Московский государственный технический университет

им. Н .Э Баумана

Отчет по лабораторной работе

Исследование вольтамперных характеристик

биполярного транзистора

Выполнил Проверил

ст. гр. ……БМТ2-51……. доц. каф. РЛ-1

Пашковский Ю.К....(ф.И.О.) Созинов Б.Л.

Москва 2005г.

Цель работы: освоение методик измерения статических вольтамперных характеристик (ВАХ) биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ). На базе полученных ВАХ транзистора научиться вычислять его малосигнальные низкочастотные усилительные параметры.

Приведём паспортные данные исследуемого транзистора КТ203В:

Р_к.max=150 мВт –максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора.

I_к.max=10 мА –максимально допустимый постоянный ток коллектора.

U_кэ.max=15 B – максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер.

h_21э =30…150 – статический коэффициент передачи тока для схемы с общим эмиттером в режиме большого сигнала.

Iкэ0< 1мкА – обратный ток коллектор-эмиттер при заданном обратном напряжении коллектор-эмиттер и разомкнутом выводе базы.

f_гр=>5 МГц – граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с

общим эмиттером.

C_к=<10 пФ – емкость коллекторного перехода.

Схема для измерения семейства статических выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером,имеет вид:

Методика измерений:

Установить в схеме напряжение на коллекторе UКЭ= -5 B, а изменением напряжения источника питания входной цепи добиться коллекторного тока IК1* (IК1*<Iк.max=10мА, IК1* = 6мА) . После установки заданного коллекторного тока IК1* измерить соответствующий ему ток базы IБ1*. Следующие измерения коллекторного тока при сохранении тока базы IБ1* провести для напряжений на коллекторе UКЭ = -15 В; -10В; -3В; -1В. Для измерния U_КЭ.нас установить I_К.нас=0.9*I_К¹_, где I_к¹ =1В. Получена характеристика I_К1(U_кэ) при токе базы I_Б1^*. Аналогичным образом провести измерения трех других ветвей I_К2(U_КЭ), I_К3(U_КЭ), I_К4(U_КЭ) с токами базы I_Б2= 0.75* I_Б1^*, I_Б3= 0.5* I_Б1^*, I_Б4= 0.25* I_Б1^* соответственно.

С
хема для измерения семейства статических входных и передаточной характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ, имеет вид:

Методика измерений:

Входные характеристики измеряются для двух напряжений на коллекторе: U_КЭ^*= -5 В (работа транзистора в активном режиме) и U_КЭ^**= 0 В (работа транзистора в режиме насыщения). Передаточная характеристика транзистора измеряется только для активного режима (U_КЭ^*= -5 В).

Провести измерения характеристик транзистора при работе в активном режиме: установить напряжение на базе U_БЭ=0 В, напряжение на коллекторе U_КЭ^*= -5 В. Затем получить максимальный ток баз I_Б^max I_Б1^*, при котором ток коллектора равен заданной величине I_К1^*=6мА (см. предыдущий эксперимент). Максимальный ток базы I_Б^max устанавливается с округлением до десятков микроампер. При данном токе базы I_Б^max измерить напряжение на базе U_БЭ.1.

Определить шаг изменения тока базы I_Б, с которым будут проведены измерения, как

I_Б = I_Б^max / n,

где n – желаемое число экспериментальных точек (рекомендуется 10). Определив шаг изменения тока базы, установить новое значение тока базы I_Б = I_Б^max - I_Б путем уменьшения входного напряжения и замерить новые значения напряжения на базе и тока коллектор. Так последовательно уменьшая ток базы с постоянным щагом I_Б, провести серию n-измерений. При последнем измерении определить напряжение на базе U_б0, когда коллекторный ток уменьшится до 5 – 10 мкА.

Результаты эксперимента.

Полученные в результате измерений данные сведём в таблицы:

А) результаты измерений семейства статических выходных характеристик

Таблица №1

Uкэ[В]	Iк.нас(Uкэ.нас)	-1	-3	-5	-10	-15
Iк1[мА]	4.74(0.18)	5.27	5.67	6.1	6.85	7.69
Iк2[мА]	3.49(0.17)	3.88	4.12	4.39	4.96	5.56
Iк3[мА]	2.24(0.15)	2.49	2.67	2.79	3.15	3.51
Iк4[мА]	1.01(0.14)	1.12	1.20	1.26	1.41	1.57

Таблица №2

Uкэ[B]	Iк[мА]	IБ[мкА]
5	Iк1*=6.1	IБ1*=132
5	Iк2*=4.39	IБ2=0.75* IБ1*=99
5	Iк3*=2.79	IБ3=0.50* IБ1*=66
5	Iк4*=1.26	IБ4=0.25* IБ1*=33

Б) результаты измерений семейства статических входных и передаточной характеристик

Таблица №3

IБ,[мкА]	(IБmax) 130	117	104	91	78	65	52	39	26	13	0
UБЭ5,[В]	0.622	0.619	0.615	0.611	0.606	0.601	0.594	0.581	0.574	0.553	(UБ0) 0.464
IК5,[мА]	5.93	5.31	4.66	4.03	3.39	2.77	2.15	1.54	0.96	0.42	0.01
UБЭ0,[В]	0.582	0.579	0.575	0.571	0.569	0.564	0.555	0.545	0.532	0.514	-

По результатам измерений построим семейство выходных характеристик (см. рисунок 1), а также семейство входных (см. рисунок2) и передаточную характеристики транзистора (см. рисунок 3), используя универсальную математическую программу Mathcad, которая упрощает проведение вычисления и построение необходимых зависимостей.

Рис. 1. Выходные характеристики транзистора КТ203В.

Рис.2. Выходные характеристики транзистора КТ203В.

Рис.3. Передаточная характеристика транзистора КТ203В.

По выходным характеристикам транзистора определим выходное сопротивление по переменному току ( rke). Это сопротивление вычисляется как отношение приращения напряжения на коллекторе Uкэ к приращению тока коллектора Iк при постоянном токе базы Iб. С геометрических позиций выходное сопротивление по переменноу току характеризует наклон выходной характеристики. Экспериментальные исследования показывают, что выходное сопротивление транзистора КТ 203 зависят от величины тока коллектора Iк (в семействе выходных характеристик каждая из них имеет свой угол наклона).

Рис.4 Зависимость выходного сопротивления транзистора по переменному току (rke) от выходного тока (Ik).

На практике часто семейство выходных характеристик транзистора в активном режиме аппроксимируют линейными характеристикам, выходящими из одной точки. Это общая для всех характеристик точка, расположенная на оси х, когда ток коллектора равен нулю, носит название напряжения Эрли (Uer). Определим Uer для каждой выходной характеристики.

Считая, что выходная характеристика транзистора линей, можно записать

Iк=а*Uкэ+в

где а и в -неизвестные коэффициенты. Для определения коэффициентов a и b запишем уравнение для двух экспериментально измеренных точек с координатами (Ik1, Uкэ1) и (Ik2, Uкэ2)

Iк1=а*Uкэ1+в

Iк2=а*Uкэ2+в

Из решения данной системы находим коэффициенты уравнения

а=(Iк1-Iк2)/(Uкэ1-Uкэ2) в=(Iк1*Uкэ2-Iк2*Uкэ1)/(Uкэ2-Uкэ1)

Напряжение Эрли определяется как

Uer= -в / а= -(Iк1*Uкэ2-Iк2*Uкэ1)/(Iк1-Iк2).

Используя данные таблицы 1, получаем для Ukэ1=-1В и Ukэ2=-15В для каждой из характеристик:

Uer(Iб1)=-29.488 В Uer(Iб2)=-31.333 В

Uer(Iб3)=-33.176 В Uer(Iб4)=-33.874 В

Среднее значение значение Uer=-32.564 B.

По полученным входным и передаточной характеристикам транзистора определим его параметры:

R5_вх = f(I_э) - входное сопротивление по постоянному току для Uкэ=5 В.

r5_вх =f(I_э) - входное сопротивление по переменному току для Uкэ=5 В.

R0_вх = f(I_э) - входное сопротивление по постоянному току для Uкэ=0 В.

r0_вх = f(I_э) - входное сопротивление по переменному току для Uкэ=0 В.

b= f(I_э) - коэффициент передачи тока базы по переменному току (b=dIk/dIb).

B= f(I_э) - коэффициент передачи тока базы по постоянному току (B=Ik/Ib).

S₌ f(I_э) - крутизна транзистора (S=dIk/dUbe).

R_вх=U_бэ/I_б, r_вх= dU_бэ/dI_б.

Эмиттерный ток транзистора Ie=Ik+Ib, но Ib мал по сравнению с Ik, значит Ie=Ik для дальнейших построений.

Рис.5. Зависимость входного сопротивления по переменному току от тока эмиттера Ie ( для Uke=0 B и Uke=5 B).

Рис.6. Зависимость входного сопротивления по постоянному току от тока эмиттера Ie ( для Uke=0 и Uke=5B).

Рис.7.Зависимость коэффициентов передачи по переменному (b) и постоянному(B) току от тока эмиттера Ie.

Рис.8. Зависимость крутизны S от тока эмиттера Ie.

«Обсуждение полученных результатов»

Полученные результаты весьма близки к ожидаемым

Входные характпристики близки к модельным , т. е. отражают реально происходящие процессы в активном режиме работы транзистора. С уменьшением тока базы характеристики сдвигаются вниз,что подтверждает прямопропорциональную связь между токами базы и коллектора.