Электроника
Лабораторная работа
Исследование транзисторов
1 Цель работы
Экспериментальное исследование параметров и характеристик биполярных и полевых транзисторов.
2 Задание на исследование
1. Исследовать вольтамперные характеристики и рассчитать параметры биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.
2. Исследовать вольтамперные характеристики и рассчитать параметры полевого транзистора с управляющим р-n переходом в схеме с общим истоком.
3 Краткие сведения из теории
Транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы с одним или несколькими электрическими переходами предназначенные для усиления мощности и имеющие три вывода или больше.
Основу биполярного транзистора (БТ) составляет трехслойная полупроводниковая структура с чередующимся типом проводимостей областей, созданная в едином кристалле и образующая два электрически взаимодействующих электронно-дырочных перехода (рисунок 1).
|
|
|
Рисунок 1 - Структура и условно-графическое обозначение биполярного транзистора
Схемы включения биполярного транзистора показаны на рисунке 2.
| Рисунок 2 - Схемы включения биполярного транзистора: а - с общей базой (ОБ); б - с общим эмиттером (ОЭ); |
| в - с общим коллектором (ОК) |
В зависимости от схемы включения, биполярные транзисторы характеризуются семейством статических характеристик согласно рисунку 3.
| 
| 
| 
|
| а) входных | б) выходных | а) входных | б) выходных |
| в схеме с ОЭ | в схеме с ОБ | ||
| Рисунок 3 - Семейства статических характеристик биполярного транзистора |
Рассматривая биполярный транзистор в качестве четырехполюсника, его можно характеризовать системой h - параметров:
Для схемы с ОЭ h -параметры запишутся:
-входное сопротивление (1)
- коэффициент обратной связи по напряжению; (2)
- коэффициент передачи по току; (3)
- выходная проводимость (4)
Полевой транзистор — это электропреобразовательный прибор, в котором ток через канал управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором и истоком, и который предназначен для усиления мощности электрических сигналов.
Различают два типа полевых транзисторов:
-полевые транзисторы с управляющим p-n переходом;
-полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП – транзисторы).
Полевой транзистор с управляющим p - n переходом – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала p - n переходом, смещенном в обратном направлении.
Рисунок 4 - Условно графическое обозначение полевого транзистора
с каналом n -типа
Рисунок 5 - Статические стоковые (а) и стоко-затворные (б) характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n -типа включенного по схеме с общим истоком
Крутизна характеристики полевого транзистора 
Внутреннее дифференциальное сопротивление полевого транзистора
Коэффициент усиления полевого транзистора 
4 Порядок проведения исследований биполярного транзистора
4.1 Исследование характеристик и расчет параметров биполярного транзистора
4.1.1 Исследование входной характеристики биполярного
транзистора
Ø Собрать схему (рисунок 6).
Рисунок 6
Схема содержит: источники ЭДС; резистор R = 100 кОм; амперметры; вольтметры; биполярный транзистор.
Тип транзистора определяется номером варианта (таблица 1).
Таблица 1- Тип исследуемого биполярного транзистора
| Вариант № | ||||||||
| транзистор | 2N2218 | 2N2222 | 2N2369 | 2N3055 | 2N3391 | 2N3707 | 2N3903 | 2N3904 |
| Вариант № | ||||||||
| транзистор | 2N3947 | 2N4014 | 2N4124 | 2N4401 | 2N4410 | 2N4967 | 2N5089 | 2N5179 |
| Вариант № | ||||||||
| транзистор | 2N5223 | 2N5550 | 2N5551 | 2N5364 | 2N6058 | 2N3011 | 2N3020 | 2N3053 |
| Вариант № | ||||||||
| транзистор | 2N3117 | 2N3246 | 2N3252 | 2N3253 | 2N3299 | 2N3300 | 2N3301 | 2N3302 |
| Вариант № | ||||||||
| транзистор | 2N3390 | 2N3392 | 2N3393 | 2N3394 | 2N3395 | 2N3396 | 2N3397 | 2N3398 |
| Вариант № | ||||||||
| транзистор | 2N3414 | 2N3415 | 2N3416 | 2N3417 | 2N3439 | 2N3440 | 2N3478 | 2N3565 |
Ø Установить требуемый тип транзистора.
Ø Последовательно установить значения ЭДС источника цепи базы равным: 0,5 В; 1 В; 3 В; 5,5 В; 7 В; 9,5 В, при ЭДС источника цепи коллектора равным 0 В.
Ø Активизировать схему.
Ø Показания измерительных приборов (амперметра, вольтметра цепи базы) занести в таблицу 2.
Таблица 2 - Входная вольтамперная характеристика при Uкэ = 0 В
| Uбэ, мВ | ||||||
| Iб, мА |
Ø Установить значение ЭДС источника цепи коллектора равным 10 В.
Ø Последовательно установить значения ЭДС источника цепи базы равным: 0,5 В; 1 В; 3 В; 5,5 В; 7 В; 9,5 В.
Ø Активизировать схему. Показания измерительных приборов (амперметра, вольтметра цепи базы) занести в таблицу 3.
Таблица 3 - Входная вольтамперная характеристика при Uкэ = 10 В
| Uбэ, мВ | ||||||
| Iб, мА |
4.1.2. Анализ семейства входных статических характеристик биполярного транзистора
По полученным данным таблиц 2 и 3, постройте графики функции 
для двух значений Uкэ.
Руководствуясь выражениями (1), (2) и ВАХ рассчитайте входное сопротивление и коэффициент обратной связи по напряжению биполярного транзистора (параметры h 11э, h 12э).
Данные, используемы для расчетов, показать на вольтамперной характеристике. Результаты вычислений занести в таблицу 4.
Таблица 4
| h 11э, Ом | h 12э |
Сделать выводы.
4.1.3 Исследование выходной характеристики биполярного
транзистора
Ø Собрать схему (рисунок 7).
Рисунок 7
Схема содержит: источник тока, источник ЭДС; амперметры; вольтметр; биполярный транзистор.
Тип транзистора определяется номером варианта (таблица 1).
Ø Установить требуемый тип биполярного транзистора.
Ø Установить ток базы (20% от максимального значение тока Iб мах).
Ø Последовательно установить значения ЭДС источника цепи коллектора равным: 0,1 В; 0,5 В; 1 В; 1,5 В, 3 В; 5 В; 8 В, 10 В. Активизировать схему.
Ø Снять показания измерительных приборов (амперметра, вольтметра цепи коллектора), занести их в таблицу 5.
Таблица 5 - Выходная вольтамперная характеристика при Iб = 20% Iб мах
| Uкэ, В | ||||||||
| Iк, мА |
Ø Установить ток базы равным 70% от максимального. Последовательно установить значения ЭДС источника цепи базы равным: 0,1 В; 0,5 В; 1 В; 1,5 В, 3 В; 5 В; 8 В, 10 В.
Ø Активизировать схему.
Ø Показания измерительных приборов (амперметра, вольтметра цепи коллектора) занести в таблицу 6.
Таблица 6 - Выходная вольтамперная характеристика при Iб = 70% Iб мах
| Uкэ, В | ||||||||
| Iк, мА |
4.1.4 Анализ семейства выходных статических характеристик биполярного транзистора
По полученным данным, таблицы 5,6, постройте графики функции 
для двух значений Iб, подобные кривым рисунок 1,б.
Руководствуясь выражениями (3), (4) и вольтамперной характеристикой рассчитайте коэффициент передачи по току и выходную проводимость БТ (параметры h 21э, h 22э).
Данные, используемые для расчетов показать на вольтамперной характеристике. Результаты вычислений занести в таблицу 7.
Таблица 7
| h 21э | h 22э, См |
Сделать выводы.
5 Порядок проведения исследований полевого
транзистора
5.1 Исследование вольтамперной характеристики полевого
транзистора
5.1.1 Исследование стоко-затворной характеристики полевого
транзистора
Ø Собрать схему рисунок 8.
Рисунок 8
Ø Схема содержит: источники ЭДС, амперметр; вольтметры; полевой транзистор. Тип транзистора определяется номером варианта (таблица 8).
Ø Установить требуемый тип полевого транзистора.
Ø Последовательно установить значения ЭДС источника цепи затвора равным: 0 В; 0,1 В; 0,5 В; 1 В; 2 В; 3 В и т.д. до запирания канала ПТ.
Таблица 8 - Тип исследуемого полевого транзистора
| № варианта | ||||||||
| Тип ПТ | J2N3369 | J2N3370 | J2N3369 | J2N3466 | J2N3819 | J2N3968 | J2N3969 | J2N4224 |
| № варианта | ||||||||
| Тип ПТ | J2N4885 | J2N5198 | J2N5104 | J2N5245 | J2N5246 | J2N5347 | J2N5248 | J2N5360 |
| № варианта | ||||||||
| Тип ПТ | J2N5361 | J2N5362 | J2N5363 | J2N5364 | J2N5453 | J2N5546 | J2N5547 | J2N5561 |
| № варианта | ||||||||
| Тип ПТ | J2N5562 | J2N5563 | J2N5654 | J2N5903 | J2N5949 | J2N5950 | J2N5951 | J2N5952 |
| № варианта | ||||||||
| Тип ПТ | J2N5953 | J2N3458 | J2N3459 | J2N3584 | J2N3585 | J2N3586 | J2N3587 | J2N3822 |
Ø Активизировать схему.
Ø Показания измерительных приборов занести в таблицу 9.
Таблица 9 – Стоко - затворная вольтамперная характеристика
| Uзи, В | ||||||
| Iс, мкА |
По полученным данным, таблица 9, построить график функции 
для заданного значения Uси.
Рассчитать крутизну характеристики полевого транзистора
Сделать выводы.
5.1.2 Исследование стоковой характеристики полевого транзистора
Ø Установить напряжение на затворе (5% от напряжения запирания канала) (значение источника ЭДС в цепи затвора).
Ø Последовательно установить значения ЭДС источника цепи стока равным: 0,1 В; 0,5 В; 1 В; 1,5 В, 3 В; 5 В; 8 В, 10 В. Активизировать схему.
Ø Показания измерительных приборов занести в таблицу 10.
Таблица 10 - Стоковая вольтамперная характеристика при Uзи = 5% от максимального
| Uси, В | ||||||||
| Iс, мкА |
Ø Установить напряжение на затворе (50% от напряжения запирания канала). Последовательно установить значения ЭДС источника цепи стока равным: 0,1 В; 0,5 В; 1 В; 1,5 В, 3 В; 5 В; 8 В, 10 В.
Ø Активизировать схему.
Ø Показания измерительных приборов занести в таблицу 11.
Таблица 11 - Стоковая вольтамперная характеристика при Uзи= 50% от максимального
| Uси, В | ||||||||
| Iс, мкА |
По полученным данным, табл.3,4 постройте графики функции 
для двух значений Uзи.
Рассчитать Y-параметры полевого транзистора
Сделать выводы.
6 Контрольные вопросы
1. Поясните причины нелинейности вольтамперных характеристик биполярного транзистора.
2. Дать определение и пояснить порядок расчета h-параметров биполярного транзистора.
3. Изобразить основные схемы включения биполярного транзистора.
4. Системы обозначений транзисторов.
5. Поясните характер изменения вольтамперных характеристик полевых транзисторов.
6. Система h- и Y-параметров полевых транзисторов.
7. Схемы включения полевых транзисторов.
8. Системы обозначений полевых транзисторов.