- •Александр Давидович Бялик
- •Введение
- •Полупроводниковые диоды
- •1. Цель и содержание работы
- •2. Сравнение характеристик реальных диодов с характеристикой идеализированного p–n-перехода
- •3. Сравнение вах диодов из различных материалов
- •Параметры вах диодов для разных материалов при 300 к
- •4. Описание лабораторной установки
- •5. Порядок выполнения работы
- •6. Вопросы и задания для подготовки и защиты работы
- •Стабилитроны
- •1. Цель и содержание работы
- •2. Характеристики и параметры стабилитронов
- •Uобр uст iст мин iст Iст макс Рабочая точка I
- •3. Механизмы пробоя
- •4. Описание лабораторной установки
- •5. Порядок выполнения работы
- •7. Вопросы и задания для подготовки к работе
- •Биполярный транзистор в схеме с об
- •1. Цель и содержание работы
- •2. Характеристики и параметры биполярных транзисторов
- •2.1. Коэффициент передачи тока
- •2.2. Вольт-амперные характеристики транзистора
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Вопросы и задания для подготовки к работе и защиты
- •Тиристор
- •1. Цель и содержание работы
- •2. Основные параметры тиристора
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Вопросы и задания для подготовки к работе
- •Литература
- •Задачи для подготовки и защиты лабораторных работ
Биполярный транзистор в схеме с об
1. Цель и содержание работы
Целью работы является изучение принципа действия, основных параметров и статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) биполярного транзистора в схеме с общей базой (ОБ). В работе снимаются входные, выходные и передаточные ВАХ германиевых и кремниевых транзисторов. По характеристикам определяются основные параметры.
2. Характеристики и параметры биполярных транзисторов
Биполярный транзистор представляет собой трехэлектродный полупроводниковый прибор на основе p–n–p- илиn–p–n-структуры, предназначенный для усиления и генерации электрических сигналов. Процессы вp–n–p- иn–p–n-структурах протекают аналогично. На- пример, вр–п–р-структуреn-область, разделяющаяp-области, называетсябазой, одна изp-областей –эмиттером, а другая –коллектором (рис. 3.1).
p
n p
Рис. 3.1. Структура биполярного p–n–p-транзистора
В основном рабочем режиме (активном), эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный – обратном. Полярности внешних напряжений в схеме с ОБ для p–n–p-илиn–p–n-транзисторов показаны на рис. 3.2. Эмиттер легирован значительно сильнее, чем база, поэтому при включении его в прямом направлении ток эмиттера вp–n–p-транзисторе представляет собой ток инжекции дырок в базу. Инжектированные дырки диффундируют к коллектору. Так как ширина базымного меньше диффузионной длины дырокLp, то большая часть дырок доходит до обратно смещенного коллектора, захватывается его полем и переносится в коллектор, образуя коллекторный ток.
IЭ
IК
IЭ
IК
UЭБ
UКБ
UКБ
UЭБ
IБ
IБ
а б
Рис. 3.2. Полярности на p–n–p (а) и n–p–n (б) транзисторах
для нормального включения
Поскольку коллектор включен в обратном направлении, то его ток определяется только дырками, дошедшими из эмиттера, и почти не зависит от напряжения на коллекторе. Коллектор обладает большим выходным сопротивлением и по отношению к внешней цепи является генератором тока . Высокое выходное сопротивление коллекторного перехода позволяет включить в его цепь достаточно большое сопротивление нагрузки, на котором выделяется мощность, значительно больше мощности, затраченной во входной цепи. Энергия источника питания с помощью транзистора преобразуется в энергию электрического сигнала.
2.1. Коэффициент передачи тока
При = 0 через коллекторный переход идет некоторый начальный обратный ток, обусловленный тепловой генерацией электронно-дырочных пар.
Коэффициент передачи тока показывает отношение коллекторного тока (без) к эмиттерному.
, так как обычно. (3.1)
Величина зависит от параметров базы и эмиттера, она обычно близка к единице и составляет около 0,95…..0,98.
Закон Кирхгофа для токов в транзисторе выражается соотношением
,
что позволяет, используя (3.1), представить ток базы и в виде:
, (3.2)
. (3.3)
Основную долю базового тока составляет ток рекомбинации, пропорциональный общему избыточному заряду дырок в базе
, (3.4)
где – время жизни дырок в базе.
На рис. 3.3 показано распределение дырок в базе для двух напряжений на коллекторном переходе. Распределение дырок в базе подчиняется уравнению непрерывности и граничным условиям Шокли у эмиттерного перехода
, (3.5)
где – равновесная концентрация дырок вn-базе; – собственная концентрация;– концентрация доноров в базе.
На коллекторном переходе
.
Так как в нормальном режиме и, то, а.Ток дырок в базе имеет диффузионный характер, поэтому
, (3.6)
где – площадь эмиттерного перехода.
Так как рекомбинация в тонкой базе незначительна, то
и.
ЭБ
КБ
Рис. 3.3. Распределение дырок в базе p–n–p-транзистора
в активном нормальном режиме
Распределение дырок в базе имеет почти линейный вид (рис. 3.3)
, (3.7)
а заряд дырок , проходящих сквозь базу, пропорционален заштрихованной на рис. 3.3 площади
. (3.8)
Коэффициент передачи тока с учетом (4.3) и (4.4) принимает вид
, поскольку. (3.9)
Это выражение правильно передает зависимость коэффициен- та передачи от толщины базы и времени жизни дырок в ней, но не учитывает вкладов электронных токов эмиттерного и коллекторного переходов.