же после подключения источников ЕЭ и ЕК. В установившемся режиме (производные всех величин по времени равны нулю.

Усилительный эффект БТ основан на том, что токи IК и IЭ близки друг к другу, однако сопротивление обратносмещенного коллекторного перехода или сопротивления RК в цепи коллектора, с которых снимается выходное напряжение, много больше сопротивления прямосмещенного эмиттерного перехода. Следовательно, мощность выходного сигнала больше мощности входного сигнала (мощности входной цепи).

Инверсное включение соответствует случаю, когда коллекторный и эмиттерный переходы меняются своими функциями: коллекторный переход смещается прямо и становится инжектирующим, а эмиттерный переход смещается обратно и является экстрагирующим. Соответственно, меняются и полярности источников ЕЭ, ЕК. Такой режим называется ИНВЕРСНЫМ АКТИВНЫМ ЖИМОМ (ИАР). Технологически в плоскостных БТ площадь коллекторного перехода больше, чем площадь эмиттерного перехода (для более полного собирания инжектированных дырок). Поэтому aI < aN, в остальном БТ - обратимый прибор, т.е. он может работать при инверсном включении.

В зависимости от того, какой из электродов является общим для входной и выходной цепей, различают схемы с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК).

Рисунок 1.6 - Мнемосхема лабораторного стенда для снятия статических характеристик БТ.

3. Выполнение работы.

Входные характеристики
Uкэ=0В		Uкэ=12В		Uкэ=14В
Iб,мкА	Uбэ,В	Iб,мкА	Uбэ,В	Iб,мкА	Uбэ,В
0	0	0	0,4	6,3	0,91
6,9	0,8	0,16	0,73	8,6	1
13	0,83	0,22	0,74	13,5	1,1
39,4	0,88	0,33	0,75	24	1,23
51	0,89	0,4	0,77	27,2	1,27
56	0,9			28,2	1,3
87,8	0,92
115,6	0,94

Выходные характеристики
Iб=0 мА		Iб=13 мА		Iб=9 мА
Iк,мА	Uкэ,В	Iк,мА	Uкэ,В	Iк,мА	Uкэ,В
1,49	1,49	2,25	0,1	0,67	0,02
2,88	2,9	10,27	0,3	8,9	2,38
4,93	4,94	12,56	5,5	9,08	3,5
6,8	6,86	12,86	6,0	9,5	8,26
8,66	8,68	13,1	7,4	9,58	10,6
13,314	13,34	13,25	8,4	9,8	14,7
14,78	14,91	13,29	9,3

Uкэ=0В

Uкэ=12В

Uкэ=14В

Uбэ=9В

Uбэ=13В

Uбэ=0В

Iб

Iб

Iб

Uбэ

Uбэ

Uбэ

Iк

Iк

Iк

Uкэ

Uкэ

Uкэ