Національний університет “Львівська політехніка” Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій
Звіт Лабораторна робота №3 “Дослідження параметрів біполярного транзистора” Львів – 2004 МЕТА РОБОТИ: Вивчення принципу роботи біполярного транзистора. Експериментальне визначення його характеристик та параметрів. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА Біполярні транзистори - це напівпровідникові прилади з двома взаємодіючими pn - переходами, утвореними в кристалі напівпровідника, та трьома виводами. Назва приладу "біполярний'' зумовлена тям, що робота транзистора базується на використанні носіїв зарядів обох знаків (електронів та дірок). Структура біполярного транзистора складається з трьох областей електронної та діркової провідності, які чергуються. Залежно від послідовності розташування цих областей розрізняють біполярні транзистори типу npn та типу pnp (рис. 1).
Рис.1. Структури біполярних транзисторів: а - типу pnp, б - типу npn Одна з крайніх областей транзистора називається емітером, середня область - базою, а друга крайня область - колектором pn-перехід з боку емітера називають емітерним переходом, а з боку колектора - колекторним. Емітер, база та колектор відрізняються типом електропровідності, концентрацією носіїв зарядів та розмірами. В емітері концентрація носіїв зарядів е найбільшою, в базі - найменшою. Емітерний перехід має значно меншу площу поперечного перерізу ніж колекторний. Ширина базової області складає одиниці мікрометрів. Режими роботи транзистора. Емітерний та колекторний переходи транзистора в залежності від прикладених до них напруг можна зміщувати як в прямому, так і в зворотному напрямах. Залежно від напрямів вмикання pn-переходів розрізняють такі режими роботи транзистора: 1) нормальний активний режим - емітерннй перехід зміщений прямо, а колекторний у зворотному напрямі; 2) режим відтину - оба переходи транзистора зміщені у зворотному напрямі; 3) режим насичення - оба переходи транзистора зміщені у прямому напрямі; 4) інверсний активний режим - колекторний перехід зміщений прямо, а емітерний - у зворотному напрямі. Основним режимом роботи біполярного транзистора є нормальний активний режим. В цьому режимі транзистор успішно виконує функції керованого активного елемента, тобто може здійснювати підсилення, генерування та перетворення електричних сигналів. На рис.2 подані схемні позначення біполярних транзисторів та вказані полярності зовнішніх напруг, які забезпечують нормальний активний режим роботи транзисторів, а також показані додатні напрями струмів через їх зовнішні виводи. Зауважимо, що в нормальному активному режимі абсолютне значення напруги UКЕ має бути більшим від значення напруги UБE. Рис. 2. Схемні позначення біполярних транзисторів ( а - типу рnр; б - типу npn) та полярності їх зовнішніх напруг Принцип роботи. Із структури транзисторів (рис.1) видно, що по суті вони представляють собою два напівпровідникові діоди, які мають спільну область (базу), через яку взаємодіють. В нормальному активному режимі залежність струму від напруги на емітерному переході подібна до залежності струму від напруги звичайного діода, зміщеного прямо, а залежність струму від напруги на колекторному переході аналогічна залежності струму від напруги зворотно зміщеного діода. Однак наявність спільної базової області, спричинює те, що через неї емітерний та колекторний переходи взаємно впливають на роботу один одного. Розглянемо це на прикладі транзистора типу npn, схема вмикання якого подана на рис.3. Рис.З. До пояснення принципу роботи біполярного транзистора (типу npn) При нульовій напрузі на емітерному переході (UБЕ=O) через колекторний перехід, який зміщений у зворотному напрямі, протікає лише тепловий струм ІКБО При прикладенні до емітерного переходу прямої напруги, його потенціальний бар'єр понизиться і через нього потече струм IЕ внаслідок інжекції електронів з емітера в базу та дірок з бази в емітер. Оскільки концентрація дірок в базі є нижчою ніж концентрація електронів в емітері, то п...