Исследование работы биполярного транзистора

Исследование работы биполярного транзистора

Цель работы: ознакомление со схемами включения и построение вольтамперных характеристик биполярного транзистора, работающего с общей базой (ОБ) и с общим эмиттером (ОЭ).

 

Приборы и оборудование:

– персональный компьютер;

– программа схемотехнического моделирования «Electronics Workbench».

 

Краткие теоретические сведения.

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, состоящий из трех соприкасающихся слоев различной проводимости, которые образуют два взаимодействующих p-n перехода. Структура транзистора может быть p-n-p типа или n-p-n типа. Средняя часть кристалла прибора называется базой, одна из крайних эмиттером, другая – коллектором. Принцип работы транзистора основан на управлении токами электродов в зависимости от подведенных к его переходам напряжений.

Транзистор включают в цепь так, чтобы один его электрод являлся входным, второй выходным и третий общим для входа и выхода. В зависимости от этого различают три схемы включения транзистора:

– схема с общей базой (ОБ) (рис. 2.1,а);

– схема с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 2.1,б);

– схема с общим коллектором (ОК) (рис. 2.1,в);

 

 

 

Рис. 2.1. Схемы включения n-p-n транзистора.

 

Для расчета транзисторных схем используют два семейства вольтамперных характеристик: входные и выходные.

Входные характеристики показывают зависимости тока входного электрода от напряжения между ним и общим электродом при постоянном напряжении на выходном электроде.

Выходные характеристики показывают зависимости тока выходного электрода от напряжения между ним и общим электродом.

Для входных и выходных параметров транзистора используются h- пара-метры (на примере усилителя с ОБ):

h_11Б = U_ЭБ/ I_Э при U_КБ = const;

h_12Б = U_ЭБ/ U_КБ при I_Э = const;

h_21Б = I_К / I_Э при U_КБ = const;

h_22Б = I_К / U_КБ при I_Э = const.

Физический смысл h-параметров транзистора состоит в следующем:

h₁₁ – входное сопротивление в режиме короткого замыкания на выходе;

h₁₂ – коэффициент внутренней обратной связи в режиме холостого хода на выходе;

h₂₁ – коэффициент передачи (коэффициент усиления) тока в режиме короткого замыкания на выходе;

h₂₂ – выходная проводимость транзистора в режиме холостого хода на выходе.

Аналогично определяются h-параметры для других схем включения транзистора.

 

Ход работы:

1. Запустить программный пакет Electronics Workbench.

2. Сформировать на рабочем поле схему для исследования биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой (ОБ) (рис.2.2).

3. Выбрать из каталога транзистор 2N2222; установить входное напряжение U_вх=4В, выходное напряжение U_вых=0В и сопротивление коллектора R2=0.001 Ом; установить сопротивления во входной цепи R1=300 Ом.

4. Последовательно изменяя значение сопротивления R1=300, 700, 1000, 2000, 3000 Ом, снять входную вольтамперную характеристику транзистора с ОБ I_э = f (U_эб) при U_вых=const=0. Данные занести в таблицу. При проведении замеров обеспечивать постоянство выходного напряжения (способ стабилизации согласовать с преподавателем).

 

Пример таблицы для занесения данных:

R1, кOм
Iэ, мA
Uбэ, мВ

 

5. Установить U_вых, заданное преподавателем, и снять входную вольтамперную характеристику транзистора с ОБ I_э = f (U_эб) по методике, изложенной в п.13. Данные занести в таблицу.

6. На основании результатов измерений построить семейство входных вольтамперных характеристик транзистора с ОБ I_э = f (U_эб).

7. Объяснить полученные результаты.

8. Установить входное напряжение U_вх=4В, выходное напряжение U_вых =10В и сопротивление R1, заданное преподавателем. Зафиксировать значение тока эмиттера I_э.

9. Последовательно изменяя значение сопротивления R2=100, 500, 1000, 2000, 3000, 5000 Ом снять выходную вольтамперную характеристику транзистора с ОБ I_к = f (U_кб) при I_э=const. При проведении замеров обеспечивать постоянство входного тока (способ стабилизации согласовать с преподавателем). Данные занести в таблицу.

10. Уменьшить значение сопротивления R1 в 3 раза. Зафиксировать значение тока I_э. Cнять выходную вольтамперную характеристику транзистора с ОБ I_к = f (U_кб) при I_э=const, по методике, изложенной в п.18. Данные занести в таблицу.

11. На основании результатов измерений построить семейство выходных вольтамперных характеристик транзистора с ОБ I_к = f (U_кб) при I_э=const.

12. Проанализировать и объяснить характер полученных графических зависимостей.

13. Рассчитать h-параметры транзистора.

 

14. Сформировать на рабочем поле схему для исследования биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Выбрать из каталога транзистор 2N2222; установить входное напряжение U_вх=4В, напряжение питания Е_к=0В и сопротивление коллектора R2=0.001 Ом; установить значение R1=300.

15. Последовательно изменяя значение сопротивления R1=300, 700, 1500, 3000, 5000 Ом снять входную вольтамперную характеристику транзистора с ОЭ I_б = f (U_бэ) при Е_к=0. Данные занести в таблицу.

16. Установить напряжение питания Е_к, заданное преподавателем, и снять входную вольтамперную характеристику транзистора с ОЭ I_б = f (U_бэ) по методике, изложенной в п.15.

При измерениях необходимо контролировать и поддерживать постоянным U_КЭ. Для этого служит резистор R2. Данные занести в таблицу.

17. На основании результатов измерений построить семейство входных вольтамперных характеристик транзистора с ОЭ I_б = f (U_бэ).

18.Установить входное напряжение U_вх=4В, напряжение питания Е_к=10В и сопротивление R1, заданное преподавателем. Зафиксировать значение тока базы I_б.

19.Последовательно изменяя значение сопротивления R2=50, 500, 1500, 3000, 5000 Ом снять выходную вольтамперную характеристику транзистора с ОЭ I_к = f (U_кэ) при I_б=const. Постоянство I_Б обеспечивается резистором R1.

20. Данные занести в таблицу.

21. Уменьшить значение сопротивления R1 в 5 раз. Зафиксировать значение тока базы I_б. Cнять выходную вольтамперную характеристику транзистора с ОЭ I_к = f (U_кэ) при I_б=const, по методике, изложенной в п.8. Данные занести в таблицу.

 

Пример таблицы для занесения данных:

R1, кOм
I, A
U, В

 

22. На основании результатов измерений построить семейство выходных вольтамперных характеристик транзистора с ОЭ I_к = f (U_кэ) при I_б=const.

23. Объяснить полученные результаты.

24. Ответить на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы.

1. Назовите основные параметры транзистора.

2. В качестве какого электронного элемента может работать биполярный транзистор?

3. Какие схемы включения транзистора вы знаете?

4. Какую структуру может иметь транзистор? Каково графическое изображение биполярного транзистора?

5. Что такое h-параметры транзистора и что они характеризуют?

6. Приведите формулы пересчета h-параметров транзистора.

7. изложите методику снятия входных и выходных характеристик биполярного транзистора.