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 СПІЛЬНОЮ БАЗОЮ
Інструкція до лабораторної роботи № 5
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 спільною базою: Інструкція до лабораторної роботи №5 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 – зняття вхідної і вихідної характеристик транзистора в схемі з спільною базою і визначення його h-параметрів за статичними характеристиками.
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 різними типами електропровідності. 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 у базі завжди на декілька порядків менша ніж в емітері і колекторі.
В залежності від полярності напруги на його переходах. 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 в прямому напрямках. Активний режим є основним і використовується в підсилювачах і генераторах.
Розглянемо роботу транзистора з електропровідністю типу n-p-n в статичному активному режимі, коли ввімкнені тільки джерела постійних напруг живлення Е1 і Е2 (рис.1.б). 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 нагромаджуються об’ємні заряди, між якими виникає електричне поле. Це поле здійснює екстракцію (переміщення) електронів через колекторний перехід та втягування їх в область колектора.
Оскільки область бази мала, а концентрація дірок в ній низька, то більшість електронів, яка проходить через базу, не встигає рекомбінувати з дірками бази і досягає колекторного переходу. Тільки незначна кількість електронів рекомбінує в базі з її дірками. В 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 здійснюється інжекція електронів, які для області бази є неосновними носіями. При дифузії через базу вони не встигають рекомбінувати з дірками і 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);
– некерований зворотний 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 значення декількох десятків міліампер.
При ввімкненні транзистора в схемі з спільною базою підсилювальний каскад забезпечує підсилення за напругою і за потужністю, а коефіцієнт підсилення за струмом менший від одиниці. Для такої схеми ввімкнення транзистора відсутній фазовий зсув між вихідною і вхідною напругами. Транзистор має найменший вхідний (від одиниць до десятків Ом) і найбільший вихідний (сотні кілоом) опори. Схема ввімкнення транзистора з спільною базою забезпечує найкращі частотні властивості і найвищу температурну стабільність підсилювального каскаду.
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
Розповісти про побудову біполярних транзисторів, їх умовне позначення.
У чому відмінність керування струмом колектора транзистора від керування анодним струмом електронної лампи?
Вкажіть особливості ввімкнення транзистора в схемі із спільною базою.
Яку залежність описує вхідна статична характеристика транзистора?
Яку залежність описує вихідна статична характеристика транзистора?
Чим пояснити відсутність підсилення за струмом у схемі із спільною базою ?
Як впливає значення напруги між базою і колектором на вигляд вхідної статичної характеристики транзистора?
Охарактеризуйте кожен з hб-параметрів транзистора для схеми із спільною базою. Вкажіть розмірність hб-параметрів, поясніть їхній фізичний зміст.
Яким чином можна визначити hб-параметри за статичними характеристиками транзистора?
Яке практичне застосування транзистора в схемі із спільною базою?
Схема для дослідження, необхідні прилади
Схема для зняття характеристик транзистора при його ввімкненні з спільною базою наведена на рис.3 (полярність джерел живлення показана для випадку дослідження транзистора з провідністю р-n-р типу).
Підбираючи елементи схеми, необхідно знати допустимі значення струмів напруг досліджуваного транзистора. У табл.1 наведені електричні параметри деяких біполярних транзисторів з провідністю типу р-п-р.
Таблиця 1
Електричні параметри деяких типів транзисторів
Тип транзистора
Максимально допустимий постійний
Струм колектора
Ік макс, мА
Максимально допустима напруга між колектором і емітером
Uке макс, В
Максимально допустима напруга між колектором і базою
Uкб. макс, В
Максимально допустима зворотна напруга між емітером і базою
Uеб. макс зв, В
Максимально допустима потужність, яка
розсіюється на колекторі
Рк макс, Вт
П27
6
5
5
5
30
КТ203А
10
60
60
30
150
ГТ109А
20
6
10
5
30
МП41
20
15
15
15
150
КТ361А
50
25
25
4
150
КТ3107А
100
25
30
5
300
КТ503А
150
25
40
5
350
У схемі є два джерела живлення, що дозволяє незалежно змінювати напругу на емітерному і колекторному переходах. При дослідженні малопотужних транзисторів джерелом е.р.с. E1 може служити сухий елемент чи акумулятор, що дає напругу порядку декількох вольт, а джерелом е.р.с. E2 – батарея чи випрямляч на (20(30) В. Потенціометри R1 і R(1— низькоомний з опором у декілька десятків Ом. Послідовне ввімкнення цих потенціометрів дозволяє плавно змінювати напругу на ділянці емітер-база. Потенціометр R2 — високоомний (одиниці кілоом). Вимірювальні прилади у вхідному і вихідному колах транзистора повинні бути розраховані нa вимірювання постійних струмів і напруг. Доцільно застосовувати прилади магнітоелектричної системи, не забуваючи, що при під’єднанні їх у схему необхідно дотримуватися відповідної полярності. Межі вимірювальних приладів повинні бути зручними для зняття вхідних і вихідних характеристик і залежати від значень струмів і напруг у колах досліджуваного транзистора.
ВИКОНАННЯ РОБОТИ
План роботи:
1.Складання і випробування схеми.
2.Зняття вхідних статичних характеристик транзистора Іе=f (Uеб) при Uкб=сonst.
3. Зняття вихідних статичних характеристик транзистора Ік=f (Uкб )при Іе=сonst.
4. Побудова статичних характеристик транзистора.
5. Визначення h11б-, h12б-, h21б-, h22б-параметрів за статичними характеристиками транзистора.
Складання і випробування схеми
Досліджуваний транзистор, джерела живлення, вимірювальні прилади і потенціометри з'єднують за схемою, зображеною на рис.3. Після перевірки приступають до випробування схеми. Для цього потенціометром R2 встановлюють напругу на ділянці колектор-база Uкб порядку (50(60)% від максимально допустимого значення цієї напруги для досліджуваного транзистора. Підтримуючи цю напругу сталою, змінюють напругу Uеб (за допомогою потенціометрів R1 і R(1) і стежать за показами міліамперметра, що вимірює струм емітера Іе, значення якого повинно змінюватися в межах, достатніх для зняття вхідної характеристики транзистора.
Потім перевіряють можливість зняття вихідної характеристики, встановлюючи повзунки потенціометрів R1 і R(1 у середнє положення, підтримуючи значення струму емітера Іе незмінним. Змінюючи напругу Uкб, стежать за значенням струму колектора Iк.
Зняття вхідних статичних характеристик транзистора
Іе=f ( Uеб ) при Uкб=сonst
Перед зняттям характеристик готують таблицю спостережень (табл.2).
Таблиця 2
Іе=f(Uеб) при Uкб=сonst
Транзистор типу ___________
Uкб=…, В
U(кб=…, В
U((кб=…, В
Uбе, В
Іе, мА
Uбе, В
Іе, мА
Uбе, В
Іе, мА
Вхідні статичні характеристики транзистора знімають для двох значень напруги Uкб, для Uкб=0 В і значення напруги Uкб, що складає (2(10) В. Значення напруг U(кб і U((кб залежать від типу досліджуваного транзистора. Для малопотужних транзисторів напругу між базою і емітером Uбе змінюють потенціометрами R1 і R'1 від 0 до (300(700) мВ через (20(30) мВ.
Зняття вихідних статичних характеристик транзистора
Ік= f ( Uкб ) при Іе=сonst
Дані спостережень записують у табл. 3.
Таблиця 3
Ік=f(Uкб) при Іе=сonst
Транзистор типу __________
Іе=…, мА
І(е=…, мА
І((е=…, мА
І(((е=…, мА
Uкб , В
Ік , мА
Uкб , В
Ік , мА
Uкб , В
Ік , мА
Uкб , В
Ік , мА
Вихідні статичні характеристики знімають для чотирьох значень струму емітера Іе, І(е, І((е та І(((е, які встановлюють потенціометрами R1 і R'1 і підтримують у процесі спостережень незмінними. Значення струмів емітера залежать від типу досліджуваного транзистора. Для малопотужних транзисторів напругу Uкб змінюють потенціометром R2 від 0 до (10(30) В через (2(3) В.
Побудова статичних характеристик транзистора
На підставі експериментальних даних, які занесені в табл.2 і табл.3, будують сімейства вхідних і вихідних статичних характеристик досліджуваного транзистора в схемі з спільною базою.
Визначення hб-параметрів
за статичними характеристиками транзистора
Для визначення hб-параметрів транзистора використовують метод характеристичного трикутника. Як приклад розглянемо рис.4 і рис.5.
На вхідних характеристиках транзистора будують характеристичний трикутник аbс (рис.4), з якого знаходимо h11б ( вхідний опір транзистора в схемі з спільною базою
при
де , а
Отже,
З цього ж трикутника визначаємо h12б ( коефіцієнт зворотного зв’язку за напругою транзистора в схемі з спільною базою при
,
де , а
Підставляємо значеня і у вираз для h12б і отримуємо
Параметри h21б і h22б визначають за вихідними характеристиками, які зображені на рис.5. Побудувавши характеристичний трикутник fnk знаходимо h21б ( коефіцієнт підсилення транзистора за струмом в схемі з спільною базою.
при
де ; а
З цього ж характеристичного трикутника fnk на вихідній характеристиці визначаємо h22б ( вихідну провідність транзистора в схемі з спільною базою
при
де а
ВКАЗІВКИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ
Звіт повинен містити:
Точне найменування і мету роботи.
Значення основних параметрів досліджуваного транзистора.
Схему для зняття статичних характеристик транзистора з коротким описом параметрів її елементів.
Таблиці спостережень.
Вхідні статичні характеристики Іе=f (Uе) при Uкб=сonst.
Вихідні статичні характеристики Ік=f (Uкб) при Іе=сonst.
Розрахунок значень hб-параметрів транзистора, визначених за статичними характеристиками.
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.
Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой техники. ( М.: Энергия, 1972.
Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. ( М.: Высшая школа, 1987.
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