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:
Інженерна механіка
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Електроніка та мікропроцесорна техніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І
ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРА
ПО СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНОЮ БАЗОЮ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 3
з дисципліни “Електроніка та мікропроцесорна техніка”
для студентів базового напряму 6.0902 “Інженерна механіка”
Затверджено
на засіданні кафедри
автоматизації та комплексної
механізації машинобудівної промисловості.
Протокол № 4 від 25.10.2006 р.
Львів – 2008
Зняття характеристик і визначення параметрів транзистора по схемі зі спільною базою: Методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи № 3 з дисципліни “Електроніка та мікропроцесорна техніка” для студентів базового напряму: 6.0902 “Інженерна механіка” /Укл.: І. Д. Зелінський, С. А. Таянов, В. М. Гурський. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2008. – 12 с.
Укладачі
Зелінський І. Д., канд. техн. наук, доц.
Таянов С. А., канд. техн. наук, доц.
Гурський В. М., канд. техн. наук, асист.
Відповідальний за випуск Гаврильченко О. В., канд. техн. наук, доц.
Рецензент Русин Б. П., д-р. техн. наук, с.н.с. ФМІ НАН України
ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРА ПО СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНОЮ БАЗОЮ
Мета роботи – зняття вхідної і вихідної статичних характеристик транзистора по схемі зі спільною базою і визначення - параметрів транзистора за характеристиками.
1. Короткі теоретичні відомості
Транзистором називається напівпровідниковий перетворювальний прилад, що має не менше трьох виводів і здатний підсилювати потужність. Класифікація транзисторів проводиться за наступними ознаками:
– за матеріалом напівпровідника – зазвичай германієві або кремнієві;
– за типом провідності областей (тільки біполярні транзистори): з прямою провідністю (p-n-p структура) або із зворотною провідністю (n-p-n структура);
– за принципом дії транзистори поділяються на біполярні і польові (уніполярні);
– за частотними властивостями: низькочастотні НЧ (<3 МГц); середньої частоти СРЧ (3 – 30 МГц); високо- ВЧ і надвисокочастотні СВЧ (>30 МГц);
– за потужністю: малопотужні транзистори ММ (<0,3 Вт), середньої потужності СРМ (0,3 – 3 Вт), потужні (>3 Вт).
Основою біполярного транзистора (рис. 1) є кристал напівпровідника p-типу або n-типу провідності, який також, як і вивід від нього, називається базою. Дифузією домішки або сплавом з двох сторін від бази утворюються області з протилежним типом провідності, ніж база.
Рис. 1. Схеми та позначення біполярних транзисторів
Область, що має велику площу p-n переходу, і вивід від неї називають колектором. Область, що має меншу площу p-n переходу, і вивід від неї називають емітером. p-n перехід між колектором і базою називають колекторним переходом, а між емітером і базою – емітерним переходом. Напрям стрілки в транзисторі показує напрям протікаючого струму. Основною особливістю будови біполярних транзисторів є нерівномірність концентрації основних носіїв зарядів в емітері, базі і колекторі. У емітері концентрація носіїв заряду максимальна. У колекторі – дещо менша, ніж в емітері. У базі – у багато разів менша, ніж в емітері і колекторі.
Найпростіша одномірна модель біполярного транзистора представлена на рис. 2, а. В цій моделі p-n переходи вважаються плоскими, а носії рухаються тільки в одному напрямку – вздовж осі, перпендикулярної до переходів. Штрихуванням показані збіднені шари p-n переходів; відстань між ними дає фізичну товщину бази , а відстань між металургійними границями – технологічну товщину бази . Енергетична діаграма для одномірної моделі в стані рівноваги (при нульових напругах на переходах) показана на рис. 2, б. Вона є сполученням енергетичних діаграм р-n переходів. Рівноважна система характеризується єдиним рівнем Фермі . На границі емітера і бази утвориться енергетичний бар'єр висотою , а на границі бази з колектором – бар'єр висотою . Невелике скривлення границь енергетичних зон у базі (різниця енергій на границях бази еВ) обумовлено внутрішнім електричним полем у базі, що виникає внаслідок нерівномірного розподілу акцепторів, їх концентрація в границі бази з емітерним переходом значно вища за концентрацію у границі з колекторним переходом. Такий розподіл домішок характерний для більшості транзисторів.
Рис. 2. Схема енергетичних зон транзистора
В активному режимі, що є основним для підсилювальних схем, на емітерний перехід подається пряма напруга, а на колекторний – зворотна. Потенційний бар'єр емітерного переходу зменшується на значення прямої напруги , що приводить до інжекції електронів з емітера в базу. Основне призначення емітера (що і відображено в його назві) – забезпечити максимально можливу при даному прямому струмі однобічну інжекцію електронів у базу. Для того концентрація донорів у емітері на границі з переходом повинна бути значно більша за концентрацію акцепторів у базі: . Електрони, інжектовані в базу, рухаються до колекторного переходу. Цей рух є сукупністю дифузії й дрейфу. Дифузійний рух обумовлений підвищеною, внаслідок інжекції, концентрацією електронів в базі біля емітерного переходу, тоді як біля колекторного переходу вона мала через екстракцію полем цього переходу. Дифузія притаманна всім типам транзисторів. Дрейфовий рух викликається внутрішнім електричним полем у базі.
Транзистори з неоднорідною легованою базою, у якій істотний дрейфовий рух, називають дрейфовими. Менш поширені бездрейфові транзистори з однорідною легованою базою, у якій немає внутрішнього електричного поля. Частина електронів, інжектованих у базу, не доходить до колекторного переходу внаслідок рекомбінації. Однак їхнє число невелике, тому що товщина бази мала, в порівнянні з дифузійною довжиною електронів. Електрони, що досягають колекторного переходу, втягуються в нього електричним полем і перекидаються в колектор. Таким чином, в активному режимі колектор збирає (колектує) інжектовані в базу електрони, що і відбито в його назві.
В активному режимі струми колектора і емітера майже однакові, а їх різниця дорівнює струму бази. Колекторний струм практично не залежить від напруги на колекторному переході, оскільки при будь-якій зворотній напрузі всі електрони, що досягають у базі колекторного переходу, попадають у його поле, прискорюються і несуться в колектор. Тому, диференціальний опір колекторного переходу (), дуже великий, що характерно для p-n переходів, включених у зворотному напрямку. У ланцюг колектора можна включити навантажувальний резистор з досить великим опором , без істотного зменшення колекторного струму. У той же час, диференціальний опір емітерного переходу (), включеного в прямому напрямку, дуже малий (). При збільшенні емітерного (вхідного) струму на , колекторний струм зростає приблизно на те ж значення (). Зміна потужності , споживаної в колі емітера, може бути багато меншою за зміну потужності , що виділяється у навантаженні. Електрична схема, що містить транзистор, джерело живлення і навантажувальний резистор , здатна підсилювати потужність електричного сигналу (), причому коефіцієнт підсилення по потужності визначається як .
Схеми включення транзистора представлені на рис. 3. У схемі зі спільною базою (СБ) (рис. 3, а), напруги на емітері і колекторі відраховуються щодо баз спільного електрода для вхідного (емітерного) і вихідного (колекторного) ланцюгів. Ця схема має підсилення по потужності і напрузі (), але не забезпечує підсилення струму () і характеризується малим вхідним опором (рівним опору емітерного переходу при прямій напрузі).
Найбільш широко застосовується схема з спільним емітером (рис. 3, б) (СЕ), у якій напруга на базі і колекторі відраховуються відносно емітерного електрода, спільного для вхідних (базових) і вихідних (колекторних) ланцюгів. Тому, що (), то ця схема забезпечує підсилення струму () і напруги (). Крім того, її вхідний опір набагато більший за вхідний опір схеми.
У схемі із спільним колектором (СК) (рис. 3, в), напруги на базі UБК і емітері UЕК відраховуються щодо колектора – спільного електрода для вхідних (базових) і вихідних (емітерних) ланцюгів. Тому, що , то ця схема забезпечує підсилення струму (), наближено також, як і схема СЕ. На відміну від схем з СЕ, схема СК не забезпечує підсилення напруги. Її перевагою є великий вхідний опір, що зростає при збільшенні опору навантажувального резистора в ланцюзі емітера.
Рис. 3. Схеми включення транзистора
Незалежно від схеми включення, транзистор може працювати в одному з чотирьох режимів, що відрізняються полярністю напруг на р-n переходах. В активному режимі, коротко розглянутому вище, напруга на емітерному переході пряма, а на колекторному – зворотна. У режимі насичення обидва переходи включені в прямому напрямку, а в режимі відсічення – у зворотному. В інверсному режимі напруга на колекторному переході пряма, а на емітерному – зворотна.
2. Схема дослідження, необхідні прилади і деталі
Схема для зняття характеристик транзистора при включенні зі спільною базою приведена на рис. 4 (полярність джерел живлення показана для випадку дослідження транзистора типу р-n-р).
Рис. 4. Схема дослідження транзистора з спільною базою
Підбираючи елементи схеми, необхідно знати допустимі значення струмів і напруг досліджуваного транзистора. У табл. 1 приведені гранично допустимі електричні параметри деяких біполярних транзисторів типу р-n-р.
Таблиця 1
Гранично допустимі електричні параметри деяких типових транзисторів
Тип транзистора
Максимально допустимий струм колектора
, мА
Максимально допустима напруга колектор-емітер
, В
Максимально допустима напруга колектор-база
, В
Максимально допустима обернена напруга емітер-база
, В
МП40
20
15
15
15
МП41
20
15
15
15
П202
2000
55
45
45
П403
10
10
10
1
ГТ109А
20
6
15
–
ГТ403А
1250
30
45
20
ГТ701А
12000
55
–
15
У схемі є два джерела, що дозволяють змінювати напругу на емітерному та колекторному переходах. При дослідженні малопотужних транзисторів джерелом Е.Р.С. може служити сухий елемент або акумулятор, що дає напругу порядку декількох вольт, а джерелом Е.Р.С. – батарея або випрямляч на 20 – 30 В. Потенціометри і – низькоомні з опорами в кілька десятків Ом. Включення двох потенціометрів дозволяє плавно змінювати напругу на ділянці емітер-база. Потенціометр – високоомний (одиниці кілоом). Вимірювальні прилади у вхідному і вихідному колах транзистора повинні бути розраховані на вимірювання постійних струмів і напруг. Доцільно застосовувати прилади магнітоелектричної системи, не забуваючи, що при їхньому включенні в схему необхідно дотримувати полярність. Межі вимірів приладів повинні бути зручними для зняття вхідних і вихідних характеристик і залежати від величин струмів і напруг у колах досліджуваного транзистора. Наприклад, для дослідження транзистора типу ГТ109А можна використовувати міліамперметри і з верхньою межею виміру 30 мА, мілівольтметр на 300 мВ, вольтметр на 15 В. Змінні резистори і – низькоомні (десятки Ом), потенціометр має опір порядку декількох кілоом.
3. Послідовність виконання роботи
1. Складання та випробування схеми.
2. Зняття вхідних статичних характеристик транзистора при .
3. Зняття вихідних статичних характеристик транзистора при .
4. Побудова статичних характеристик транзистора
5. Визначення -, -, -, - параметрів за статичними характеристиками транзистора.
Складання та випробування схеми
Досліджуваний транзистор, джерела живлення, вимірювальні прилади і потенціометри з'єднують за схемою рис. 4. Після перевірки приступають до випробування схеми. Для цього потенціометром встановлюється напруга на ділянці колектор-база порядку 50 – 60% від найбільшого значення цієї напруги для досліджуваного транзистора. Підтримуючи цю напругу незмінною, змінюють напругу (за допомогою потенціометрів і ) і стежать за показами міліамперметра, що вимірює струм емітера , величина якого повинна мінятися в межах, достатніх для зняття вхідної характеристики транзистора. Потім перевіряють можливість зняття вихідної характеристики, встановлюючи движки потенціометрів і у середнє положення, зауважуючи величину струму емітера і підтримують його незмінним. Змінюючи напругу , стежать за величиною струму колектора .
Зняття вхідних статичних характеристик транзистора
при
Перед зняттям характеристик заготовлюють таблицю спостережень (табл. 2).
Таблиця 2
при
Транзистор типу ...
= , В
= , В
= , В
, В
, мА
, В
, мА
, В
, мА
Вхідні статичні характеристики транзистора знімають для трьох значень напруги , що відрізняються між собою на 30 – 50%. Величини напруг , і залежать від типу досліджуваного транзистора. Наприклад, для транзистора типу ГТ109А напруги можуть бути рівні відповідно 3, 6 і 10 В. Напругу між емітером і базою змінюють потенціометрами і від 0 до 300 мВ (для малопотужного транзистора) через 20 – 30 мВ.
Зняття вихідних статичних характеристик транзистора
при
Дані спостережень записують у табл. 3.
Таблиця 3
при
Транзистор типу ...
= , мА
= , мА
= , мА
= , мА
, В
, мА
, В
, мА
, В
, мА
, В
, мА
Вихідні статичні характеристики знімають для чотирьох значень струму емітера , , , , що встановлюють потенціометрами і і підтримують у процесі спостережень незмінними. Величини струмів емітера залежать від типу досліджуваного транзистора. Наприклад, для малопотужних транзисторів (типу ГТ109А) значення , , і можуть складати відповідно 0, 5, 10, 15 мА. Напругу змінюють потенціометром від 0 до 10 – 15 В (для малопотужних транзисторів) через 2 – 3 В.
Побудова статичних характеристик транзистора
На підставі результатів табл. 2 і табл. 3, в прямокутній системі координат будують сімейства вхідних і вихідних статичних характеристик досліджуваного транзистора.
Визначення -, -, - і - параметрів
за статичними характеристиками транзистора
Для визначення - параметрів транзистора треба скористатися методом характеристичного трикутника. Як приклад, розглянемо рис. 5.
На вхідних характеристиках транзистора будують трикутник (рис. 5), з якого знаходимо
при ,
де В, мА.
Отже, Ом.
З цього ж трикутника визначаємо
при ,
де В, В.
Отже, .
Рис. 5. Визначення -, - параметрів
за вхідними характеристиками транзистора
Параметри і визначають за вихідними характеристиками рис. 6 (по осі абсцис відкладені отриманні значення напруги). Побудувавши характеристичний трикутник знайдемо
при ,
мА, .
при ,
мА, В, Ом-1.
Рис. 6. Визначення - і - параметрів
за вихідними характеристиками транзистора
4. Вимоги до змісту і оформлення звіту
На титульній сторінці вказати назву університету, інституту, кафедри, на якій виконується робота, номер і назву роботи, прізвище та ініціали студента, а також викладача, який перевіряє роботу, рік виконання роботи.
Звіт повинний містити:
1) точне найменування і мету роботи;
2) таблицю основних даних досліджуваного транзистора;
3) схему для зняття характеристик транзистора (з короткою характеристикою вхідних у неї елементів);
4) таблиці спостережень;
5) вхідні статичні характеристики при ;
6) вихідні статичні характеристики при ;
7) значення - параметрів транзистора, знайдені за характеристиками;
8) короткі висновки про роботу.
5. Спеціальні вимоги з техніки безпеки
1. Не вмикати прилади і обладнання без дозволу викладача.
2. Усі вимірювання та експериментальні дослідження проводити тільки за умови надійного заземлення обладнання і приладів.
3. У разі виявлення несправності приладів чи обладнання негайно вимкнути їх від мережі живлення і повідомити викладача.
6. Контрольні запитання
1. Розповісти про будову та позначення біполярних транзисторів.
2. Вказати особливості включення транзистора по схемі зі спільною базою.
3. Яку залежність транзистора визначає його вхідна характеристика?
4. Яку залежність транзистора визначає його вихідна характеристика?
5. Чим пояснити відсутність підсилення за струмом в схемі зі спільною базою?
6. Як впливає величина напруги ділянки база-колектор на положення вхідної статичної характеристики транзистора?
7. Охарактеризувати кожний з - параметрів транзистора для схеми зі спільною базою. Укажіть розмірність - параметрів, поясніть їх фізичний зміст.
8. Яким чином можна визначити - параметри за статичними характеристиками транзистора?
9. Розповісти про практичне застосування схеми зі спільною базою.
Список літератури
Скаржепа И. А., Луценко А. Н. Электроника и микросхемотехника: Учебник: В 2-х ч./ Под общ. ред. А. А. Краснопрошиной. К.: Вища шк. 1989. – Ч.1.
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991.
Захаров В.К., Лыпарь Ю.М. Электронные устройства автоматики и телемеханики. Л.: Энергоатомиздат, 1984.
Гершунский Б. С. и др. Справочник по основам электронной техники. Изд-во Киевского университета, 1972.
Москатов Е. А. Электронная техника. – Таганрог, 2004. – 121 с.
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І
ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРА
ПО СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНОЮ БАЗОЮ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 3
з дисципліни “Електроніка та мікропроцесорна техніка”
для студентів базового напряму 6.0902 “Інженерна механіка”
Укладачі
Редактор
Комп’ютерне верстання
Зелінський Ігор Дмитрович
Таянов Сергій Анатолійович
Гурський Володимир Миколайович
Здано у видавництво 24.01.2008. Підписано до друку 25.01.2007.
Формат 70(100/16. Папір офсетний. Друк на різографі.
Умовн. друк. арк. .Обл.. – вид. Арк. .
Наклад 100 прим. Зам.
Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”
Реєстраційне свідоцтво серії ДК № 751 від 27.12.2001 р.
Поліграфічний центр Видавництва
Національного університету “Львівська політехніка”
Вул. Ф. Колеси, 2, Львів, 79000
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора