Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы

Изучение характеристик, параметров и режимов работы биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Описание лабораторной установки

В комплект лабораторной установки входят следующие модули: «Транзисторы», «Функциональный генератор», «Миллиамперметры», «Мультиметры», двухканальный осциллограф.

Лицевая панель модуля «Транзисторы» представлена на рис. 1. На ней приведена мнемосхема и установлены коммутирующие и регулирующие элементы. Тумблер «Питание» предназначен для включения модуля «Транзисторы». О включенном состоянии модуля указывает световой индикатор, расположенный над тумблером. На мнемосхеме модуля изображены: биполярный транзистор VT1, потенциометр RР1 для изменения напряжения, подаваемого на базу, токоограничивающий резистор R1, резистор нагрузки R2, сопротивление которого изменяется переключателем SA1. Величины сопротивлений, соответствующие положениям переключателя, приведены в табл. 1.

Рис. 1. Модуль транзисторов

Таблица 1

№ позиции SA1	1	2	3	4	5
Сопротивление R2, кОм	1	1,2	1,5	1,8	2,4

Величина постоянного напряжения, подаваемого на коллектор, регулируется потенциометром RP2. Переключатель SA2 предназначен для включения переменного или постоянного напряжения. Для подачи на коллектор только положительных полуволн переменного напряжения служит диод VD. Ток в этой цепи ограничивает резистор R3. Резистор R_G имитирует внутреннее сопротивление источника входного сигнала. Конденсатор С исключает влияние внутреннего сопротивления источника входного сигнала на положение рабочей точки покоя. Шунт R_Ш= 50 Ом служит для осциллографирования сигнала, пропорционального току через транзистор. На передней панели размещены также гнезда для осуществления внешних соединений (X1 -XI6).

Задание и методические указания

1. Предварительное домашнее задание:

а) изучить тему курса «Биполярный транзистор» и содержание данной работы, быть готовым ответить на все контрольные вопросы;

Основные теоретические положения

Биполярные транзисторы (БТ) являются наиболее универсальными и распространёнными полупроводниковыми приборами, предназначенными для усиления и генерирования электрических колебаний. Они имеют трёхслойную структуру pnp или npn типа (рис.2). Каждый слой имеет вывод, название которого совпадает с названием слоя или области транзистора. Среднюю область транзистора называют «базой», а крайние  «эмиттером» и «коллектором».

Рис.2. Структуры биполярных транзисторов.

Транзисторы получили название «биполярные» потому, что перенос тока в них осуществляется носителями заряда двух типов: электронами n и дырками p. Обычно концентрации носителей в областях различны и выполняются условия

n_э  p_б и n_э  n_к (для транзистора n-p-n-типа).

Биполярный транзистор имеет два p-n-перехода  эмиттерный «ЭП» и коллекторный «КП», и два запирающих слоя с контактными разностями потенциалов _к и _э, обусловливающих напряжённости электрических полей Е_К и Е_Э в них.

В зависимости от выполняемых в схеме функций транзистор может работать в четырёх режимах: активном; насыщении; отсечки и инверсном.

В активном режиме транзистор работает в аналоговых схемах при этом на эмиттерный переход подают внешнее напряжение U_БЭ в прямом направлении, а на коллекторный переход Uкб в обратном. Механизм образования токов в транзисторе заключается в следующем: основные носители эмиттера n_Э под действием напряжения U_БЭ преодолевают эмиттерный переход, а им навстречу движутся основные носители базы p_Б, которых значительно меньше, поскольку концентрация примеси в базе мала. При этом в эмиттерной цепи появляется ток I_э = I_nэ + I_pб. Электроны n_Э, инжектированные в базовую область, вследствие градиента концентрации, продвигаются к коллекторному переходу через базу. По пути следования некоторые из них (небольшое число) рекомбинируют с дырками базы p_Б. Остальные электроны n_Э, инжектированные в базу, достигают коллекторного перехода, на который подано обратное напряжение U_КБ, поэтому они с ускорением перебрасываются в коллектор полем перехода Е_КП и во внешней цепи коллектора появляется ток I_K  I_nэ.

Таким образом, основные носители эмиттера - электроны, образующие ток I_Э, частично теряются в области базы (рекомбинируют с дырками). Эти потери составляют ток базы I_Б. Остальная их часть достигает коллектора, где рекомбинирует с дырками, поступающими из внешней цепи в виде тока I_к. Уход электронов из эмиттера восполняется генерацией пар электрон  дырка в эмиттерной области и отводом дырок во внешнюю цепь в виде тока I_э. Следовательно, в транзисторе протекают три тока:

I_Э = I_nЭ + I_pБ  ток основных носителей эмиттера и базы;

I_Б = I_pБ + I_nЭрек  I_КО, где I_pБ  ток основных носителей базы, I_nЭрек - ток рекомбинации электронов эмиттера в толще базы и I_КО  тепловой ток обратно смещённого коллекторного перехода;

I_К = I'_nЭ + I_КО, где I'_nЭ  ток перенесённый из эмиттера в коллектор.

Токи транзистора, работающего в активном режиме, связаны уравнением Кирхгофа I_Э = I_К + I_Б.