Теоретическое введение:
Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор, содержащий три полупроводниковые области с чередующимися типами проводимости: "n-р-n" или "р-n-р", которые называются соответственно эмиттером (Э), базой (Б) и коллектором (К). Эти области разделены "р-n" переходами - эмиттерный (ЭП) и коллекторный (КП) (рис. 1).
Графическое изображение транзисторов дано на рис. 2.
В зависимости от того, какой вывод транзистора: эмиттер, база или коллектор - являются общими для входной и выходной цепей транзисторов, применяются три схемы включения: схема с общей базой (ОБ), схема с общим эмиттером, схема с общим коллектором (ОК).
В данной лабораторной работе исследуется транзистор типа "n-р-n", включенный в схему с общим эмиттером (см. рис. 3).
Для расчета и анализа применения транзистора в качестве усилительного или переключающего элемента пользуются входными и выходными характеристиками транзистора. Входная характеристика транзистора - это зависимость между током и напряжением во входной цепи:
где
-
ток цепи
базы;
-
напряжение "база " эмиттер",
-
напряжение "коллектор - эмиттер".
Выходная характеристика транзистора это зависимость между током и напряжением в выходной цепи:
при
где
- ток цепи коллектора;
- ток цепи базы.
Для снятия входных и выходных характеристик транзистора служит следующая схема (рис. 4).
Рис.4
-
источники постоянных напряжений;
-
вольтметры;
-миллиамперметры;
VT1- исследуемый транзистор.
Для
снятия входной характеристики транзистора
VT1
на источнике напряжения Е1
задаются
различные значения напряжений
по вольтметру
.
Для каждого
установленного напряжения
изменяют ток базы
по миллиамперметру
.
Для
снятия выходной характеристики
транзистора VT1
источником
устанавливают
постоянный режим входной цепи. В выходной
цепи источником
устанавливают
по вольтметру
различные значения напряжения
,
и для каждого установленного напряжения
измеряют
ток
.
Задавая значения тока базы, можно
получить семейство выходных характеристик.
На рис. 5 показаны типовые входные
характеристики транзистора.
На рис. 6 показано семейство типовых выходных характеристик транзистора.
Пользуясь графиками входных и выходных характеристик, можно определить основные параметры транзистора:
-
входное сопротивление-
[Ом]
при
где ΔUбэ - величина изменения напряжения ΔUбэ
∆
-
величина изменения тока базы, зависящая
от
;
- коэффициент обратной связи по напряжению – hoc
при
где
величина изменения напряжения
- коэффициент передачи по току (усиление по току) – h21
при
где
- величина изменения тока;
- величина изменения тока зависимая от ;
выходная
проводимость –
при
Полевой транзистор - активный полупроводниковый прибор, который содержит три полупроводниковые области одного типа проводимости: "n" или "р". Эти области имеют названия: исток, сток, канал. Область управления, называемая затвором, имеет проводимость, отличную от проводимости канала: если канал с проводимостью "n", то область управления с проводимостью "р". Условно структура полевых транзисторов показана на рис.1. Полевые транзисторы с такой структурой называют транзисторы с "р-n" переходом.
И - исток; С - сток; 3 - затвор.
В полевых транзисторах ток создается только основными носителями, движением зарядов одного знака, поэтому полевые транзисторы называют еще униполярными. Исток - источник основных носителей зарядов, сток - приемник этих зарядов. Канал - область в транзисторе, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе - управляющем электроде. Полевой транзистор имеет внешние выводы: исток, сток и затвор. Графическое изображение полевых транзисторов на электрических схемах приведено на рис. 2.
Оценка качества полевого транзистора определяется по управляющей и выходной характеристикам. Управляющая (стокозатворная) характеристика - это зависимость между током цепи стока и управляющем напряжением "затвор " исток" при постоянном заданном напряжении "сток-исток":
при
где
-
ток цепи стока;
-
напряжение "затвор - исток";
-
напряжение "сток - исток".
Основными характеристиками полевого транзистора являются выходные или стоковые характеристики - зависимость между током цепи стока и напряжение "сток - исток" при постоянном заданном напряжении "затвор - исток":
при
где - ток цепи стока;
- напряжение "затвор - исток";
- напряжение "сток - исток".
Электрическая схема снятия характеристик полевого транзистора приведена на рис.3
Рис.3
Е1, Е2 - источники напряжения;
R1, R2 - переменные резисторы (регуляторы), VT- полевой транзистор;
U1, U2 - вольтметры;
А1- миллиамперметр.
Для
снятия управляющей характеристики
источником питания Е1
задают различные значения напряжения
по вольтметру U1,
и для значения
определяют ток
по миллиамперметру А1.
Режим выходной цепи задается источником
Е2,
напряжение
устанавливается
по вольтметру U2.
Для снятия выходной характеристики источником питания Е2 задают различные значения напряжения по вольтметру U2 и для каждого значения определяют ток по миллиамперметру. Режим входной цепи задается источником питания Е1. Задавая различные значения напряжения , можно построить семейство выходных характеристик.
Управляющие характеристики полевых транзисторов приведены на рис.4, а выходные - на рис. 5,
рис. 5
Пользуясь
графиками характеристик, можно определить
основные параметры полевого транзистора:
крутизну (S), внутреннее (выходное)
сопротивление (
)
коэффициент усиления (
).
Крутизна определяется:
при
где S - крутизна, мА/В;
-
изменение тока цепи стока, мА;
-
изменение напряжения "затвор-исток",
В;
-напряжение
"сток-исток", В.
Внутреннее (выходное) сопротивление:
при
где - внутреннее сопротивление, кОм;
-
изменение напряжения "сток - исток".
Коэффициент усиления:
при
где - коэффициент усиления полевого транзистора;
-
ток цепи стока, мА,
Параметры связаны между собой зависимостью:
