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 ЗА СХЕМОЮ ІЗ СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 4
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 за схемою із спільним емітером: Методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи № 4 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 ЗА СХЕМОЮ ІЗ СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ
Мета роботи – вивчення особливостей роботи транзистора за схемою із спільним емітером (зняття вхідної і вихідної характеристик), визначення коефіцієнта підсилення за струмом і вхідним опором.
1. Короткі теоретичні відомості
Біполярним транзистором називають напівпровідниковий прилад з трьома виводами, що має два взаємодіючі електронно-діркові переходи, які розташовані між трьома областями з типами провідності, які чергуються. Залежно від порядку чергування областей розрізняють транзистори р-n-р і n-р-n типів.
Середня область називається базою (Б). Перехід, до якого прикладена пряма напруга, називають емітерним, а відповідну зовнішню область – емітером (Е). Інший перехід, зміщений у зворотному напрямі, називають колекторним, а відповідну зовнішню область – колектором (К).
При виготовленні транзистора методом вплавлення (рис. 1а), його базою служить пластинка германію або кремнію, наприклад n-типу, на яку з двох сторін наплавляють краплі акцепторної домішки, наприклад індію. В прикордонних шарах між германієм та індієм утворюються р-області, які представляють емітер і колектор, відстань між якими (товщина бази) дуже маленька. Крім того, концентрація атомів домішки в області бази повинна бути у багато разів нижча, ніж в області емітера. Ця умова дуже важлива для роботи транзистора. Досконалішим є дифузійний метод виготовлення транзисторів, за якого в пластинці кремнію n-типу (рис. 1б) за допомогою фотолітографії формують базову і емітерну області, колектором в такій n-р-n структури служить початкова пластинка кремнію n-типу.
Рис. 1. Схеми виготовлення біполярних транзисторів
вплавленням (а) та дифузійним (б) методами
Розглянемо принцип дії транзистора на прикладі р-n-р структури (рис. 2). Між базою і емітером до транзистора подають пряму напругу , для якої емітерний перехід відкритий і, отже, під дією напруги в долі вольта через нього потече значний прямий струм емітера . Оскільки в транзисторах концентрація носіїв в базі у багато разів нижча, ніж в емітері, тому струм створюється в основному дірками, які інжектовані емітером в базу. Введені в базу дірки намагаються рекомбінувати з вільними електронами бази, але оскільки останніх мало, а область бази вузька, то переважна більшість дірок встигає пройти через базу і досягти р-n переходу колектора, перш ніж відбудеться рекомбінація. Невелика ж частина рекомбінованих дірок створює струм бази (рис. 2а). Пройшовши до колектора, дірки починають відчувати прискорюючу дію р-n переходу колектора і вони витягуються з бази в колектор, “збираються їм”, створюючи струм колектора . Враховуючи невеликий відсоток дірок, які рекомбінують з електронами в базі, можна вважати, що , де =0.95 ( 0.99 – коефіцієнт передачі струму емітера.
Оскільки напруга є зворотною, вона в десятки разів може перевищувати напругу , яка, будучи прямою, є вхідною для транзистора і визначається вольтамперною характеристикою р-n переходу. Вхідний струм транзистора і його струм виходу приблизно рівні. Тому, потужність на виході схеми може виявитися набагато більшою, ніж затрачувана у вхідному ланцюзі . Це положення визначає підсилювальні властивості транзистора.
Принцип дії транзистора n-р-n типу відрізняється тільки тим, що носіями зарядів у ньому служать не дірки, а вільні електрони (рис.2б).
Рис. 2. Принцип дії та позначення біполярних транзисторів
Для дослідження властивостей транзистора прикладемо вхідну напругу і зміряємо струм виходу як функцію напруги виходу (рис. 3).
Рис. 3. Схема дослідження властивостей транзистора
Шляхом ступінчастого підвищення вхідної напруги отримаємо сімейство вихідних характеристик (рис. 4а). Особливістю транзистора є той факт, що струм колектора мало змінюється після досягнення – певного значення. Напруга, при якій характеристика має вигин, називається напругою насичення. Іншою особливістю є те, що малої зміни вхідної напруги виявляється достатньо для того, щоб викликати відносно велику зміну струму колектора. Це видно на прохідній характеристиці, зображеній на рис. 4б, яка є залежністю від . Прохідна характеристика транзистора, як і діода, має вид експоненціальної функції , де – зворотний струм колектора. Зміна струму колектора залежно від характеризується крутизною : , при . Цю величину можна розрахувати, використовуючи теоретичну залежність : . Таким чином, крутизна пропорційна струму колектора і не залежить від індивідуальних властивостей кожного транзистора, тому для її визначення не вимагається вимірювань.
Рис. 4. Вихідна (а) та прохідна (б) характеристики транзистора
Залежність струму колектора від напруги характеризується диференціальним опором виходу , при . З високою точністю опір обернено пропорційний до , тобто , де коефіцієнт пропорційності називається напругою Ерлі. Його можна визначити, замірявши . Типове значення знаходиться в межах 80-200 В для n-р-n транзисторів і 40-150 В для р-n-р транзисторів.
Для опису вхідного ланцюга транзистора як навантаження, сполученого з вхідним джерелом напруги, вводять диференціальний вхідний опір , при . Його можна визначити по вхідній характеристиці (рис. 5).
Рис. 5. Вхідна характеристика транзистора
Ця характеристика, як і прохідна характеристика, описується експоненціальною функцією. Коефіцієнт пропорційності називають коефіцієнтом статичного посилення по струму. Проте пропорційність має місце тільки в обмеженій області струму, оскільки залежить від . Диференціальний коефіцієнт посилення по струму в робочій точці визначається виразом при . Знаючи і крутизну можна розрахувати вхідний опір : . При малих сигналах транзистори характеризуються коефіцієнтом зворотної передачі за напругою: при . Абсолютне значення його не перевищує . Тому впливом зворотної передачі практично можна нехтувати. При високих частотах зворотну передачу все ж таки доводиться враховувати.
2. Схема дослідження, необхідні прилади і деталі
Схема для зняття характеристик транзистора з спільним емітером приведена на рис. 6.
Рис. 6. Схема дослідження транзистора з спільним емітером
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. 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.
Для підбору елементів схеми необхідно знати параметри досліджуваного транзистора. Основні параметри деяких біполярних транзисторів приведені в табл. 1.
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 коефіцієнта підсилення по струму і вхідного опору транзистора.
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
Складання та випробування схеми
Досліджуваний транзистор, джерела живлення, вимірювальні прилади і потенціометри з'єднують по схемі рис. 6. Після перевірки приступають до випробовування схеми. Для цього потенціометром встановлюють напругу колектор-емітер порядку 50 60% від найбільшого значення цієї напруги для досліджуваного транзистора. Підтримуючи цю напругу постійним, змінюють напругу (за допомогою потенціометра ) і стежать за показаннями приладу, що вимірює струм бази . Його величина повинна змінюватися в межах, достатніх для зняття вхідної характеристики транзистора. Потім перевіряють можливість зняття вихідної характеристики. Для цього встановлюють движок потенціометра в середнє положення, зауважують значення струму бази і підтримують його постійним. Змінюючи напругу , стежать за величиною струму колектора , що має плавно змінюватися в межах, що дозволяють зняти вихідну статичну характеристику транзистора.
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 В і трьох значень напруги , що відрізняються між собою на 30 50%. Величини напруг , і залежать від типу досліджуваного транзистора. Наприклад, для транзистора типу ГТ109А ці напруги можуть бути рівними відповідно 3; 5 і 8В. Напругу між базою і емітером змінюють потенціометром від 0 до 200 300 мВ (для малопотужного транзистора) через 20—30 мВ.
Варто звернути увагу на те, що вхідні статичні характеристики, зняті при , практично не відрізняються одна від одної і дати пояснення цьому явищу.
Зняття вихідних статичних характеристик транзистора
при
Дані спостережень записують у заздалегідь заготовлену таблицю спостережень (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 бази , , і , що встановлюють потенціометром і підтримують у процесі спостережень незмінними. Величини струмів бази залежать від типу досліджуваного транзистора. Наприклад, для малопотужних транзисторів (типу ГТ109А) значення , , і можуть складати відповідно 0, 40, 80, 120 мкА. Напруга змінюють потенціометром . від 0 до 10 15 В (для малопотужних транзисторів) через інтервали 2 3 В.
Побудова статичних характеристик транзистора
На підставі результатів табл. 2 і 3, у прямокутній системі координат будують сімейства вхідних і вихідних статичних характеристик транзистора. Зразковий вид цих характеристик приведений на рис. 7.
Визначення коефіцієнта підсилення по струму
і вхідному опорі транзистора
Користаючись сімейством вихідних характеристик транзистора (див. рис. 7а), неважко визначити значення коефіцієнта підсилення по струму. Припустимо, що транзистор працює при напрузі між колектором і емітером В, а струм бази дорівнює мкА. Цьому режиму в сімействі вихідних характеристик транзистора відповідає точка А. Взявши приріст і між точками В и С при постійній напрузі знайдемо
при .
Вимірювання слід проводити для напруги , складає приблизно 50% від найбільшої величини цієї напруги для даного типу транзистора.
Вхідний опір транзистора можна знайти з вхідних характеристик (див. рис. 7б). Точка А відповідає тому ж режиму, що і на вихідних характеристиках.
По приростах і між точками В і С при постійному В, знаходимо
Ом.
а) б)
Рис. 7. Статичні характеристики для схеми з спільним емітером:
а – вихідні; б – вхідні
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) розрахунок коефіцієнта підсилення по струму і вхідного опору транзистора;
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. Вкажіть основні особливості схеми включення транзистора з спільним емітером.
2. Яку залежність виражає вхідна характеристика транзистора за схемою з спільним емітером?
3. Яку залежність виражає вихідна характеристика транзистора за схемою з спільним емітером?
4. Поясніть процес посилення по струму в схемі включення транзистора з спільним емітером.
5. Чим пояснити збільшення вхідного опору транзистора при включенні його за схемою з спільним емітером?
6. Як впливає величина напруги на ділянці колектор — емітер на положення вхідної статичної характеристики транзистора?
7. Як впливає величина струму бази на положення вихідної статичної характеристики транзистора?
8. Наведіть співвідношення між коефіцієнтами підсилення по струму в схемі з спільним емітером і з спільною базою.
9. Як визначити коефіцієнт підсилення по струму і вхідний опір транзистора по характеристиках?
10. Розповісти про використання схеми з спільним емітером.
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
ЗА СХЕМО ІЗ СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 4
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