Вольтамперные статистические характеристики полупроводниковых транзисторов

Вольтамперные статистические характеристики полупроводниковых транзисторов нелинейны и поэтому параметры транзисторов зависят от выбора рабочей точки. Для полного описания свойств транзистора и определения всех параметров необходимо иметь семейство входных и выходных характеристик. Каждая вольтамперная характеристика содержит зависимость трех величин, два семейства характеристик содержит все четыре переменные.

В схеме с общим эмиттером семейство входных характеристик представляет зависимость тока базы I_Б от напряжения между базой и эмиттером при различных постоянных напряжениях на коллекторе U_К (рис.6а).

Семейство выходных характеристик представляет зависимость тока коллектора I_К от напряжения на коллекторе U_К при различных постоянных значениях тока в цепи базы I_Б (рис.6б).

В общем случае транзистор–четырехполюсник, характеризуется четырьмя величинами: входными и выходными токами и напряжениями I₁, I₂, U₁, U₂ (рис.4). Все эти четыре величины являются взаимосвязанными и достаточно задать две из них для того, чтобы по статическим характеристикам однозначно определить две другие. Если за независимые переменные взять входной ток I₁ и выходное напряжение U₂, тогда напряжение на входе U₁ и ток на выходе I₂ являются функциями независимых переменных и связаны с ними уравнениями:

(1)

(2)

где h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂ – дифференциальные параметры линейного четырехполюсника.

В схеме с общим эмиттером цепь базы представляет собой вход, а цепь коллектора – выход и I₁=I_Б, U₁=U_Б, I₂=I_К, U₂=U_К – параметры четырехполюсника можно определить из двух условий проведения опыта.

рис.4

1. Ток в цепи базы не меняется I_Б =const. Дифференцируя уравнение (1) по U_К, получим:

(3)

где h₁₂ – обратный коэффициент усиления по напряжению.

Из уравнения (2)

(4)

где h₂₂ – выходная проводимость.

2. Напряжение между базой и коллектором не меняется U_К =const. Дифференцируя уравнения (1) и (2) по I_Б, получим:

, (5)

(6)

где h₁₁ – входное сопротивление,

h₂₁ – коэффициент усиления по току.

Смысл параметров виден также из размерности коэффициентов при анализе уравнений (1) и (2). h₁₂ и h₂₁ – безразмерные величины, а h₁₁ имеет размерность сопротивления – [Ом], h₂₂ – [Ом^-1].

Порядок выполнения работы

В данной работе используется схема включения транзистора с общим эмиттером (рис.5). Питание схемы осуществляется от выпрямителя, напряжение на базе регулируется потенциометром R₁, на коллекторе – потенциометром R₂. Два переключателя на панели установки позволяют, при изменении положения, измерять токи в цепи базы и коллектора с помощью микроамперметра, а напряжения в цепи базы и коллектора с помощью милливольтметра.

1. Ознакомится с приборами, используемыми в работе. (Записать систему прибора и касс точности. Определить пределы измерений и цену делений для I_Б, I_К, U_Б, U_К, поправочные коэффициенты нанесены на панели установки).

2. Снять семейство входных характеристик. Установить на коллекторе напряжение, равное U_К =0В (или по указанию преподавателя) с помощью потенциометра R₂. (U_К поддерживается постоянным с помощью потенциометра R₂ в ходе опыта). Подавая с помощью потенциометра R₁ на базу различные значения тока базы I_Б (7…8 точек), записать соответствующие значения напряжения базы U_Б. Установить второе значение напряжения коллектора U_К =1В (или по указанию преподавателя) и повторить опыт.

рис.5

3. Снять семейство выходных характеристик. Установить на базе с помощью потенциометра R₁ ток I_Б =1mA (I_Б поддерживается постоянным с помощью потенциометра R₁ в ходе опыта). Подовая на коллектор с помощью потенциометра R₂ различные напряжения коллектора U_К, записать соответствующие значения тока коллектора I_К. Установить на базе с помощью потенциометра R₁ ток I_Б =2mA и повторить опыт.

4. По данным опытов построить графики входных и выходных характеристик (рис.6а, рис.6б).

5. Используя графики входных характеристик определить h₁₁, h₁₂. Величины ΔI_Б, I_Б1, ΔU_Б брать из графиков в области 0,12В≤U_Б≤0,2В.

6. Используя графики выходных характеристик определить h₂₁, h₂₂. Величины ΔI_К, ΔI_Б, брать из графиков в области коллекторного напряжения до U_К =6В (на прямолинейном участке характеристики), ΔU_К, ΔI_К, брать из графиков в области начальной линейной зависимости выходной характеристики для I_Б =1mA.

7. Данные занести в таблицу (таблица рисуется произвольно).

8. Сделать соответствующий вывод.

рис.6а

рис.6б

Паспортные данные П210

1. Рабочее напряжение на коллекторе 2…60В.

2. Коэффициент усиления по току 15 и более.

3. Мощность, рассеиваемая на коллекторе ≤60Вт.