ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРА ПО СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ. Інструкція до лабораторної роботи з Інші. Робота № 523951

Перехід до торгівельного партнера Binance

ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРА ПО СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Інститут інженерної механіки та транспорту

Факультет:

Інженерна механіка

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2011

Тип роботи:

Інструкція до лабораторної роботи

Предмет:

Інші

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРА ПО СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЯ до лабораторної роботи № 3 для студентів базового напряму 6.050501 “Прикладна механіка”, 6.050502 “Інженерна механіка”, 6.050503 “Машинобудування” Затверджено на засіданні науково-методичної ради Інституту інженерної механіки та транспорту Протокол № 6/09-10 від 16.03.2010 р. Львів – 2011 Зняття характеристик і визначення параметрів транзистора по схемі зі спільним емітером: Методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи № 4 з дисципліни “Електроніка та мікропроцесорна техніка” для студентів базового напряму 6.050501 “Прикладна механіка”, 6.050502 “Інженерна механіка”, 6.050503 “Машинобудування” / Укл.: І. Д. Зелінський, С. А. Таянов, В. М. Гурський. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2011. – 13 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 Кузьо І. В., д-р. техн. наук, проф., зав. каф. механіки та автоматизації машинобудування Рецензент Куцик А. С., д-р. техн. наук, зав. кафедри автоматизації виробничих процесів, електротехніки та теплотехніки Національного лісотехнічного університету України (м. Львів) ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРА ПО СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ Мета роботи – вивчення особливостей роботи транзистора по схемі зі спільним емітером (зняття вхідної і вихідної характеристик), визначення коефіцієнта підсилення по струму і вхідному опору. 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 іn-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. 1 а), його базою служить пластинка германію або кремнію (n-типу), на яку з двох сторін наплавляють краплі акцепторної домішки, наприклад індію. В прикордонних шарах між германієм та індієм утворюються р-області, які є емітером і колектором, відстань між якими (товщина бази) є незначною. Крім того, концентрація атомів домішки в області бази повинна бути у багато разів нижчою, ніж в області емітера. Досконалішим є дифузійний метод виготовлення транзисторів, за якого в пластинці кремнію n-типу (рис. 1 б) за допомогою фотолітографії формують базову та емітерну області. Колектором в такій n-р-n структурі служить 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). До транзистора, між його базою і емітером прикладають пряму напругу із значенням в долі вольта (емітерний перехід відкритий), під дією якої пройде значний прямий струм емітера . Оскільки в транзисторах концентрація носіїв у базі в багато разів нижча, ніж в емітері, то струм створюється, в основному, дірками. Введені в базу дірки намагаються рекомбінувати з вільними електронами бази, але оскільки їх мало, а область бази є вузькою, то переважаюча більшість дірок встигає пройти через базу і досягти р-n переходу колектора, перш ніж відбудеться рекомбінація. Невелика частина рекомбінованих дірок створює струм бази (рис. 2 а). Пройшовши до колектора, дірки починають відчувати прискорюючу дію р-n переходу колектора, витягуються з бази в колектор 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 () і вихідний () струми транзистора приблизно рівні. Тому, потужність на виході схеми () може виявитися набагато більшою, ніж та, що затрачається у вхідній ланці (). 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.2 б). Рис. 2. Принцип дії та позначення біполярних транзисторів Для дослідження властивостей транзистора, прикладемо до нього вхідну напругу () і виміряємо струм () виходу, як функцію напруги () виходу (рис. 3). Рис. 3. Схема дослідження властивостей транзистора Шляхом ступеневого підвищення вхідної напруги отримаємо сімейство вихідних характеристик (рис. 4 а). Особливістю транзистора є те, що струм колектора мало змінюється після досягнення напругою певного значення. Напруга, за якої характеристика має вигин, називається напругою насичення. Іншою особливістю є те, що мала зміна вхідної напруги виявляється достатньою для того, щоб викликати відносно велику зміну струму колектора. Це видно на прохідній характеристиці, зображеній на рис. 4 б, яка є залежністю від . Прохідна характеристика транзистора, як і діода, має вигляд експоненціальної функції , де – зворотний струм колектора. Зміна струму колектора залежно від характеризується крутизною : , при . Цю величину можна розрахувати, використовуючи теоретичну залежність : . а) б) 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 вхідної ланки транзистора як навантаження, з’єднаного 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 підсилення по струму. Проте, пропорційність має місце тільки в обмеженій області струму, оскільки залежить від . Диференціальний коефіцієнт підсилення 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, за винятком використання високих частот. 2. Схема дослідження, необхідні прилади і деталі Схему для зняття характеристик транзистора зі спільним емітером подано на рис. 6. Рис. 6. Схема дослідження транзистора зі спільним емітером У схемі є два джерела живлення, які дозволяють змінювати напругу на емітерному та колекторному переходах. Вимірювальні прилади у вхідному та вихідному колах транзистора повинні бути розраховані на вимірювання постійних струмів і напруги. Доцільно застосовувати прилади магнітоелектричної системи, не забуваючи, що при їхньому включенні в схему необхідно дотримуватись полярності. Межі вимірювань приладів повинні бути достатніми для зняття вхідних і вихідних характеристик та залежати від величин струмів і напруги у колах досліджуваного транзистора. Для налагодження елементів схеми, необхідно знати параметри досліджуваного транзистора. Основні параметри деяких біполярних транзисторів приведені в табл. 1. 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 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. Випробування схеми Після ознайомлення зі схемою (рис. 6), приступають її випробовування. Для цього потенціометром встановлюють напругу колектор-емітер , порядку 50– 60% від найбільшого значення цієї напруги для досліджуваного транзистора. Підтримуючи цю напругу постійною, змінюють напругу (за допомогою потенціометра ) і стежать за показами приладу, який 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, відзначають значення струму бази і підтримують його постійним. Змінюючи напругу , стежать за величиною струму колектора , що має плавно змінюватися в межах, які 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 ... = 0, В = , В = , В = , В , В , мА , В , мА , В , мА , В , мА Вхідні статичні характеристики транзистора знімають для В і трьох значень напруги , які відрізняються між собою на 30– 50%. Величини напруги , і залежить від типу досліджуваного транзистора. Наприклад, для транзистора типу ГТ109А, ці напруги можуть бути рівними відповідно 3; 5 і 8 В. Напругу між базою та емітером змінюють потенціометром від 0 до 200– 300 мВ (для малопотужного транзистора), через 20–30 мВ. 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 , які 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 в 2–3 В. Побудова статичних характеристик транзистора За результатами табл. 2 і 3, у прямокутній системі координат будують сімейства вхідних і вихідних статичних характеристик транзистора. Наближений вигляд цих характеристик наведено на рис. 7. Визначення коефіцієнта підсилення по струму і вхідному опору 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 , яка складає, приблизно, 50% від найбільшої величини цієї напруги для даного типу транзистора. Вхідний опір транзистора можна знайти з вхідних характеристик (див. рис. 7 б). Точка А відповідає тому ж режиму, що й на вихідних характеристиках. За приростами і , між точками В і С при постійному В знаходимо Ом. а) б) Рис. 7. Статичні характеристики для схеми зі 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 повинен містити: 1) точне найменування і мету роботи; 2) таблицю основних даних досліджуваного транзистора; 3) схему для зняття характеристик транзистора (з короткою характеристикою елементів, що входять до неї; 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. Всі вимірювання проводити тільки за умови надійного заземлення обладнання і приладів. 3. У разі виявлення несправності приладів чи обладнання – негайно вимкнути їх з мережі живлення і повідомити викладача. 6. Контрольні запитання 1. Вкажіть основні особливості схеми вмикання транзистора зі спільним емітером. 2. Яку залежність виражає вхідна характеристика транзистора по схемі зі спільним емітером? 3. Яку залежність виражає вихідна характеристика транзистора по схемі зі спільним емітером? 4. Поясніть процес посилення по струму в схемі вмикання транзистора зі спільним емітером. 5. Чим пояснити збільшення вхідного опору транзистора при вмиканні його по схемі зі спільним емітером? 6. Як впливає величина напруги на ділянці колектор-емітер на вхідну статичну характеристику транзистора? 7. Як впливає величина струму бази на вихідну статичну характеристику транзистора? 8. Наведіть співвідношення між коефіцієнтами підсилення по струму в схемі зі спільним емітером та із спільною базою. 9. Як визначити коефіцієнт підсилення по струму і вхідний опір транзистора по характеристиках? 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 6.050501 “Прикладна механіка”, 6.050502 “Інженерна механіка”, 6.050503 “Машинобудування” Укладачі Редактор Комп’ютерне верстання Зелінський Ігор Дмитрович Таянов Сергій Анатолійович Гурський Володимир Миколайович Здано у видавництво 24.01.2009. Підписано до друку 25.01.2009. Формат 60(84/16. 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 Поліграфічний центр Видавництва Національного університету “Львівська політехніка” Вул. Ф. Колеси, 2, Львів

Інструкція до лабораторної роботи Інші

djon

15.05.2013 17:05-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись