|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Структура биполярного транзистораСтр 1 из 5Следующая ⇒
Аннотация Рекомендуемые методические указания составлены в соответствии с разделом «Принципы функционирования и характеристики полупроводниковых приборов, эквивалентные схемы» по дисциплине «Электронная техника» для учащихся специальности АСУ, ТЭиО электрического электротехнического оборудования». Выполнение лабораторной работы предусматривает построение и исследование статических вольтамперных характеристик биполярного транзистора, исследование зависимости коэффициента усиления транзистора по току, от тока коллектора в статическом режиме, расчет параметров биполярных транзисторов, исследование влияния напряжения коллекторно-базового p-n перехода на его емкость, исследование характеристик усилителей на постоянном токе. Рекомендации к выполнению задания содержат краткие теоретические сведения по теме задания, задание на выполнение по варианту, методику и примеры расчёта, требуемые для выполнения справочные данные, список рекомендуемой литературы. Выполнение задания является важным элементом учебного процесса, служит для закрепления теоретического материала и приобретения навыков расчёта и моделирования электронных схем.
Требования к оформлению лабораторного задания
1. Задание выполняют на листах формата А4, на обложке указывается фамилия, имя, отчество, номер варианта. 2. Писать нужно на одной стороне листа. 3. Исходные данные и условие задания формулируется полно и четко. 4. Основные положения решения и результаты моделирования объясняют и иллюстрируют схемами, чертежами, диаграммами, характеристиками и т. д. На схемах показывают положительные направления токов. 5. Графическую часть задания выполняют аккуратно с помощью чертежного инструмента на миллиметровой бумаге. 6. Выдерживают следующий порядок записи при вычислениях: сначала приводят формулу, заменяют символы их числовыми значениями, затем выполняют преобразования с числами, после этого дают результат вычислений и указывают единицу измерения. 7. К выполненному заданию прилагают письменные ответы на требуемые контрольные вопросы (согласно варианта), перечень использованной литературы, в конце работы ставят дату и подпись.
Лабораторная работа « Исследование усилительного каскада по схеме с ОЭ» Цель задания: 1. Построение и исследование статических характеристик биполярного транзистора. 2. Исследование зависимости коэффициента усиления по току от тока коллектора в статическом режиме. 3. Расчет параметров биполярных транзисторов. 4. Исследование влияния напряжения коллекторно-базового p-n перехода на его емкость. 5. Исследование характеристик усилителей на постоянном токе. 6. Изучение методики задания параметров усилителей по постоянному току.
Теоретическая часть Структура биполярного транзистора Структура биполярного транзистора представляется тремя областями с чередующимися типами проводимости. Порядок чередования областей определяет транзисторы с прямой (p – n – p) и обратной (n – p – n) проводимостью. Упрощенные схемы структур и условные графические изображения этих типов транзисторов показаны на рис.1.1.
Рис.1.1 – Структура и условное графическое обозначение биполярного транзистора Три чередующихся слоя с разными типами проводимости образуют два p – n перехода, обозначенные цифрами 1 и 2 на рис.1.1. Взаимодействие между ними будет обеспечено тогда, когда толщина области между переходами, которая называется базой (Б), будет меньше диффузионной длины пробега неосновных носителей заряда. Примыкающие к базе области чаще всего неодинаковы. Одну из них изготавливают так, чтобы она обеспечивала эффективную инжекцию носителей в базу. Эта область обычно легирована значительно сильнее, чем база, и называется эмиттером (Э). Другая область должна наилучшим образом осуществлять экстракцию (отсос) носителей из базы и называется коллектором (К). Соответственно примыкающий к эмиттеру переход 1 называется эмиттерным, а примыкающий к коллектору (2) - коллекторным. Каждый из переходов внешним источником напряжения может быть смещен в прямом или обратном направлении. Это позволяет осуществлять три режима работы транзистора: 1. Режим отсечки – оба p – n перехода смещены в обратном направлении, токи через транзистор практически отсутствуют. 2. Режим насыщения – на оба перехода подано прямое смещение, через транзистор проходят достаточно большие токи. 3. Активный режим – на эмиттерный переход подано прямое смещение, на коллекторный – обратное. В режимах отсечки и насыщения управление транзистором практически отсутствует и сам транзистор выполняет роль электронного ключа: режим отсечки – это разрыв цепи, тока в ней нет, режим насыщения – замкнутое положение ключа, ток в цепи максимально допустимый. В активном режиме управление током транзистора наиболее эффективно, поэтому транзистор в этом режиме выполняет функции активного элемента цепи (усиление, генерирование сигналов и т.п.) Если в активном режиме на эмиттерный переход подано прямое смещение, а на коллекторный - обратное, то включение транзистора называют нормальным. При противоположных полярностях напряжений на переходах включение называют инверсным.
Таблица 1.1
На рис. 1.6 показан процесс определения h-параметров по входной ВАХ транзистора, а на рис. 1.7 - по выходной. Из рисунков видно, что значения h-параметров не являются постоянными для конкретного транзистора и зависят от режима по постоянному току (рабочей точки покоя транзистора) - значений постоянных составляющих токов и напряжений на входе и выходе транзистора. Поэтому в справочной литературе при указании h-параметров обязательно указывается и режим, при котором произведены измерения. Значения h-параметров также зависят от частоты переменного сигнала и температуры окружающей среды.
Рис. 1.6 - Определение h-параметров по входной ВАХ транзистора
Рис. 1.7 - Определение h-параметров по выходной ВАХ транзистора
Таблица 2.1
2) снять показания измерительных приборов для построения семейства входных ВАХ исследуемого транзистора. Результаты измерений записать в табл. 2.2;
3) по полученным данным на миллиметровой бумаге построить семейство входных ВАХ транзистора 4) снять показания измерительных приборов для построения семейства выходных ВАХ исследуемого транзистора. Результаты измерений записать в табл. 2.3;
Семейство входных ВАХ транзистора
Семейство выходных ВАХ транзистора
Таблица 2.2
Таблица 2.3
5) по полученным данным на миллиметровой бумаге построить семейство выходных ВАХ транзистора 6) на семействе выходных ВАХ транзистора построить линию нагрузки по постоянному току, использую данные табл. 2.1 (ЕК и RK); 7) задать начальное положение рабочей точки O (что соответствует примерно середине усилительного участка нагрузочной прямой); 8) рассчитать h - параметры транзистора относительно установленной рабочей точки; 9) используя формулы, представленные в таблице 1.1, рассчитать h-параметры для того же транзистора, включенного по схеме с общей базой.
2.2. Измерение коэффициента усиления по току в статическом режиме
1) смоделировать схему, представленную на рис. 2.2;
Рис.2.2 В цепь эмиттера включен источник тока, задающий ток в статическом режиме. Амперметрами измеряются постоянные токи в цепях базы и коллектора Iб и Iк . Коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером в статическом режиме (интегральная характеристика) рассчитывается по формуле: h21Э= Iк /Iб. 2) снять показания измерительных приборов и результаты измерений записать в табл. 2.4;
Таблица 2.4
3) по полученным значениям построить зависимость В=f(Iк), из которой определить максимальное значение h21Э для статического режима работы транзистора.
2.3. Измерение емкости коллекторно-базового перехода Ск
1) смоделировать схему, представленную на рис.2.3;
Рис. 2.3
Емкость обратносмещенного коллекторно-базового перехода Ск образует с сопротивлением резистора Rк делитель напряжения. 3) измерить значения постоянного U1 и переменного U2 напряжений; 4) рассчитать емкость Ск по формуле:
где F – частота источника синусоидального напряжения. Измерения производятся при различных значениях постоянного напряжения коллектор-база путем изменения напряжения питания от 0, 1 до 10 В. 5) результаты измерений и расчетов занести в табл. 2.5. 6) построить зависимость Ск=f(Uкб).
Таблица 2.5
Таблица 2.6
Контрольные вопросы 1. Пояснить, какие физические процессы происходят в структуре плоскостного биполярного транзистора. 2. Какие существуют режимы работы биполярного транзистора. Какие напряжения подаются на его р-n-переходы в разных режимах работы? Параметры каждого из режимов и их практическое использование. 3. Усилительный режим работы биполярного транзистора. Характеристики усилительных свойств. 4. Динамический режим работы биполярного транзистора. Построение динамической характеристики. 5. Статический режим работы биполярного транзистора. Характеристики и параметры статического режима работы. 6. Сравнительный анализ возможных схем включения биполярного транзистора (ОЭ, ОБ, ОК). Статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора для разных схем его включения. 7. Напишите выражения, с помощью которых вводятся h-параметры биполярного транзистора, и объясните физический смысл каждого из этих параметров. Изобразите эквивалентную схему биполярного транзистора в системе h-параметров. Каковы условия измерения h-параметров? 8. Как зависят характеристики и параметры биполярного и полевого транзисторов от температуры, частоты и других условий работы? 9. На семействах входных и выходных статических характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, отметьте области, соответствующие режимам отсечки, усиления и насыщения. Какие напряжения подаются на р-n-переходы транзистора в перечисленных режимах работы? 10. Что такое коэффициент насыщения Sнас транзистора? Какие значения этого коэффициента используют на практике? 11. Каков характер и величина изменения входного и выходного сопротивлений (Rвх Rвых) в зависимости от схемы включения биполярного транзистора? Какизменяется коэффициент усиления по мощности в зависимости от схемы включения биполярного транзистора? 12. В чем заключается принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом? Что собой представляет размерность крутизны S полевого транзистора? Является ли значение крутизны S постоянным для конкретного полевого транзистора? 13. Основные параметры и характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом. 14. Какими преимуществами обладают полевые транзисторы по сравнению с биполярными? 15. В чем отличие принципа действия и основных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n переходом и МДП транзистора. 16. Схемы включения полевых транзисторов, их основные характеристики (ОС, ОИ, ОЗ). Сравнительный анализ схем включения. 17. Классификация транзисторов. Принципы маркировки и условные графические обозначения биполярных и полевых транзисторов. 18. Изобразить: - принципиальную и эквивалентную схемы биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером; - статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора для этой схемы включения. Особенности, преимущества и недостатки схемы с общим эмиттером, ее практическое применение. 19. Изобразить: - принципиальную и эквивалентную схемы биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой; - статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора для этой схемы включения. Особенности, преимущества и недостатки схемы с общей базой, ее практическое применение. 20. Изобразить: - принципиальную и эквивалентную схемы биполярного транзистора, включенного по схеме с общим коллектором; - статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора для этой схемы включения. Особенности, преимущества и недостатки схемы с общим коллектором, ее практическое применение. 21. Изобразить: - принципиальную и эквивалентную схемы полевого транзистора, включенного по схеме с общим стоком; - статические вольтамперные характеристики полевого транзистора для этой схемы включения. Особенности, преимущества и недостатки схемы с общим стоком, ее практическое применение. 22. Изобразить: - принципиальную и эквивалентную схемы полевого транзистора, включенного по схеме с общим истоком; - статические вольтамперные характеристики полевого транзистора для этой схемы включения. Особенности, преимущества и недостатки схемы с общим истоком, ее практическое применение.
Список рекомендуемой литературы
1. Б.И.Горошков, А.Б.Горошков. Электронная техника: учеб. Пособие для студ. сред. проф. образования. 3-е издание. - М.: Издательский центр «Академия», 2010.
2. М.В.Гальперин. Электронная техника. Учебник. – М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2003.
3. Электротехника и электроника. Учебник для сред. проф. Образования / Б.И.Петленко, Ю.М.Инькова и др; Под ред. Б.И.Петленко. - М.: Издательский центр «Академия», 2003.
4. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов / Ю.В. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров; Под ред. О.П. Глудкина. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2002.
Аннотация Рекомендуемые методические указания составлены в соответствии с разделом «Принципы функционирования и характеристики полупроводниковых приборов, эквивалентные схемы» по дисциплине «Электронная техника» для учащихся специальности АСУ, ТЭиО электрического электротехнического оборудования». Выполнение лабораторной работы предусматривает построение и исследование статических вольтамперных характеристик биполярного транзистора, исследование зависимости коэффициента усиления транзистора по току, от тока коллектора в статическом режиме, расчет параметров биполярных транзисторов, исследование влияния напряжения коллекторно-базового p-n перехода на его емкость, исследование характеристик усилителей на постоянном токе. Рекомендации к выполнению задания содержат краткие теоретические сведения по теме задания, задание на выполнение по варианту, методику и примеры расчёта, требуемые для выполнения справочные данные, список рекомендуемой литературы. Выполнение задания является важным элементом учебного процесса, служит для закрепления теоретического материала и приобретения навыков расчёта и моделирования электронных схем.
Требования к оформлению лабораторного задания
1. Задание выполняют на листах формата А4, на обложке указывается фамилия, имя, отчество, номер варианта. 2. Писать нужно на одной стороне листа. 3. Исходные данные и условие задания формулируется полно и четко. 4. Основные положения решения и результаты моделирования объясняют и иллюстрируют схемами, чертежами, диаграммами, характеристиками и т. д. На схемах показывают положительные направления токов. 5. Графическую часть задания выполняют аккуратно с помощью чертежного инструмента на миллиметровой бумаге. 6. Выдерживают следующий порядок записи при вычислениях: сначала приводят формулу, заменяют символы их числовыми значениями, затем выполняют преобразования с числами, после этого дают результат вычислений и указывают единицу измерения. 7. К выполненному заданию прилагают письменные ответы на требуемые контрольные вопросы (согласно варианта), перечень использованной литературы, в конце работы ставят дату и подпись.
Лабораторная работа « Исследование усилительного каскада по схеме с ОЭ» Цель задания: 1. Построение и исследование статических характеристик биполярного транзистора. 2. Исследование зависимости коэффициента усиления по току от тока коллектора в статическом режиме. 3. Расчет параметров биполярных транзисторов. 4. Исследование влияния напряжения коллекторно-базового p-n перехода на его емкость. 5. Исследование характеристик усилителей на постоянном токе. 6. Изучение методики задания параметров усилителей по постоянному току.
Теоретическая часть Структура биполярного транзистора Структура биполярного транзистора представляется тремя областями с чередующимися типами проводимости. Порядок чередования областей определяет транзисторы с прямой (p – n – p) и обратной (n – p – n) проводимостью. Упрощенные схемы структур и условные графические изображения этих типов транзисторов показаны на рис.1.1.
Рис.1.1 – Структура и условное графическое обозначение биполярного транзистора Три чередующихся слоя с разными типами проводимости образуют два p – n перехода, обозначенные цифрами 1 и 2 на рис.1.1. Взаимодействие между ними будет обеспечено тогда, когда толщина области между переходами, которая называется базой (Б), будет меньше диффузионной длины пробега неосновных носителей заряда. Примыкающие к базе области чаще всего неодинаковы. Одну из них изготавливают так, чтобы она обеспечивала эффективную инжекцию носителей в базу. Эта область обычно легирована значительно сильнее, чем база, и называется эмиттером (Э). Другая область должна наилучшим образом осуществлять экстракцию (отсос) носителей из базы и называется коллектором (К). Соответственно примыкающий к эмиттеру переход 1 называется эмиттерным, а примыкающий к коллектору (2) - коллекторным. Каждый из переходов внешним источником напряжения может быть смещен в прямом или обратном направлении. Это позволяет осуществлять три режима работы транзистора: 1. Режим отсечки – оба p – n перехода смещены в обратном направлении, токи через транзистор практически отсутствуют. 2. Режим насыщения – на оба перехода подано прямое смещение, через транзистор проходят достаточно большие токи. 3. Активный режим – на эмиттерный переход подано прямое смещение, на коллекторный – обратное. В режимах отсечки и насыщения управление транзистором практически отсутствует и сам транзистор выполняет роль электронного ключа: режим отсечки – это разрыв цепи, тока в ней нет, режим насыщения – замкнутое положение ключа, ток в цепи максимально допустимый. В активном режиме управление током транзистора наиболее эффективно, поэтому транзистор в этом режиме выполняет функции активного элемента цепи (усиление, генерирование сигналов и т.п.) Если в активном режиме на эмиттерный переход подано прямое смещение, а на коллекторный - обратное, то включение транзистора называют нормальным. При противоположных полярностях напряжений на переходах включение называют инверсным.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 577; Нарушение авторского права страницы
; 
.
, 
.
, mA
, В
, В
, mA
,