Семейство входных характеристик биполярного транзистора
Для схемы включения с общим эмиттером
Цель работы: получить входные характеристики биполярного транзистора и определить по ним h-параметры.
Приборы и принадлежности:
1. Прибор комбинированный Щ4313-2 шт.,
2. Авометр АВО-63 – 2 шт.,
4. Источник электропитания ИЭПП-2,
5. Источник электропитания ИПС-1,
6. Магазин сопротивлений,
7. Монтажная плата с транзистором,
8. Соединительные провода.
Контрольные вопросы для подготовки к лабораторному занятию
1. Входная характеристика биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером.
2. Малосигнальный параметр h11. Формула, трактовка, методика определения.
3. Семейство входных характеристик биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером.
4. Малосигнальный параметр h12. Формула, трактовка, методика определения.
5. Схемы электрических цепей для снятия входных характеристик биполярного транзистора, подключённого с общим эмиттером, для транзисторов различной структуры. Назначение и способы подключения электроизмерительных приборов.
6. Как устранить погрешность измерения экспериментальных точек. Привести расчётные формулы.
7. Обосновать наличие миллиамперметра в цепи коллектора при снятии входной характеристики биполярного транзистора.
8. Как не превысить предельно допустимую мощность рассеяния в цепи коллектора, снимая входную характеристику биполярного транзистора.
Краткая теория
Входная характеристика биполярного транзистора
Входной характеристикой БТ называется зависимость силы тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллектор-эмиттер: 
Семейство входных характеристик для различных напряжений 
(
) представлено на рисунке 1, а схема электрической цепи для снятия входной характеристики – на рисунке 2.
Рис.1
|
Рис.2
|
В качестве источников питания входной и выходной цепей можно использовать источники с регулируемым на выходе постоянным напряжением (например, ИПС-1 или ИЭПП-2). В качестве ограничительного резистора R удобно использовать магазин сопротивлений. Миллиамперметр P1 измеряет ток базы, вольтметр P2 – напряжение база – эмиттер, вольтметр P4 – напряжение коллектор – эмиттер. В качестве миллиамперметра удобно использовать прибор АВО-63 или Щ4313, в качестве вольтметра – Щ4313 или любой мультиметр.
Для представленной выше схемы (рис.2) видно, что миллиамперметр P1 измеряет сумму токов базы и вольтметра P2: 
. В случае открытого транзистора 
, поэтому 
можно пренебречь, т.е. 
. Если же транзистор закрыт, током вольтметра пренебречь нельзя, т.к. погрешность измерения тока будет достаточно велика. Ток базы можно рассчитать по формуле
, (1)
где 
– внутреннее сопротивление вольтметра. Поэтому в случае закрытого транзистора при определении тока базы будет целесообразно учитывать ток через вольтметр или внести конструктивные изменения в схему цепи: вольтметр P2 поставить перед миллиамперметром P1.
При проведении эксперимента запрещается использование токов и напряжений, превышающих предельно допустимые параметры исследуемого транзистора. Применимо ко входной характеристике это максимально допустимые при прямом смещении ток базы и напряжение база-эмиттер, а также максимально допустимая мощность рассеяния в цепи коллектора.
Чтобы не превысить максимальную мощность рассеяния в цепи коллектора, в цепь подключают миллиамперметр P3, измеряющий ток коллектора. Мощность рассеяния 
.
Максимально допустимые параметры некоторых транзисторов представлены в таблице 1.
Таблица 1
| Транзистор | Тип | Цоколёвка | 
| 
| 
| 
| 
|
| КТ315А | n-p-n |
| 0,15 | 30 - 120 | |||
| КТ315Б | 0,15 | 50 - 350 | |||||
| КТ315В | 0,15 | 30 - 120 | |||||
| КТ315Г | 0,15 | 50 - 350 | |||||
| КТ361А | p-n-p | 0,15 | 20 - 90 | ||||
| КТ361Б | 0,15 | 50 - 350 | |||||
| КТ361В | 0,15 | 40 - 160 | |||||
| МП26 | p-n-p | 
| 0,2 | 13 - 80 | |||
| МП37 | n-p-n | 0,15 | 15 - 50 | ||||
| МП39 | p-n-p | 0,15 | 12 - 60 | ||||
| МП41 | p-n-p | 0,15 | 30 - 100 | ||||
| МП42 | p-n-p | 0,2 | 20 - 100 |
Малосигнальные параметры 
В транзисторной технике наиболее широкое распространение получила система h -параметров. Для малосигнальных параметров (малых приращений токов и напряжений) можно записать:
. (1)
Данное уравнение позволяет определить входное напряжение 
по известному входному току 
и выходному напряжению .
Параметр 
определяется при коротком замыкании для переменного тока на выходе - 
, т.е. 
, значит
. (2)
Из (2) получим:
при . (3)
Из (3) видно, что является входным сопротивлением транзистора для переменного входного тока (дифференциальным входным сопротивлением) при постоянном напряжении на выходе.
Параметр 
определяется при разомкнутой для переменного тока входной цепи 
, т.е. когда во входной цепи имеется только постоянный ток 
. Значит:
, (4)
откуда
при . (5)
Параметр называется коэффициентом обратной связи по напряжению. Он показывает какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие наличия в нём внутренней обратной связи.
Приведём типовые значения h –параметров для маломощных транзисторов в схеме включения с общим эмиттером. будет иметь значение от сотен Ом до единиц кОм; порядок – от десятитысячных до тысячных долей (10-4 – 10-3).
Определение
Определить 
можно построив семейство входных характеристик БТ.
Рассчитать h –параметры можно, заменим в формулах (3) и (5) дифференциалы d на конечные приращения 
. Тогда
при ,
при .
Изменения напряжений и токов можно определить по входной характеристике БТ. Эти изменения должны быть небольшими, и, чтобы в их пределах характеристики транзистора представлялись отрезками прямых (лежали на линейном участке). На рисунке 3 представлены измерения изменений напряжений и токов для определения параметра , на рисунке 4 - для определения параметра .
Рис.3
|
Рис.4
|
Лабораторные задания:
1. Подготовить в тетрадях для лабораторных работ таблицу:
| Uкэ=0В | Uкэ=1В | Uкэ=2В | |||
| Uбэ, mВ | Iб, мкА | Uбэ, mВ | Iб, мкА | Uбэ, mВ | Iб, мкА |
2. Снять по точкам входные характеристики биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером при напряжениях коллектор-эмиттер 0, 1 и 2 В. График зависимости снимается для ряда точек, значения которых вносятся в таблицу. На участке, где транзистор находится в «закрытом» состоянии, уточнить значение тока базы, используя формулу (1). При снятии характеристик не превысить максимально допустимую мощность рассеивания.
3. Построить полученные характеристики в одних координатных осях в тетрадях для лабораторных работ.
4. Определить параметр h12, выбрав одно значение тока базы. В тетрадях представить необходимые расчёты.
5. Определить параметр h11 для различных характеристик на аналогичных линейных участках графиков. В тетрадях представить необходимые расчёты.
Литература:
1. Иноземцев В.А., Иноземцева С.В. Введение в электронику. - Брянск: Изд-во БГПУ, 2001. - 150 с.
2. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, 1998. – 400 с.
3. Гершензон Е.М. и др. Радиотехника: Учеб. пособие для ст-в физ.-мат. фак. пед. ин-тов / Е.М. Гершензон, Г.Д. Полянина, Н.В. Соина. - М.: Просвещение, 1986. - 319 с.
4. Жеребцов И.П. Основы электроники. – 5-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. – 352 с.
5. Основы промышленной электроники: Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов/ В.Г. Герасимов, О.М. Князьков, А.Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высш. шк., 1986. - 336 с.
6. Ляшко М.Н. Радиотехника: Лаб. практикум. - Мн.: Выш. школа, 1981. - 269 с.
7. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1985. - 488 с.
8. https://docplayer.ru/39105194-Lekciya-4-bipolyarnye-tranzistory-v-staticheskom- rezhime.html
9. https://studfile.net/preview/6023206/page:2/
10. Инструкции к измерительным приборам.