Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Комп’ютеризовані системи
Кафедра:
Автоматика і телемеханіка
Інформація про роботу
Рік:
2002
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ
ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРА В СХЕМІ З
СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ
Інструкція до лабораторної роботи № 4
з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка”
для студентів базового напряму 6.0914
«Комп’ютеризовані системи, автоматика і управління»
Затверджено
на засіданні кафедри
(Автоматика і телемеханіка(
Протокол №8 від 24 січня 2002 р.
Львів – 2002 Зняття характеристик і визначення параметрів транзистора в схемі з спільним емітером: Інструкція до лабораторної роботи №4 з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка” / Укл.: Вітер О.С., Гаранюк І.П. ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2002. ( 11 с.
Укладачі Вітер О.С., канд. техн. наук, доц.
Гаранюк І.П., канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д-р техн. наук, проф.
Рецензенти Стрілецький З.М., канд. техн. наук, доц.
Мотало В.П., канд. техн. наук, доц.
Мета роботи – вивчення особливостей роботи транзистора в схемі з спільним емітером, зняття вхідних і вихідних статичних характеристик, визначення коефіцієнта підсилення за струмом і вхідного опору.
Теоретичні відомості
Серед напівпровідникових приладів важливе місце займає транзистор, який застосовується для підсилення і перетворення електричних сигналів і має три виводи. Найбільше розповсюдження отримали транзистори з двома n-p переходами, які називають біполярними, оскільки їх робота основана на використанні носіїв заряду обох знаків. Структура і умовне позначення біполярного транзистора зображені на рис.1. Транзистор побудований на основі напівпровідникової монокристалічної пластини, в якій створені три області з різною електропровідністю. Для прикладу на рис.1.а зображений транзистор з електропровідністю типу n–p–n, середня область якого має діркову p, а дві крайні – електронну n електропровідність. Широко застосовуються також транзистори з електропровідністю типу p–n–p, в яких діркову p електропровідність мають дві крайні області, а середня область має електронну n електропровідність.
Середня область транзистора називається базою, одна крайня область – емітером, а друга – колектором. Таким чином транзистор має два n –p переходи: емітерний – між емітером і базою і колекторний – між базою і колектором. Віддаль між цими переходами повинна бути дуже малою (одиниці мікрометра), окрім цього концентрація домішок в базі завжди на декілька порядків менша ніж в емітері і колекторі.
У залежності від полярності напруги, яка прикладається до його переходів, транзистор може працювати в трьох режимах В активному режимі на емітерному переході напруга пряма, а на колекторному – зворотна. В режимі відсічки, або закривання, на обидва переходи подається зворотна напруга. Якщо на обох переходах напруга пряма, то транзистор працює в режимі насичення. Різновидністю активного режиму є інверсне ввімкнення транзистора, коли емітерний перехід зміщений у зворотному, а колекторний у прямому напрямках. Активний режим є основним і використовується в підсилювачах і генераторах.
Розглянемо роботу транзистора з електропровідністю типу n-p-n в активному статичному режимі, коли ввімкнені тільки джерела постійних напруг живлення Е1 і Е2 (рис.2.а). Полярність цих джерел така, що емітерний перехід зміщений у прямому, а колекторний у зворотному напрямках. При збільшенні прямої вхідної напруги зменшується потенціальний бар’єр на емітерному переході і збільшується струм емітера іе. Електрони інжектуються з емітера в базу і завдяки дифузії проходять через область бази до колекторного переходу. Оскільки колекторний перехід працює при зворотному зміщенні, то на цьому переході утворюються об’ємні заряди, між якими виникає електричне поле. Це поле здійснює екстракцію (висмикування) електронів через колекторний перехід та втягування їх в область колектора.
Оскільки область бази мала, а концентрація дірок у ній низька, то більшість електронів проходить через базу і не встигає рекомбінувати з дірками бази і тому досягає колекторного переходу. Тільки незначна кількість електронів рекомбінує в базі з дірками. У результаті рекомбінації виникає струм бази.
(1)
Струм бази ( це явище небажане і навіть у багатьох випадках шкідливе. Переважно він складає незначну частину струму емітера.
Коли до емітера напруга не прикладена, то можна вважати, що через цей перехід струм не проходить. В цьому випадку через колекторний перехід протікає лише невеликий зворотний струм , який виникає за рахунок неосновних носіїв заряду, електронів з р-області і дірок з п-області. Цей струм називають також некерованим або початковим струмом колектора. Значення цього струму визначається, в основному, температурою навколишнього середовища і практично не залежить від напруги прикладеної до колекторного переходу.
Коли під дією вхідної напруги виникає значний струм емітера, то в область бази з емітера інжектуються електрони, які для області бази є неосновними носіями. Ці носії не встигають рекомбінувати з дірками і при їх дифузії через базу вони доходять до колекторного переходу. Із збільшенням струму емітера в базі зростає концентрація неосновних носіїв, які надходять з емітера, чим більше цих носіїв, тим більший струм колектора.
Повний струм колектора транзистора складає
, (2) де ( – коефіцієнт передачі струму емітера, значення якого переважно складає (0,95 ( 0,99);
– тепловий (некерований) зворотний струм колектора.
Підставляючи значення іе з (1) в (2) отримуємо
. (3)
Розв’язавши це рівняння відносно ік, отримуємо
(4)
і (5) де ( – коефіцієнт передачі струму бази;
ікн ( початковий наскрізний струм, який протікає через весь транзистор, коли іб=0.
З врахуванням прийнятих позначень отримуємо остаточний вираз для ік
(6)
Коефіцієнт ( , так само як і ( відноситься до важливих параметрів транзистора. Якщо відомий ( , то ( можна визначити за формулою
(7)
При значному підвищенні напруги на колекторі струм ікн різко зростає і відбувається електричний пробій. Необхідно знати, що при роз’єднанні кола бази в транзисторі може відбуватися лавиноподібне збільшення струму колектора, що приводить до його перегріву і виходу транзистора з ладу. Тому при експлуатації транзисторів заборонено роз’єднувати коло бази при ввімкненному колекторному живленні.
До власних параметрів транзистора, які характеризують властивості транзистора незалежно від схеми його ввімкнення, відносять:
при Uк = const ( диференціальний коефіцієнт передачі емітерного струму;
при Uк=const ( диференціальний опір емітерного переходу , де (Т ( температурний потенціал, який залежить від температури і при температурі оточуючого середовища Тос=20оС складає (Т =25 мВ;
при Ie = const ( диференціальний опір колекторного переходу, для малопотужних транзисторів rк ( 1 МОм;
при Ie = const ( коефіцієнт внутрішнього зворотного зв’язку за напругою, який характеризує вплив Uк на Uе у зв’язку з явищем модуляції товщини бази, ;
rб ( об’ємний опір бази, який залежить від конфігурації бази (її активної і пасивної частин) і матеріалу, переважно rб ( (100 ( 200) Ом;
( ємність (бар’єрна) колекторного переходу;
ік0 ( тепловий (некерований) струм колектора.
Для малопотужних транзисторів у залежності від матеріалу, на основі якого він виготовлений, напруга між базою і емітером складає (0,3 ( 0,7) В; при цьому в колі бази проходить струм у декілька десятків мікроампер. Напруга, що прикладається між емітером і колектором, може становити (5 ( 30) В; при цьому струм колектора може досягнути декількох десятків міліампер.
При ввімкненні транзистора в схемі з спільним емітером підсилювальний каскад забезпечує підсилення за струмом і за напругою, а коефіцієнт підсилення за потужністю має максимальне значення. Вихідна напруга знаходиться у протифазі з вхідною, отже, між вихідною і вхідною напругами існує фазовий зсув, який складає . Вхідний опір транзистора при такому ввімкненні транзистора є відносно низький і знаходиться в межах від сотень Ом до одиниць кілоом. До недоліків такої схеми ввімкнення відносять гірші частотні властивості і низьку температурну стабільність у порівнянні з схемою ввімкнення з спільною базою.
Незважаючи на те, що струми, які проходять через емітерний і колекторний переходи, майже однакові, потужність, що розсіюється на колекторі, значно більша, ніж потужність, яка розсіюється на емітерному переході. Це пояснюється тим, що напруга між базою і емітером значно менша, ніж напруга між базою і колектором. Щоб полегшити відведення тепла від колектора, його роблять більшої площі, ніж емітер. У потужних транзисторах область колектора приєднана до масивного металевого корпусу, що покращує відвід тепла від колектора і дозволяє підвищити потужність, яка на ньому розсіюється.
Контрольні запитання
Вкажіть на основні особливості схеми ввімкнення транзистора в схемі з спільним емітером.
Яку залежність відображає вхідна характеристика транзистopa в схемі з спільним емітером?
Яку залежність відображає вихідна характеристика транзистора в схемі з спільним емітером?
Поясніть процес підсилення за струмом при ввімкненні транзистора в схемі з спільним емітером.
Чим пояснити збільшення вхідного опору транзистора при ввімкненні його в схемі з спільним емітером?
Як впливає значення напруги між колектором і емітером на положення вхідної статичної характеристики транзистора?
Як впливає значення струму бази на положення вихідної статичної характеристики транзистора?
Наведіть співвідношення між коефіцієнтами підсилення за струмом у схемі з спільним емітером та з спільною базою.
Як визначити коефіцієнт підсилення за струмом і вхідний опір транзистора за статичними характеристиками?
Розкажіть про використання транзистора в схемі з спільним емітером.
Назвіть власні параметри транзистора.
Схема для дослідження, необхідні прилади і деталі
Схема для зняття характеристик транзистора в схемі з спільним емітером наведена на рис.3. Для підбору елементів схеми необхідно знати параметри досліджуваного транзистора.
Виконання роботи
План роботи:
1. Складання і випробування схеми.
2. Зняття вхідних статичних характеристик транзистора Іб = f (Uбе) при Uке = const.
3. Зняття вихідних статичних характеристик транзистора Ік = f1 (Uке) при Іб = const.
4. Побудова статичних характеристик транзистора.
5. Визначення коефіцієнта підсилення за струмом і вхідного опору транзистора.
Складання і випробування схеми
Досліджуваний транзистор, джерела живлення, вимірювальні прилади і потенціометри з'єднують за схемою зображеною на рис.3. Після перевірки схеми приступають до її випробування. Для цього потенціометром R2 встановлюють напругу колектор-емітер Uке порядку (50(60)% від максимального значення напруги для досліджуваного транзистора. Підтримуючи цю напругу сталою, змінюють напругу Uбе (за допомогою потенціометра R1) і стежать за показами приладу, який вимірює струм бази Іб. Його значення повинно змінюватися в межах, достатніх для зняття вхідної характеристики транзистора. Потім перевіряють можливість зняття вихідної характеристики. Для цього встановлюють повзунок потенціометра R1 в середнє положення, задають значення струму бази Іб і підтримують його сталим. Змінюючи напругу Uке, стежать за значенням струму колектора Ік, який повинен плавно змінюватися в межах, які дозволяють зняти вихідну статичну характеристику транзистора.
Зняття вхідних статичних характеристик транзистора
Іб=f (Uбе) при Uке=const
Перед зняттям характеристик готують таблицю досліджень(табл.1).
Таблиця 1
Іб=f (Uбе) при Uке=const
Транзистор типу __________
Uке=0, В
U(ке=…, В
U((ке=…, В
U(((ке=…, В
Uбе, В
Іб, мкА
Uбе, В
Іб, мкА
Uбе, В
Іб, мкА
Uбе, В
Іб, мкА
Вхідні статичні характеристики транзистора знімають для Uке=0 В і значення напруги Uке, що складає (2 ( 10) В і залежить від типу досліджуваного транзистора. Для малопотужних транзисторів напругу між базою і емітером Uбе змінюють за допомогою потенціометра R1 від 0 до (200(300) мВ через (20(30)мВ.
Потрібно звернути увагу на те, що вхідні статичні характеристики, зняті при Uке(0, практично не відрізняються одна від одної і дати пояснення цьому явищу.
Зняття вихідних статичних характеристик транзистора
Ік=f1 (Uке) при Іб=const
Дані спостережень записують у заздалегідь підготовану таблицю спостережень (табл.2).
Таблиця 2
Ік=f ( Uке ) при Іб=const.
Транзистор типу ________
Іб =…, мкА
І(б =…, мкА
І((б =…, мкА
І(((б=…, мкА
Uке, В
Ік, мА
Uке, В
Ік, мА
Uке, В
Ік, мА
Uке, В
Ік, мА
Вихідні статичні характеристики знімають для чотирьох значень струму бази Іб, Іб', Іб" і Іб"', які встановлюють потенціометром R1 і підтримують у процесі спостережень незмінними. Значення струмів бази залежать від типу транзистора, що досліджується. Наприклад, для малопотужних транзисторів значення Іб, Іб', Іб" і Іб"'' можуть складати відповідно (10, 20, 30, 40) мкА. Напругу Uке, змінюють потенціометром R1 від 0 до (10(15) В (для малопотужних транзисторів) з інтервалом (2(3) В.
Побудова статичних характеристик транзистора
На основі результатів табл.1 і табл.2, в прямокутній системі координат будують сімейства вихідних (а) і вхідних (б) статичних характеристик транзистора. Приблизний вигляд цих характеристик наведений на рис.4.
Визначення коефіцієнта підсилення за струмом і вхідного опору транзистора
Користуючись сімейством вихідних характеристик транзистора (див. рис.4.а), можна визначити значення коефіцієнта підсилення за струмом. Припустимо, що транзистор працює при напрузі між колектором і емітером Uке=5 В, а струм бази складає Іб=40 мкА. Цьому режиму в сімействі вихідних характеристик транзистора відповідає точка А. Взявши прирости (Іб=40 мкА і (Ік =1 мА між точками В і С при сталій напрузі Uке=5 В, визначаємо
Визначення необхідно проводити для напруги Uке,, яка становить приблизно 50% від максимального значення цієї напруги для даного типу транзистора.
Вхідний опір транзистора Rвх можна знайти з вхідних характеристик (див. рис.4.б). Точка А відповідає тому ж режиму, що і на вихідній характеристиці. За приростами (Іб = 30 мкА і (Uбе = 60 мВ між точками В і С при сталій напрузі Uке =5 В, знаходимо
Ом.
ВКАЗІВКИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ
Звіт повинен містити:
Точну назву і мету роботи.
Значення основних параметрів досліджуваного транзистора.
Схему для зняття характеристик транзистора з коротким описом параметрів елементів, що входять у цю схему.
Таблиці спостережень.
Вхідні статичні характеристики Іб=f (Uбе) при Uке=const.
Вихідні статичні характеристики Ік=f (Uке) при Іб=const.
Розрахунок коефіцієнта підсилення за струмом ( і вхідного опору транзистора Rвх.
Короткі висновки по роботі.
Література:
Жеребцов И.П. Основы электроники. ( Л.: Энергоатомиздат, 1989.
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. ( М.: Энергия, 1973.
Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. ( М.: Высшая школа, 1987.
Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой техники. ( М.: Энергия, 1972.
Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики. ( К.: Выща шк., 1989.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора