методичка к 1ой лабе (биполярный транзистор)

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)Лабораторная работа«Исследование характеристикбиполярного транзистора»Москва, 2006 г.В биполярном транзисторе физические процессы определяются движением носителей заряда обоих знаков, что и отражено в его названии. Нарисунке 1 приведены сечение (а), схематическое (б) и схемотехническоеизображение биполярного транзистора.БnЭБpnn+Ка)б)Рисунок 1.

Структура (а), схематическое (б) и схемотехническоеизображение (в) биполярного транзистора.Биполярный транзистор содержит три полупроводниковые области счередующимися типами проводимости (p – n – p или n – p – n), которые называются соответственно эмиттером, базой и коллектором. Эти областиразделены 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 созданы омические контакты и внешние выводы.Принцип действия транзисторов типа p – n – p и n – p – n одинаков. В работе рассматривают только транзисторы типа n – p – n, исследования транзисторов p – n – p типа проводятся аналогично, за исключением того, чтополярность рабочих напряжений и направления токов противоположны.Возможны три схемы подключения транзистора: с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором.

В работе исследуются статиче-2ские характеристики транзистора в схемах с общим эмиттером и общей базой.Схема с общим эмиттером представлена на рисунке 2.Iвых=IkIВХ = IБUВХ = UБЭUВЫХ = UКЭРисунок 2. Схема включения транзистора с общим эмиттером.При данной схеме включения входным током является ток базы, авходным напряжением – напряжение между базой и эмиттером. Выходными являются ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером.Iвх= Iб ; Uвх=Uбэ;Iвых=Iк; Uвых=Uкэ.Входная характеристика – это зависимость входного тока (в данномслучае тока базы) от входного напряжения при постоянном напряжении навыходе, т.е.

на коллекторе:Iвх=f(Uвх), или Iб=f(Uбэ)при Uкэ=const.Выходная характеристика – зависимость выходного тока (тока коллектора) от выходного напряжения при постоянном токе базы.Iвых=f(Uвых), или Iк=f(Uкэ)при Iб=constСхема с общей базой представлена на рисунке 3.3Iвх= IЭIвых= IКUвх=UЭБUвых= UКБРисунок 3. Схема включения транзистора с общей базой.При данной схеме включения входным током является ток эмиттера,а входным напряжением – напряжение между эмиттером и базой. Выходными являются ток коллектора и напряжение между коллектором и базой.Iвх=Iэ ; Uвх=Uэб;Iвых=Iк; Uвых=Uкб.Входная характеристика – это зависимость входного тока (в данномслучае тока эмиттера) от входного напряжения при постоянном напряжении на выходе, т.е.

на коллекторе:Iвх=f(Uвх), или Iэ=f(Uэб)при Uкб=constВыходная характеристика – зависимость выходного тока (тока коллектора) от выходного напряжения при постоянном токе эмиттера.Iвых=f(Uвых ), или Iк=f(Uкб) при Iэ=const.Описание установки.Исследование характеристик БП транзистора осуществляется с помощью характериоскопа, позволяющего получить на экране семействаВАХ п/п транзисторов. В состав лабораторной установки входят такжетранзистор и разъем с тремя проводами. Транзистор припаян к плате стремя выводами. К среднему выводу присоединена база транзистора. Квыводу, окрашенному в красный цвет, присоединён коллектор. Плата странзистором вставляется в разъём с тремя проводами.

Рекомендуетсявставлять плату таким образом, чтобы красный вывод коллектора соответ4ствовал красному (розовому) проводу. Белый провод при этом будет соответствовать базе, а чёрный – эмиттеру транзистора.Штекеры проводов подсоединяются к различным гнёздам характериоскопа, в зависимости от схемы включения и снимаемой характеристики.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ1. Снимите семейства входных и выходных ВАХ в схеме с общимэмиттером.Для снятия семейства выходных ВАХ в схеме с общим эмиттеромпоставьте переключатель "OFF" в нейтральное положение (рисунок П1-2приложения 1) и подключите транзистор в соответствии с рисунком 4.Рисунок 4.

Схема подключения транзистора при снятии семействавыходных ВАХ в схеме с общим эмиттером.На приборе CHARACTERISCOPE установите ручки управления вследующие положения:– переключатель "НОR .VOLTS" в положение (0,5 – 1,0) В/дел;– переключатель "VERT. CURRENT "в положение – 1 мА/дел.;– переключатель "BASE STEPS" в положение "6";– тумблер "STEP POL" в положение ''+";– кнопка "ONE CURVE" отжата;– переключатель "STEP AMPLITUDE" в положение (50 –100) мкА;– переключатель "COLLECTOR SUPPLY" в положение – "+АС".5Включите питание прибора ручкой "SCALE ILLUM" и установитеудобный уровень освещенности шкалы. Время прогрева прибора не менее 5 минут.После того, как будут выставлены необходимые чувствительности,полярности и количество шагов, можно включить изображение, переведяпереключатель "OFF" в соответствующие положение ÅилиÆ.

В результате на экране должно появиться семейство ВАХ. Каждая кривая семейства соответствует постоянному значению входного тока на гнезде “B”.После этого необходимо произвести балансировку. Балансировкаосуществляется вращением ручки "OFFSET". При вращении ручки"OFFSET" семейство кривых синхронно перемещается по экрану. Для балансировки нужно добиться такого положения, когда нижняя кривая придвижении семейства ВАХ сверху вниз остановится (при этом она будетсоответствовать Iб=0); начало этой кривой (яркая точка) является началомкоординат при построении графика ВАХ. После балансировки откорректируйте чувствительность вертикального отклонения так, чтобы семействоВАХ занимало как можно большую часть экрана характериоскопа, и перерисуйте семейство выходных ВАХ на миллиметровку в масштабе достаточно крупном для дальнейших вычислений (1 клетка на экране осциллографа ≤ 1см).Для снятия семейства входных ВАХ в схеме с общим эмиттером поставьте переключатель "OFF" в нейтральное положение и подключитетранзистор в соответствии с рисунком 5.Рисунок 5.

Схема подключения транзистора для получения семействавходных характеристик в схеме с общим эмиттером.6На приборе CHARACTERISCOPE установите ручки управления вследующие положения:переключатель "НОR .VOLTS" в положение 0,1 В/дел;– переключатель "VERT.

CURRENT "в положение – (20 – 50)мкА/дел.;– переключатель "BASE STEPS" в положение "6";– тумблер "STEP POL" в положение ''+";– кнопка "ONE CURVE" отжата;– переключатель "STEP AMPLITUDE" в положение 1 В;– переключатель "COLLECTOR SUPPLY" в положение – "+АС".После того, как будут выставлены необходимые чувствительность,полярность и количество шагов, можно включить изображение, переведяпереключатель "OFF" в соответствующие положение Å или Æ. В результате на экране должно появиться семейство ВАХ. Каждая кривая семейства соответствует постоянному значению выходного напряжения на гнезде“B”.Перерисуйте семейство ВАХ на миллиметровку в масштабе достаточно крупном для дальнейших вычислений (1 клетка на экране осциллографа ≤ 1см).2.

Снимите семейства входных и выходных ВАХ в схеме с общей базой.Для снятия семейства выходных ВАХ в схеме с общей базой поставьте переключатель "OFF" в нейтральное положение и подключитетранзистор в соответствии с рисунком 6.7Рисунок 6. Схема подключения транзистора для получения семействавыходных ВАХ в схеме с общей базой.На приборе CHARACTERISCOPE установите ручки управления вследующие положения:– переключатель "НОR .VOLTS" в положение (0,5 – 1,0) В/дел;– переключатель "VERT.

CURRENT "в положение – 1 мА/дел.;– переключатель "BASE STEPS" в положение "6";– тумблер "STEP POL" в положение ''-";– кнопка "ONE CURVE" отжата;– переключатель "STEP AMPLITUDE" в положение 1 мА;– переключатель "COLLECTOR SUPPLY" в положение – "+АС".Переведите переключатель "OFF" в соответствующее положение Åили Æ. В результате на экране должно появиться семейство ВАХ. Каждаякривая семейства соответствует постоянному значению входного тока нагнезде “B”.Произведите балансировку. После балансировки откорректируйтечувствительность вертикального отклонения так, чтобы семейство ВАХзанимало как можно большую часть экрана характериоскопа, и перерисуйте семейство ВАХ на миллиметровку в масштабе достаточно крупном длядальнейших вычислений (1 клетка на экране осциллографа ≤ 1см).Для снятия семейства входных ВАХ в схеме с общей базой поставьте переключатель "OFF" в нейтральное положение и подключите транзистор в соответствии с рисунком 7.8Рисунок 7.

Схема подключения транзистора для получения семействавходных характеристик в схеме с общей базой.На приборе CHARACTERISCOPE установите ручки управления вследующие положения:– переключатель "НОR .VOLTS" в положение 0,1 В/дел;– переключатель "VERT. CURRENT "в положение – 1 мА/дел.;– переключатель "BASE STEPS" в положение "6";– тумблер "STEP POL" в положение ''+";– кнопка "ONE CURVE" отжата;– переключатель "STEP AMPLITUDE" в положение 1 В;– переключатель "COLLECTOR SUPPLY" в положение – "-АС".После того, как будут выставлены необходимые чувствительность,полярность и количество шагов, можно включить изображение, переведяпереключатель "OFF" в соответствующие положение Å или Æ.

В результате на экране должно появиться семейство ВАХ. Каждая кривая семейства соответствует постоянному значению выходного напряжения на гнезде“B”.Перерисуйте семейство ВАХ на миллиметровку в масштабе достаточно крупном для дальнейших вычислений (1 клетка на экране осциллографа ≤ 1см).3. Рассчитайте графически h-параметры по формулам :h11=∆Uвх/∆Iвхпри ∆Uвых=0.h12=∆Uвх/∆Uвых при ΔIвх = 0.9h21=∆Iвых/∆Iвхпри ∆Uвых=0.h22==∆Iвых/∆Uвых при ΔIвх = 0.4.

Результаты расчетов занесите в таблицу:h11 = rвх - дифференциальное входное сопротивление.h12 = КОС - коэффициент обратной связи по напряжению.h21- коэффициент передачи по току (β - в схеме с общим эмиттером, α - всхеме с общей базой).ri =1/ h22 - дифференциальное внутреннее сопротивление.Параметрrвх, ОмКОСОЭОБ10β (ОЭ)α (ОБ)ri, кОмПриложение 1Описание характериоскопа.Внешний вид характериоскопа приведен на рисунке П1-1.Рисунок П1-1.

Внешний вид характериоскопа.На передней панели характериоскопа кроме экрана находятся следующие органы управления:1 – ручка "НОR .VOLTS" - регулировка чувствительности напряжения на гнезде "С" (чувствительность по горизонтальной оси, В/дел);2 – переключатель "COLLECTOR SUPPLY" - полярность напряжения на клемме "С" (следует выставлять переменное напряжение – АС);3 – трехпозиционный переключатель "OFF" - подключает исследуемый прибор к характериоскопу;4 – клеммы для подключения исследуемых приборов к характериоскопу;5 – переключатель "STEP AMPLITUDE" - регулировка шага изменения тока или напряжения, подаваемого на входную клемму "В";116 – ручка "OFFSET" - установка начального тока или напряжения,подаваемого на входную клемму "В";7 – переключатель "STEP AMPLITUDE" - количество шагов тока(или напряжения) на клемме "В" (соответствуют получаемому количествукривых в семействе характеристик);8 – тумблер "STEP POL" – полярность напряжения на клемме "В";9–переключатель "VERT.