Транзистор в схеме с общей базой


Скачать 227.43 Kb.
НазваниеТранзистор в схеме с общей базой
Дата публикации05.07.2013
Размер227.43 Kb.
ТипЛабораторная работа
userdocs.ru > Информатика > Лабораторная работа
Лабораторная работа № 3
ТРАНЗИСТОР В СХЕМЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ
Цели работы:

1. Ознакомиться с реальными характеристиками и параметрами низкочастотного транзистора малой мощности, включенного по схеме с общей базой.

2. Определить h-параметры.

3. Проанализировать работу транзистора в усилительном каскаде.
1. Краткие теоретические сведения
Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными (pn) переходами и тремя или более выводами, предназначенный для усиления тока, напряжения или мощности. Основа работы транзистора – это взаимодействие двух pn-переходов. При этом ток одного может управлять током другого. Суть управления заключается в том, что носители заряда, инжектируемые через прямосмещенный переход, доходят до обратносмещенного перехода и изменяют его ток.

Технологическим основанием биполярного транзистора служит пластина полупроводника, называемая базой. С двух сторон в нее вплавлена примесь, создающая области с проводимостью, отличной от проводимости базы. У транзисторов npn-типа база обладает дырочной проводимостью, а крайние области – электронной. Транзисторы
pnp-типа имеют обратную структуру. Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми.

Область транзистора, основным назначением которой является инжекция носителей в базу, называют эмиттером, а соответствующий ей электронно-дырочный переход – эмиттерным.

Область транзистора, основным назначением которой является экстракция носителей из базы, называют коллектором, а соответствующий ей электронно-дырочный переход – коллекторным.

В процессе работы транзистора носители заряда, инжектированные в базу (не основные для нее), перемещаются от эмиттера к коллектору за счет разности концентраций (диффузионные транзисторы). В базе они частично рекомбинируют с основными носителями. Следовательно, для эффективной работы транзистора база должна иметь малую толщину и минимальную степень легирования. Иногда для ускорения процессов переноса в базу путем неравномерного легирования «встраивается» электрическое поле, которое к силам диффузии добавляет электрические силы (дрейфовые транзисторы). Если на коллекторный переход подать обратное напряжение, то из-за низкого легирования базы область коллекторного перехода, обедненная свободными носителями, расширяется в сторону базовой области, что приводит к уменьшению ее ширины (эффект Эрли).

При использовании транзистора в радиотехнических устройствах на его переходы подают внешние напряжения (рис. 3.1). В зависимости от полярности этих напряжений каждый из переходов может быть смещен либо в прямом (открыт), либо в обратном (закрыт) направлении. Соответственно получают четыре режима работы транзистора:

режим отсечки – оба перехода закрыты;

режим насыщения – оба перехода открыты;

активный режим – эмиттерный переход частично открыт, а коллекторный закрыт;

инверсный (обратный активному) режим – коллекторный переход открыт, а эмиттерный закрыт.

Режимы осечки, насыщения и инверсный используются как переключающие и импульсные. Активный режим характерен для работы транзистора в усилителях и генераторах.

Имеются три основные схемы подключения транзисторов, различающиеся характеристиками и параметрами.

Рис. 3.1. Схема включения транзистора

с общей базой
Схема с общей базой (ОБ): сигнал подается на эмиттер относительно базы, снимается с коллектора относительно базы; используется для усилителей напряжения (рис. 3.1).

Схема с общим эмиттером (ОЭ): сигнал подается на базу относительно эмиттера, снимается с коллектора относительно эмиттера; используется для усилителей тока и мощности.

Схема с общим коллектором (ОК): сигнал подается на базу относительно коллектора, снимается с эмиттера относительно коллектора; используется в устройствах согласования и повторителях.

Транзисторы классифицируются по исходному материалу, рассеиваемой мощности, диапазону рабочих частот, принципу действия.
В зависимости от исходного материала их делят на две группы: германиевые (Ge) и кремниевые (Si). Германиевые транзисторы работают в интервале температур от –60 до +78...85 °C, кремниевые – от –60 до +120...150 °C. По диапазону рабочих частот их делят на транзисторы низких, средних и высоких частот, по мощности – на транзисторы малой, средней и большой мощности.

Транзисторы малой мощности подразделяются на шесть групп: усилители низких и высоких частот, малошумящие усилители, переключатели насыщенные, ненасыщенные и малотоковые (прерыватели).

Транзисторы большой мощности подразделяются на три группы: усилительные, генераторные, переключательные.
^ 2. Основные характеристики

и параметры биполярного транзистора

Вольт-амперные характеристики (рис. 3.2) содержат информацию о свойствах транзистора во всех режимах работы при больших и малых сигналах. По вольт-амперным характеристикам можно определить статические параметры транзисторов и параметры в режиме усиления. В основном используются два семейства вольт-амперных характеристик: входные и выходные.

^ Входные характеристики представляют собой зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном напряжении на коллекторе (рис. 3.2, а). Входные характеристики транзистора аналогичны характеристикам диода в прямом включении. При повышении температуры они смещаются в область меньших входных напряжений. Смещение характеристик при изменении напряжения на коллекторе объясняется эффектом модуляции ширины базы (эффектом Эрли). Однако, при оно незначительно.
а б

Рис. 3.2. Входные (а) и выходные (б) характеристики

транзистора с общей базой
Выходные характеристики устанавливают зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном токе входного электрода (рис. 3.2, б). Отличительной особенностью выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой, является слабая зависимость тока коллектора от напряжения на нём. При повышении температуры выходные характеристики смещаются в сторону больших токов из-за увеличения обратного тока коллекторного перехода.

^ Малосигнальные (дифференциальные) параметры характеризуют работу транзистора при воздействии малого сигнала, т.е. сигнала, возрастание амплитуды которого в 1,5 раза приводит к незначительному изменению параметра (обычно не более чем на 10 %). При воздействии малого сигнала транзистор рассматривают как активный линейный несимметричный четырехполюсник, у которого один из зажимов общий для входа и выхода.

В соответствии с теорией четырехполюсников входные и выходные напряжения и токи однозначно связаны между собой системой двух уравнений, содержащей набор из четырех параметров.

Широкое распространение получила система h-параметров. В этой системе уравнения четырехполюсника можно записать в виде



Здесь


роткозамкнутом выходе;
– входное сопротивление транзистора при ко-

при разомкнутом входе;
– коэффициент обратной связи по напряжению

замкнутом выходе;
– коэффициент передачи тока при коротко-

входе;
– выходная проводимость при разомкнутом


h-параметры при включении транзистора по схеме с общей базой или общим эмиттером связаны между собой формулами



Для наиболее часто используемых параметров введены дополнительные обозначения: . Причем  и  связаны выражением .

^ 3. Предварительное задание

1. Постройте семейство статических входных характеристик . Исходные данные приведены в таблице 3.1.

Т а б л и ц а 3.1

Iэ, мА

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

2,25

2,5

2,75

3

3,25

3,5

3,75

4

Uэб (Uкб=0), В

0

0,25

0,31

0,334

0,348

0,358

0,368

0,378

0,387

0,396

0,405

0,414

0,422

0,43

0,438

0,446

0,453

Uэб (Uкб=-5), В

0

0,15

0,18

0,2

0,21

0,22

0,23

0,238

0,245

0,25

0,255

0,26

0,265

0,27

0,275

0,28

0,285

Uэб (Uкб=-10), В

0

0,1

0,158

0,18

0,195

0,205

0,214

0,221

0,228

0,235

0,241

0,247

0,253

0,258

0,263

0,268

0,273

2. Постройте семейство статических выходных характеристик . Исходные данные в таблице 3.2.

Т а б л и ц а 3.2

Uкб, В

-0,3

-0,2

-0,1

0

2

4

6

8

10

12

Iк (Iэ =1 ), мА

0

0,4

0,78

0,96

0,961

0,962

0,963

0,964

0,965

0,966

Iк (Iэ =2 ), мА

0

1,5

1,68

1,922

1,92

1,926

1,928

1,93

1,932

1,934

Iк (Iэ =3 ), мА

0

2,6

2,78

2,89

2,889

2,892

2,895

2,898

2,901

2,904

Iк (Iэ =4 ), мА

0

3,7

3,8

3,852

3,856

3,86

3,864

3,868

3,872

3,876

Iк (Iэ =5 ), мА

0

4,75

4,83

4,82

4,825

4,83

4,835

4,84

4,845

4,85


3. Вычислите h-параметры биполярного транзистора в схеме с общей базой (3.2). Вычисления проведите по таблицам и графикам ВАХ относительно рабочей точки, которая задана для различных вариантов в таблице 3.3.

Указание. На графиках ВАХ необходимо отметить требуемые для расчётов приращения токов и напряжений.

Т а б л и ц а 3.3

№ варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Uкб р, В

4

6

8

4

6

8

4

6

8

10

Iэ р, мА

2

3

4

3

4

2

4

2

3

3

Eк, В

12

12

16

10

14

12

12

10

14

16

Rн, кОм

4,154

2,073

2,068

2,075

2,07

2,073

2,073

2,075

2,07

2,068


4. Определите коэффициенты усиления резистивного усилителя по напряжению и току в рабочей точке. Для этого на графике выходных характеристик постройте нагрузочную прямую

,

где задано в таблица 3.3. Прямая должна пройти через рабочую точку.

Указание. Методика построения нагрузочной прямой и определения дана в пункте 5.3.

5. Рассчитайте коэффициенты усиления исследуемого каскада по h-параметрам и сопротивлению нагрузки Rн. (См. п.5.4.).

6. Результаты выполнения предварительного задания сведите в таблицу 3.4,

Т а б л и ц а 3.4










































где - коэффициенты определеннее графически в п.1.4,

- коэффициенты определеннее по расчётам в п.1.5.
^ 4. Экспериментальная часть
Э
кспериментальные исследования транзистора проводятся в блоке 2А, схема которого показана на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Принципиальная схема блока 2А

Лабораторное задание

1. Ознакомьтесь по табл. 3.4 и 3.5 с типовыми параметрами германиевых и кремниевых pnp-транзисторов малой мощности низкой частоты.
Т а б л и ц а 3.4
Малосигнальные параметры транзисторов


Параметр

Обозначение

МП 41 (МП 37).

Режим испытания

КТ 3102

Режим испытания

Схема

ОБ

Схема

ОЭ

Схема

ОБ

Схема

ОЭ

Входное сопротивление,

Ом



25...30

500...2000

35...300

700...3000

Коэффициент обратной

связи по напряжению





2...20

2...20

2...17

2...17

Коэффициент передачи тока эмиттера



0,7...0,99

25...30

0,95...0,99

35...300

Выходная проводимость,

мкСм



0,5...3,3

12...100

0,7...3,3

10...300


Т а б л и ц а 3.5
Основные параметры транзисторов


Параметр

Обозна-

чение

МП41

КТ3102

Коэффициент передачи тока эмиттера

в схеме с общей базой



0,7...0,99

0,95...0,99

Обратный ток коллектора при Iэ = 0, мкА



< 15

< 0,5

Напряжение между коллектором и эмит-тером в режиме насыщения при Iк = 5 мА, , В



< 0,5

0,5...2

Предельная частота , МГц



1

1

Максимальное допустимое напряжение между коллектором и базой, В



25

50

Максимальное допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, В



25

40

Максимальная допустимая мощность рассеяния на коллекторе, мВт



150

150


2. Снимите данные для построения семейства статических входных характеристик в схеме с общей базой

.

Для этого отключите сопротивление нагрузки R2 (переключатель S1 в положение «Включено»). К клеммам Х1, Х2 подключите миллиамперметр с пределом измерения 200 мА; к клеммам Х7, Х8 миллиамперметр с пределом измерения 20 мА.

Выведите все ручки источников питания в крайнее левое положение, включите на блоке коммутации электропитание стенда и нажмите кнопку «2А».

Источником V2 установите последовательно напряжение на коллекторе ^ Uкб = 0, -5 и -10В (клеммы Х5, Х6) и поддерживайте его постоянным.

Указание. Для получения режима Uкб = 0 выключите источник питания V2, отключите приборы от клемм Х5, Х6 и Х7, Х8 и перемычкой соедините коллектор и базу транзистора (Х5, Х6).

Источником V1 изменяйте входной ток от 0 до 5 мА (клеммы Х1, Х2) и при этом измеряйте входное напряжение на клеммах Х3, Х4.

Перед выполнением следующего пункта по полученным экспериментальным данным обязательно постройте семейство входных характеристик в координатах (от 0 до 0,7 В) и (от 0 до 5 мА).

3. Снимите данные для построения семейства статических выходных характеристик

.

Характеристики снимаются последовательно при пяти постоянных значениях входного тока (клеммы Х1, Х2).

Напряжение на выходе (Uкб) меняйте источником V2 в пределах от 0 до –12 В и отсчитывайте по вольтметру, подключенному к клеммам Х5, Х6. Отсчет выходного тока ведется по миллиамперметру, подключенному к клеммам Х7, Х8.

Семейство выходных характеристик строится в координатах (от 0 до –12 В) и (от 0 до 5 мА).

4. Измерьте обратный ток коллектора при токе эмиттера (обрыв цепи эмиттера). Для этого разомкните клеммы Х1, Х2. Миллиамперметр с пределом измерений 200 мкА подключите в коллекторную цепь к клеммам Х7, Х8. Источником V2 подайте на коллектор напряжение Uкб = –12 В и отсчитайте значение тока .

5. Исследуйте работу транзистора в схеме усиления сигнала.

Подключите в цепь коллектора сопротивления нагрузки R2 (переключателя S1 в положение «Выключено»).

Задайте рабочую точку усилителя. Для этого источником V1 установите ток эмиттера (клеммы Х1, Х2). Затем регулировкой источника питания V2 установите напряжение на коллекторе Uкбр = –5 В (клеммы Х5, Х6). Измерьте соответствующее им , а также рабочее напряжение источника питания усилителя (Ер) (клеммы Х9, Х10).

Запишите в отчет координаты рабочей точки по входу выходу а также Ер.

Снимите данные для определения экспериментальных значений коэффициентов усиления по току и по напряжению. Для этого относительно увеличьте и уменьшите ток эмиттера на 1 мА и отсчитайте () и () соответственно.
Указание. Если Uкб1 окажется в области, близкой к насыщению, т.е.
|Uкб1 | < 1 В, то рабочее напряжение коллектора Uкбр следует увеличить и повторить все измерения.
Рассчитайте экспериментальные значения коэффициентов усиления по напряжению и току, используя формулы

. (3.1)


^ 5. Обработка экспериментальных данных
1. На выходных характеристиках выделите штриховкой области активного режима и режима насыщения, а также покажите область режима отсечки.

2. По входным и выходным характеристикам рассчитайте приближенные значения h-параметров для схемы с общей базой.

Они вычисляются в рабочей точке методом малых приращений по следующим формулам:

входное сопротивление ;

к
по напряжению
оэффициент обратной связи ; (3.2)

к
тока базы
оэффициент передачи ;

выходная проводимость .

В отчете приведите рассчитанные значения h-параметров и дайте заключение об их соответствии типовым значениям.

^ 3. Проведите анализ работы усилительного каскада по семейству полученных входных и выходных характеристик транзистора (см. пп. 2 и 3 на стр. 28).

Для этого на выходных характеристиках по двум точкам постройте нагрузочную прямую

, (3.3)

где - из п.4.5; - указано на стенде или задаётся преподавателем.

Первую точку возьмите на оси напряжений Iк = 0, ; вторую – на оси токов Uкб = 0, .

Пример построения нагрузочной характеристики показан на
рис. 3.4, а. Задайте рабочую точку как точку пересечения нагрузочной прямой с центральной выходной характеристикой (), определите ее координаты: .

Внимание! При правильно проведённом эксперименте нагрузочная прямая должна пройти через экспериментальную рабочую точку (п. 4.5).


Рассчитайте по графику коэффициенты усиления по току и напряжению . Для этого относительно дайте приращение и найдите соответствующие приращения , , как показано на рис. 3.3, а. Приращение необходимо определять по входной характеристике, перестроенной с учетом влияния нагруз-
ки. Однако, так как слабо зависит от , можно использовать ста-
тическую входную характеристику при – 5 В, как показано на
рис. 3.4, б.

а б
Рис. 3.4. Выходные (а) и входные (б) характеристики

транзистора в схеме с общей базой
В отчете приведите входные и выходные характеристики с построениями для вычисления коэффициентов усиления, а также значения коэффициентов усиления, найденные по графикам.

4. Рассчитайте коэффициенты усиления исследуемого каскада по h-параметрам и сопротивлению нагрузки R2.

На рис. 3.5 показана эквивалентная схема транзистора. Ее анализ
с включенной на выходе нагрузкой (R2) дает следующие соотношения:




Рис. 3.5. Эквивалентная схема транзистора

на основе h-параметров

^ 6. Содержание отчета
1. Цель работы.

2. Паспортные данные исследуемого транзистора.

3. Схема проведения экспериментов.

4. Графики семейств статических входных и выходных характеристик с отмеченными на них областями активного режима, режима насыщения и отсечки, а также точками и нагрузочной прямой.

5. Экспериментально измеренные значения .

6. Рассчитанные по графикам значения h-параметров, а также .

7. Рассчитанные с использованием h-параметров коэффициенты .

8. Анализ проделанной работы.
Контрольные вопросы
1. Какое устройство называется биполярным транзистором?

2. Какие режимы работы транзистора называются активным, инверсным, насыщения, отсечки?

3. Какие составляющие содержит ток коллектора, эмиттера, базы?

4. Что характеризуют коэффициенты инжекции (эффективности), переноса, передачи тока эмиттера, от каких физических величин они зависят?

5. Что представляет собой выходная характеристика, проходящая через точку Где на характеристике находится эта точка ?

6. Как выглядит аналитическое выражение для тока коллектора в области активного режима?

7. Что представляет собой нагрузочная прямая, как ее построить?

8. Что характеризуют h-параметры, как они определяются по характеристикам?

9. Как по семейству статических характеристик и нагрузочной прямой определить параметры работы усилительного каскада по постоянному току ()?

10. Нарисуйте схемы подключения транзистора с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.
Литература: [2, с. 208–235]; [4, с. 150–155]; [6, с. 140–176].





Похожие:

Транзистор в схеме с общей базой iconТранзистор в схеме с общим эмиттером
Ознакомиться с реальными характеристиками и параметрами низкочастотного транзистора малой мощности, подключенного по схеме с общим...
Транзистор в схеме с общей базой icon3. Биполярные транзисторы (1 час) Ключевые слова
Ключевые слова: биполярный транзистор, эмиттер, база, коллектор, диффузионный и дрейфовый транзистор, статический коэффициент передачи...
Транзистор в схеме с общей базой icon№1 введение в безопасность жизнедеятельности
«БЖ» обязательная дисциплина и составная часть в общей логической схеме основной образовательной программы рап
Транзистор в схеме с общей базой icon1. Классификация электрических приводов
Эл тех, Эл мех и мех эл-ов и ус-ств. Такая Эл мех система и получила название Эл привода. В общей структурной схеме эп утолщенными...
Транзистор в схеме с общей базой iconПсихология больших социальных групп
Количественно точно не определить. Нельзя предложить общую схему изучения признаков, структуры, типов коммуникации, т к группы очень...
Транзистор в схеме с общей базой iconЛабораторная работа №8 исследование трехфазной электрической цепи...
Исследовать свойства трехфазной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой, соединенной по схеме " треугольник"
Транзистор в схеме с общей базой iconИсследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой,...
Исследовать свойства трехфазной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой, соединенной по схеме "треугольник"
Транзистор в схеме с общей базой iconНовости нанотехнологий и нанобизнеса
Немецкие физики создали спин-транзистор на базе теллура и кадмия (1 похожее сообщение)
Транзистор в схеме с общей базой iconУсловные обозначения на схеме электрооборудования автомобиля Москвич-412

Транзистор в схеме с общей базой icon1. Предмет и задачи общей гигиены и гигиены массовой физической культуры и спорта
Исторические этапы гигиенической науки, выдающиеся ученые общей и спортивной гигиены
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница