Г.Г. Спирин - Электричество, оптика, атомная физика, физика твёрдого тела, страница 27

12.15ik задается значением тока в цепиэмиттера iэ.Экспериментальная установкаДля исследования характеристик полупроводникового транзистора,включенногопосхемесобщейбазой,предназначенаэкспериментальная установка, общий вид которой приведен нарис.12.16.Величину тока эмиттера iэ в исследуемом транзисторе 2устанавливают с помощью регулируемого входного сопротивления R1и измеряют миллиамперметром 1.20923вкл.1mАmАiэik4R1R2uэukРис. 12.16Сопротивлением R2 изменяют напряжение uk в цепибаза коллектор, которое измеряется вольтметром 4.

Ток в цепиколлектора ik измеряется зеркальным миллиамперметром 3.Порядок выполнения работы1. Подключить установку тумблером к сети.2. Определить цену деления применяемых приборов. Цена деленияамперметра или вольтметра определяется по формуламiu max,i0 max или u 0NNгде imax umax – предел измерения амперметра или вольтметра (написанна приборе), N – общее число делений шкалы прибора.3. Потенциометром R1 установить ток в цепи эмиттера iэ = 2 мА.Потенциометром R2 установить напряжение в цепи коллектора uk = 0.Измерить ток в цепи коллектора ik. Результат измерения занести втабл.12.3.4. Увеличивая потенциометром R2 напряжение в цепи коллектора,измерить зависимость тока в цепи коллектора ik от напряжения uk = 2,4, 6, 8, 10 В. При этом необходимо следить за постоянством тока вцепи эмиттера iэ.

Выше 10 В напряжение между коллектором и базойuk не подавать! Результаты измерений занести в табл.12.3.210Таблица 12.3№п.п123456ukB0246810iэ=2мАikмAiэ=4мАikмAiэ=6мАikмAiэ=8мАikмAiэ=10мАikмA5. Повторяя п.п.3,4; снять вольт–амперные характеристики длядругих значений тока в цепи эмиттера iэ = 4, 6, 8, 10 мА.6. Выключить установку из сети.7. Построить на одном графике полученные вольт–амперныехарактеристики ik = f(uk) при iэ = const, как показано на рис.12.15.8. По одной из характеристик найти выходное сопротивление цепи.Для этого на линейном участке кривой выбрать интервал uk, определитьсоответствующий ему интервал ik и по угловому коэффициентузависимости рассчитать выходное сопротивление транзистора:ukR вых.ikТаблица 12.4№п.п123456iэмА0246810ikмА9.

По построенным вольт амперным характеристикам найтизначения тока в цепи коллектора ik для напряжения uk = 5 В приразличных значениях тока в цепи эмиттера iэ. Результаты занести втабл.12.4.10. Построить график зависимости тока в цепи коллектора от тока вцепи эмиттера ik = f(iэ).

По угловому коэффициенту наклона графика к211оси абсцисс (iэ) согласно формуле (12.16) определить коэффициентусиления транзистора по току .Контрольные вопросы1. Что представляет из себя полупроводниковый транзистор?2. Описать принцип работы транзистора, включенного по схеме собщей базой.3. Усиление каких параметров электрического сигнала позволяетполучить схема включения с общей базой?4. Дать определение коэффициентам усиления электрическогосигнала по току и напряжению.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 134Исследование параметров кристаллическоготриода (транзистора), включенного по схеме собщим эмиттеромЦель работы: снятие вольт–амперных характеристик триода в схемес общим эмиттером и определение коэффициента усиления по току.Методика измеренийПолупроводниковые триоды (транзисторы) представляют собойсовокупность двух p–n переходов, полученных тем или иным способомв одном полупроводящем кристалле.На рис.12.17 показано схематическое изображение транзисторовтипа p–n–p и n–p–n.рnрnрnРис.

12.17Транзисторы имеют три области. Одна из крайних областей,являющаяся источником электронов или дырок, называется эмиттером(Э), средняя область – базой (Б), область, собирающая заряды, –коллектором (К).В работе исследуется германиевый транзистор p–n–p типа,включенный по схеме с общим эмиттером, как показано на рис.12.18.На схеме u1 и u2 – источники внешнего напряжения в цепях базы и212коллектора, R1 и R2 регулируемые сопротивления в цепях базы иколлектора.Как видно из схемы, переход эмиттер–база включен в прямомнаправлении (т.е. внешнее напряжение u1 уменьшает контактную разностьпотенциалов р–n перехода эмиттер–база); а к коллекторуприкладывается отрицательное по отношению к базе напряжение, т.е.переход база–коллектор включен в обратном (запирающем) направлении.Следовательно из эмиттера в базу течет достаточно большой повеличине диффузионный ток, созданный основными носителямизаряда (дырками).u2рnрVkR2ikiэmAЭR1БКEk EkmAiБu1Рис.

12.18Так как толщина базы обычно весьма мала (порядка несколькихмикрометров), то только очень малая часть прибывающих из эмиттерадырок отводится в электрическую цепь базы (обычно порядка 1% всехдиффундировавших дырок). В основном эти дырки подхватываютсяконтактным полем перехода база–коллектор и переходят в цепьколлектора. В типичных транзисторах небольшой входной ток в цепибазы позволяет управлять примерно в 100 раз большим током в цепиколлектора, то есть схема включения собщим эмиттером позволяет получитьikусиление входного сигнала по току.iБ = 80мкАКоэффициентом усиления по токуназывается отношение изменения токав цепи коллектора к изменению тока вiБ = 20мкАцепи базыukРис. 12.19ikпри uк = constiз(12.17)213Вид зависимости тока от напряжения в цепи коллектора приразличных значениях тока в цепи базы iБ (вольтамперныехарактеристики транзистора) показан на рис.12.19.

Величина тока вцепи коллектора ik регулируется значением тока в цепи базы iБ.Экспериментальная установкаДля исследования характеристик полупроводникового транзистора,включенного по схеме с общим эмиттером, предназначена экспериментальнаяустановка, общий вид которой приведен на рис.12.20.23АiБmАвкл.ik1R14R2ukРис.

12.20Величину тока базы iБ в исследуемом транзисторе 4 устанавливаютс помощью регулируемого входного сопротивления R1 и измеряютмикроамперметром 3. Сопротивлением R2 изменяют напряжение uk вцепи база коллектор, которое измеряется вольтметром 1. Ток в цепиколлектора ik измеряется зеркальным миллиамперметром 2.Порядок выполнения работы1.

Подключить установку тумблером к сети.2. Определить цену деления применяемых приборов. Цена деленияамперметра или вольтметра определяется по формуламiu max,i0 max или u 0NNгде imax umax – предел измерения амперметра или вольтметра (написанна приборе), N – общее число делений шкалы прибора.2143. Потенциометром R1 установить ток в цепи базы iБ = 20 мкА.Потенциометром R2 установить напряжение в цепи коллектора uk = 0.4. Увеличивая потенциометром R2 напряжение в цепи коллектора,измерить зависимость тока в цепи коллектора ik от напряжения uk = 2,4, 6, 8, 10 В. При этом необходимо следить за постоянством тока вцепи базы iБ. Выше 10 В напряжение между коллектором и эмиттеромuk не подавать! Результаты измерений занести в табл.

12.5.Таблица 12.5№п.п123456ukB0246810iБ=20мкАikмAiБ=40мкАikмAiБ=60мкАikмAiБ=80мкАikмAiБ=100мкАikмA5. Повторяя п.п.3,4; снять вольт–амперные характеристики длядругих значений тока в цепи базы iБ = 40, 60, 80, 100 мкА. Результатыизмерений записать в табл.12.5.6. Выключить установку из сети.7. Построить на одном графике полученные вольт–амперныехарактеристики ik = f(uk) при iБ = const, как показано на рис.12.19.8. По одной из характеристик найти выходное сопротивление цепи.Для этого на линейном участке кривой выбрать интервал uk,определить соответствующий ему интервал ik и по угловомукоэффициенту зависимости рассчитать выходное сопротивлениетранзистора:ukR вых.ik9. По построеннымвольт амперным характеристикам найтизначения тока в цепи коллектора ik для напряжения uk = 5 В приразличных значениях тока в цепи базы iБ.

Результаты занести втабл.12.6.10. Построить график зависимости тока в цепи коллектора от тока вцепи базы ik = f(iБ). По угловому коэффициенту наклона графика к осиабсцисс (iБ) согласно формуле (12.17) определить коэффициентусиления транзистора по току .215Таблица 12.6№п.п123456iБмкА020406080100ikмАКонтрольные вопросы1. Что представляет из себя полупроводниковый транзистор?2. Описать принцип работы транзистора, включенного по схеме собщим эмиттером.3.

Каким образом в схеме с общим эмиттером получают усилениеэлектрического сигнала по току?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 135Исследование температурной зависимостиэлектропроводности полупроводниковЦель работы: Изучение зависимости электропроводностиполупроводника от температуры и определение энергии ионизациипримесей Еi.Методика измеренийВ данной работе исследуется электропроводность примесногопроводника в области невысоких температур, в которой собственнаяпроводимость не проявляется. В этом случаеудельнаяэлектропроводность будет определяться формулой (12.5)С expEi,2kTгде Еi – энергия ионизации донорных или акцепторных примесей (взависимости от типа примесного полупроводника), k = 1,38 10–23 Дж/К– постоянная Больцмана, T – абсолютная температура полупроводника.Электропроводность полупроводника G есть величина, обратнаяего сопротивлению2161,Rи связана с удельной электропроводностью соотношениемGG(12.18)S,Lгде S – площадь поперечного сечения, L длина полупроводника.Соответственно зависимость электропроводности полупроводникаот температуры будет иметь видEiG С exp.(12.19)2kTАнализировать температурную зависимость электропроводности Gполупроводника удобно с помощью графика, построенного вполулогарифмическом масштабе, как показано на рис.12.21.Логарифмируяформулу(12.19),получаемпрямолинейнуюзависимость ln G f (1 T)lnGln GlnG1lnG21 Т2 1 Т1 Т1ln CEi 1.2k T(12.20)Выбрав на графике двепроизвольные точки, можновычислить угловой коэффициентполученнойAEi 2kзависимостиРис.

12.21Aln G1 ln G 2.1 T1 1 T2(12.21)Тогда величина энергии ионизации примесей определится поформуле(12.22)Ei 2kA .Экспериментальная установкаДля исследования зависимости электропроводности примесногополупроводника от температуры предназначена экспериментальнаяустановка, общий вид которой приведен на рис.12.22.Роль нагревателя выполняет керамическое сопротивление печи 3,на которое подается напряжение 12 В. Температура в печи измеряетсятермометром 2.2172112 В3вкл.мостсопротивленийРис.