Исследование статических характеристик биполярного транзистора

1 Цель работы

Ознакомиться с устройством и принципом действия биполярного транзистора (БТ). Изучить его вольтамперные характеристики в схемах включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

2 Подготовка к работе

2.1 Изучить следующие вопросы курса:

• Устройство БТ, схемы включения (ОБ, ОЭ и ОК), режимы работы ( с точки зрения состояния переходов).
• Потенциальные диаграммы для различных структур БТ в активном режиме работы.
• Принцип действия БТ и основные физические процессы в нем.
• Статический коэффициент передачи тока и уравнения коллекторного тока для всех схем включения.
• Статические характеристики транзистора в схемах включения ОБ и ОЭ.
• Предельные параметры режима работы БТ. Рабочая область характеристик.
• Влияние температуры на работу БТ, его характеристики в схеме ОБ и ОЭ и предельные параметры.
• Дифференциальные параметры БТ.
• Усилитель на БТ.

2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:

• Устройство плоскостного транзистора.
• Принцип действия биполярного бездрейфого транзистора.
• Нарисовать схемы включения транзистора с ОБ, ОЭ и ОК для структур p-n-p и n-p-n.
• Начертить потенциальные диаграммы p-n-p и n-p-n транзисторов в различных режимах их работы.
• Из каких компонент состоят токи через эмиттерный и коллекторный переходы транзистора?
• Из каких компонент состоит ток базы?
• Дать определение коэффициентов инжекции и переноса.
• Как влияет на работу транзистора неуправляемый ток коллекторного перехода? Какие причины его возникновения?
• Написать уравнения коллекторного тока для схем ОБ и ОЭ.
• Нарисовать и объяснить входные и выходные характеристики транзистора для схем ОБ и ОЭ.
• Показать на входных и выходных характеристиках области, соответствующие режимам: активному, отсечки и насыщения.
• Какие факторы ограничивают рабочую область выходных характеристик транзистора?
• Объяснить влияние температуры на статические характеристики БТ в схемах включения с ОБ и ОЭ.
• Как зависят значения предельных параметров БТ от температуры?
• Объяснить построение рабочей области выходных характеристик транзистора.
• Объяснить влияние температуры на рабочую область БТ .
• Привести систему Н-параметров транзистора, указать назначение каждого параметра и показать их определение по характеристикам.
• Объяснить принцип работы БТ в усилительном режиме.
• Назвать основные типы биполярных транзисторов (с точки зрения мощностей и частот).

3 Схемы исследования

Cхема для транзистора структуры n-p-n для исследования входных и выходных характеристик с ОБ приведена на рисунке 2.1. Принципиальная схема для транзистора структуры n-p-n при исследовании с ОЭ приведены на рисунке 2.2. Схема исследования усилителя на БТ приведена на рисунке 2.3.

4 Порядок проведения лабораторной работы

4.1 Исследовать БТ для схемы с ОБ.
Для этого выбрать «Лабораторная работа №2». Затем «Схема с ОБ - входные характеристики» и «Начать эксперимент». Снять две входные характеристики транзистора Iэ= f(Uэб) при Uкб=0 и Uкб=8 В.

Для того, чтобы получить две характеристики на одном экране нужно после окончания измерения первой характеристики нажать кнопку сброс, выставить новое значение напряжения Uкб и снять вторую характеристику. Результаты измерений занести в таблицу 2.1. Пример заполнения таблицы для транзистора типа МП37 А приведен ниже.

Таблица 2.1 - Транзистор МП37А. Входные характеристики схемы с ОБ

Для схемы включения с общей базой снять три выходные характеристики транзистора Iк=f(Uкб). Для этого выбрать «Лабораторная работа №2». Затем «Схема с ОБ - выходные характеристики» и «Начать эксперимент». Первую характеристику снять для Iэ=0, вторую для Iэ=2 мА и третью для Iэ=5 мА. Результаты измерений занести в таблицу 2.2. Пример таблицы для того же транзистора дан ниже.

Таблица 2.2 - Транзистор МП37А. Выходные характеристики схемы с ОБ

4.2 Исследовать БТ для схемы с ОЭ.
Снять две входные характеристики Iб=f(Uбэ). Для этого выбрать «Лабораторная работа №2». Затем «Схема с ОЭ - входные характеристики» и «Начать эксперимент».

Одну характеристику нужно снять при Uкэ=0, вторую при Uкэ=8 В. Результаты измерений занести в таблицу 2.3. Пример таблицы дан ниже.

Таблица 2.3 - Транзистор МП37А. Входные характеристики схемы с ОЭ

4.4 Снять семейство из 6 выходных характеристик Iк=f(Uкэ) при токах базы, указанных в таблице 2.4, включая Iб=0. Особое внимание обратить на участок характеристик в режиме насыщения, т.е. Uкэ=0 - 1 В. При измерении важно не привысить мощность рассеивания на коллекторе (Uкэ•Iк=Рк меньше Рк max=150 мВт). Результаты измерений заносятся в таблицу 2.4. Пример таблицы приведен ниже.

Таблица 2.2 - Транзистор МП37А. Выходные характеристики схемы с ОЭ

4.5 Исследовать работу усилителя. В исходном состоянии схемы транзистор работает в активном режиме (на выходе отсутствуют нелинейные искажения сигнала).

Получить осциллограммы сигналов на входе и выходе усилителя для трех случаев:

1. рабочая точка находится посредине рабочего участка;
2. рабочая точка находится вблизи режима отсечки;
3. рабочая точка находится вблизи режима насыщения.

Режим работы транзистора определяется уровнем напряжения источника смещения Есм.

5 Содержание отчета

1. Тип исследуемого транзистора .
2. Схемы исследования.
3. Таблицы результатов измерений
4. Графики входных и выходных характеристик для схем с ОБ и с ОЭ. При построении семейства характеристик (несколько характеристик на одних осях) подписать каждую из характеристик. Например, в схеме с ОЭ около каждой характеристики необходимо указать чему равен ток базы.
5. Осциллограммы входного и выходного сигналов транзисторного усилителя для трех случаев (режим отсечки, режим насыщения, активный режим).
6. Сделать выводы по работе.

Литература

• Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники, - СибГУТИ, Новосибирск, 2005, стр. 119-121.
• Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н.Д -М: Радио и связь, 1998. Стр. 70-81, 86-92.
• Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989. Стр.140-170 (выборочно).
• Батушев В.А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. Стр.93-121 (выборочно).
• Конспект лекций.