15

Лабораторное занятие № 4

Исследование R–Т делителей напряжения на биполярных транзисторах

1. Цель занятия

1. Приобрести навыки включения биполярных транзисторов в цепь постоянного тока и измерение его статических вольтамперных характеристик (ВАХ).

2. Приобрести умение обеспечивать необходимый статический рабочий режим токопропускания биполярного транзистора.

3. Приобрести навыки исследования биполярного транзистора в режиме усиления гармонического сигнала.

2. Основные теоретические положения

Биполярный транзистор - это управляемый относительно его выходной цепи нелинейный резистор, сопротивление которого определяется величиной потенциальных барьеров электронно-дырочных переходов. Величина потенциальных барьеров переходов задается внешними напряжениями.

В

Рис. 1.

данной работе будут сниматься ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОЭ, когда входной цепью, управляющей состояниями переходов транзистора, является цепь базы, а выходной цепью, куда подключается нагрузка - коллекторная цепь (рис. 1).

Токопрохождение в транзисторе не зависит от схемы включения, т.е. для схемы с ОЭ справедливы уравнения:

(3.1)

(3.2)

где  - коэффициент передачи тока эмиттера,

I_ко - ток неосновных носителей обратно смещенного коллекторного перехода.

Уравнения (3.1) и (3.2) позволяют связать выходной ток I_к с входным –I_б.

где - коэффициент передачи тока базы.

Статический коэффициент передачи тока базы может определяться как отношение тока коллектора I_K к току базы I_б:

.

Входные характеристики транзистора представляют собой зависимость:

и описываются выражением:

Функция, соответствующая графикам выходных ВАХ, имеет вид:

Г

а) б)

Рис. 2

рафики этих характеристик представлены на рис. 2, а) и б) соответственно.

Подъем характеристик с ростом напряжения U_кэ, их веерообразное расхождение вызваны ростом тока I_кo и коэффициентом , а следовательно и , вследствие обратного смещения коллекторного перехода (расширения коллекторного перехода и уменьшения толщины базы). Сгущение характеристик малых и больших значений выходного тока I_к определяется соответствующей зависимостью  и  от степени прямого смещения эмиттерного перехода, т.е. от уровня инжекции носителей в базу.

Все это в целом определяет нелинейность ВАХ транзистора и возможные на практике искажения преобразуемого сигнала.

В рабочем режиме транзистора, когда в его выходную цепь включен резистор R_к, рабочая точка транзистора определяется не только его статической выходной ВАХ, но и вольтамперной характеристикой резистора R_к, которая на рис.2, б изображена в виде прямой линии, соответствующая выражению

.

Точки пересечения этой линии (линии нагрузки) и характеристик транзистора определяют возможные положения рабочих точек в зависимости от входного информационного параметра, каким является для данной схемы включения транзистора его ток базы I_б. Этот ток определяется значением резистора R_б. Поэтому рабочий режим во входной цепи транзистора соответствует положению рабочей точки как точки пересечения входной ВАХ транзистора и линии ВАХ резистора R_б (рис .2, а).

Входная ВАХ транзистора соответствует следующему выражению:

.

Статическое электрическое состояние транзистора характеризуется установившимся значением тока в его электродах и напряжением, падающем на транзисторе между его электродами: . Величины токов и напряжений транзистора, соответствующие статическому состоянию и определяют его электрический режим, соответствующийположению рабочих точек.

3. Методика выполнения занятия

Лабораторное занятие выполняется на персональном компьютере в среде программы ElectronicWorkBench. На занятии используются следующие электронные элементы:

– заземление GND;

– источник напряжения (батарея) Е;

– источник тока;

– резисторы R;

– амперметр, вольтметр;

– осциллограф;

– функциональный генератор;

– точки соединения проводников.