Характеристики биполярного транзистора

 

Цель работы: экспериментальное получение вольт-амперных характеристик (ВАХ) биполярного транзистора и определение по ним параметров эквивалентной схемы замещения транзистора.

Краткие теоретические сведения. Для использования транзисторов необходимо представ­ление сведений о них в виде характеристик и параметров, которые позволяют правильно выбрать транзистор и опре­делить режимы его работы.

Транзистор описывается семействами вы­ходных и входных характеристик. Рассмотрим в качестве примера семейства ВАХ транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Выходной или коллекторной ВАХ транзистора называ­ется зависимость коллекторного тока от напряжения меж­ду коллектором и эмиттером I_К = F(U_КЭ), снятая при неиз­менном токе базы I_Б = const. Семейство выходных ВАХ транзистора приведено на рис.1.1а. Зависимость I_К (U_КЭ), как видно из рисунка, является нелинейной и может быть разбита на ряд участков.

На большей части характеристик при U_КЭ > U_КЭ.Н ток коллектора почти не зависит от напряжения U_КЭ (пологий участок характеристик). На этом участке транзистор работает в режиме, когда на эмиттерном переходе действует прямое, а на коллекторном – обратное напряжение. Транзистор в этом случае может характеризоваться как прибор со свойствами управляемого источника тока, т. е. источника тока I_К, значение которого можно изменять путем изменения тока I_Б .

Для изменения входного тока базы, например, его увеличения, увеличивают прямое напряжение на эмиттерном переходе, и инжекция носителей из эмиттера в базу и ток эмиттера увеличивается. Увеличение тока базы обусловлено увеличением рекомбинации части дырок (транзистор p-n-p-типа) в тонкой базе.

 

 

Рис. 1.1. Выходные (а) и входные (б) характеристики биполярного транзистора

 

Основная часть приращения тока эмиттера вызывает приращение тока коллектора. Небольшой наклон пологого участка выходной характеристики обусловлен тем, что при увеличении напряжения U_КЭ увеличивается напряжение на коллекторном переходе и расширяется слой коллекторного перехода, что приводит к уменьшению толщины базы. В более тонкой базе меньше вероятность рекомбинации носителей, поэтому растет коллекторный ток.

При уменьшении U_КЭ (крутой участок выходной характеристики) уменьшается напряжение на коллекторном переходе U_КБ , и при U_КЭ= U_КЭ.Н = U_БЭ напряжение U_КБ = U_КЭ - U_БЭ изменяет свой знак. При дальнейшем уменьшении U_КЭ до нуля к коллекторному переходу приложено прямое напряжение. Навстречу току дырок из эмиттера в коллектор начинается противоположное движение основных носителей из коллектора в базу. В результате коллекторный ток резко падает. Крутой участок выходных характеристик транзистора характеризуется потерей транзистором усилительных свойств, эта часть характеристик используется в импульсной технике при реализации ключевого режима работы транзистора. Напряжение, отсекающее крутой участок на выходных характеристиках, U_КЭ.Н =0, 2-1В.

Для предотвращения необратимого пробоя транзистора ограничиваются напряжение на коллекторе и мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе (на рис.1.1а показаны ограничения рабочего участка характеристик).

Обратимся к рассмотрению входных характеристиктранзистора - зависимостей тока базы от напряжения меж­ду базой и эмиттером: I_Б= F(U_БЭ), при постоянном напря­жении U_КЭ. При U_КЭ = 0 оба перехода в транзисторе ра­ботают при прямом напряжении, токи коллектора и эмит­тера суммируются в базе. Входная характеристика в этом режиме представляет собой ВАХ двух р-п переходов, вклю­ченных параллельно (рис. 1.1б).

При U_КЭ > U_{КЭ, Н}, на коллекторном переходе появляется обратное напряжение, на эмиттерном — сохраняется пря­мое. Ток базы в этом режиме, обусловленный процессом рекомбинации неосновных носителей в базе, равен разности эмиттерного и коллекторного токов. Входная характеристика транзистора рис. 1.1б в этом ре­жиме строится по прямой ветви ВАХ эмиттерного перехода, но значения тока уменьшаются, поскольку ток базы — это лишь рекомбинационная составляющая эмиттерного тока.

При любой схеме включения транзистор может быть представлен в виде активного четырехполюсника (рис. 1.2), на входе которого действует напряжение u₁ и протекает ток i₁, а на выходе — напряжение u₂ и ток i₂.

 

 

Рис.1.2. Схема транзистора, представленного в виде активного четырехполюсника

 

Для транзисторов чаще всего используются h-параметры, т.к. они наиболее удобны для измерений. Система уравнений, показывающая связь напряжений и токов с h-параметрами, имеет вид:

u₁ = h₁₁ i₁ + h₁₂ u₂;

i₂ = h₂₁ i₁ + h₂₂ u₂ .

Физический смысл соответствующих коэффициентов следующий:

h₁₁ = i₁ / u₁ - входное сопротивление при коротком замыкании на выходе (u₂=0);

h₁₂ = i₁ / u₂ - коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе (i₁=0);

h₂₁ = i₂ / i₁ - коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе (u₂=0);

h₂₂ = i₂ / u₂ - выходная проводимость при холостом ходе на входе (i₁=0).

Знание h-параметров позволяет построить эквивалентную линейную схему замещения транзистора, изображенную на рис.1.3.

Подобные схемы замещения используются при аналитическом расчете транзисторных схем, позволяют получить простые расчетные соотношения и произвести количественную оценку параметров схем.

 

 

Рис.1.3. Эквивалентная схема замещения транзистора в

h-параметрах

 

Значения h-параметров зависятот выбора рабочей точки, температуры, частоты и схемы включения транзистора. Для определенной схемы включения (ОЭ, ОБ, ОК) добавляются соответствующие ин­дексы (Э, Б, К) при обозначении параметров, например h_11Э; h_{22 K} и т. д.

Приближенные значения h-параметров можно определить графоаналитическим способом по статическим входным и выходным харак­теристикам. Для определения всех h-параметров необходимо иметь не менее двух характеристик каждого семейства (входных и выход­ных). Параметры рассчитываются по величинам конечных при­ращений токов и напряжений вблизи рабочей точки транзис­тора.

Для схемы с ОЭ на семействе входных характеристик в рабочей точке А строят треугольник, из А проводят прямые, параллельные оси абсцисс и оси ординат до пересечения со второй характеристикой в точках В и С (рис. 1.4а). Из характеристического треугольника АВС получают все необходимые величины для определения h_11Э и h_12Э :

(1.1)

 

 

 

Рис.1.4. Определение h-параметров по ВАХ транзистора

 

В рабочей точке А’ по выходным характеристикам (рис.1.4б) определяют параметры h_22Э и h_21Э :

. (1.2)

Аналогично можно определить h-параметры для любой схемы включения транзистора.

Рабочее задание

1.Подготовьте к работе исследуемую цепь. Для этого

а) познакомьтесь со схемой исследуемой цепи (рис.1.5);

б) при отключенном макете установите напряжение источника Е_К равным 12 В; не изменяя значения установленного напряжения, выключите источник;

 

 

Рис.1.5. Схема исследуемой цепи

в) соберите исследуемую цепь в соответствии с рис.1.5, в качестве R_Б используйте магазин сопротивлений, особое внимание обратите на полярность включения источника напряжения Е_К;

г) установите сопротивление R_Б равным 90 кОм;

д)включите напряжение питания Е_К.

2. Сни­мите семейство входных ВАХ I_Б= F(U_БЭ). Для этого

а) с помощью потенциометра R установите напряжение U_КЭ = 2В, измерьте соответствующее напряжение U_БЭ ;

б) меняя значение R_Б в пределах от 90 к0м до 20 к0м и поддерживая при этом U_КЭ постоянным, измерьте соответствующие значения напряжения U_БЭ ;

в) повторите измерения при U_КЭ = 5 В.

Проведенные измерения сведите в табл.1. Для расчета I_Б воспользуйтесь законом Ома .

3. Сни­мите семейство выходных ВАХ I_К= F(U_КЭ). Для этого

а) установите сопротивление R_Б равным 90 кОм;

б) с помощью потенциометра R доведите напряжение U_КЭ до минимального значения, измерьте соответствующее напряжение U_RК на резисторе R_К ;

в) увеличивая с помощью потенциометра R напряжение U_КЭ повторите измерения при нескольких значениях U_КЭ, доведя его до возможно большего значения.

в) повторите измерения при R_Б = 70 и 50 кОм.

Проведенные измерения сведите в табл.2. Для расчета I_К воспользуйтесь законом Ома .

4. По полученным данным постройте семейство входных и выходных ВАХ биполярного транзистора.

5. Рассчитайте h-параметры транзистора, воспользовавшись соотношениями (1.1) и (1.2).

6. Постройте эквивалентную схему замещения транзистора, указав в ней полученные значения h-параметров.

Контрольные вопросы

1.Расскажите об устройстве, принципах работы и основных параметрах биполярных транзисторов.

2.Что такое входные и выходные вольт-амперные характеристики транзистора?

3.Каков смысл h-параметров транзистора?

4.Как определить h-параметры по ВАХ транзистора?

5. Как строится и для чего используется эквивалентная схема замещения транзистора в h-параметрах?

 

Таблица 1

UКЭ = 2 В	UКЭ = 5 В
RБ кОм	UБЭ В	IБ мА	RБ кОм	UБЭ В	IБ мА
…			…

 

 

Таблица 2

RБ =90 кОм	RБ =70 кОм	RБ =50 кОм
UКЭ В	URК В	IКм А	UКЭ В	URК В	IКм А	UКЭ В	URК В	IКм А

 

Лабораторная работа № 2

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах
2. Назначение областей транзистора
3. Определение статического коэффициента передачи тока транзистора
4. Параметры, характеризующие свойства транзистора усиливать напряжение.
5. Рассмотрим электронный ключ на основе биполярного транзистора
6. Статические характеристики биполярного транзистора
7. Статические характеристики транзистора
8. Т-образная эквивалентная схема транзистора ОБ
9. УСИЛИТЕЛИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
10. Характеристики полевого транзистора
11. Эксперимент 5 - Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОБ