Лабораторная работа № 2
Цель работы: Снятие и анализ входных и выходных характеристик транзистора, включённого по схеме с ОЭ; определение по полученным характеристикам h -параметров транзистора.
Оборудование и аппаратура:
1. Лабораторный макет №2.
2. РА1, РА2 - миллиамперметры постоянного тока 10μА и 50μА.
3. РV1, РV2 - вольтметры постоянного тока 0,6В и 15В.
Методические указания:
Транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, состоящие из трех областей с чередующимися типами электропроводимости. По принципу действия транзисторы делятся на биполярные и полевые. Транзистор называют биполярным из-за того, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов). Устройство биполярного транзистора основано на явлениях взаимодействия двух близко расположенных р-п переходов. Возможны две трехслойные структуры с различным чередованием участков с электронной и дырочной проводимостью, отсюда различают транзисторы двух типов: р-п-р и п-р-п. Структура и условные обозначения этих типов транзисторов приведены на рисунке 2.1, а, б.
Рисунок 2. 1.
У биполярного транзистора имеется три вывода. В транзисторе р-п-р типа первый вывод от первой р -области, его называют коллектором (К), второй вывод – от второй р -области называют эмитером (Э), третий вывод - от п -области называют базой (Б).
Различают четыре режима работы транзистора, из них основным является активный режим работы, в котором переход эмиттер - база включен в обратном. При приложении напряжений между коллектором и эмиттером, а также базой и эмиттером (рис. 2.1, а) потекут токи: базы IБ , эмиттера Iэ, коллектора IК Эти токи связаны соотношением: IЭ =IБ + IК. При работе транзисторов в усилителях необходимо знать зависимости между изменением этих токов ∆I при малых изменениях на ∆UЭБ скачком сигнала управления UЭБ и UКБ = const. При пренебрежении переходными процессами в транзисторе, можно
считать, что все токи транзистора изменяются скачком, т.е. ∆Iэ = ∆ IБ +∆ IК .
Для малых значений ∆UЭБ цепь с транзистором можно рассматривать как линейную цепь с одним источником напряжения ∆UЭБ . Для такой цепи
∆IК = а ∙∆Iэ
∆IК = (а/а -1) ∆IБ = β • ∆IБ, где а = аIК / оIЭ ≈ (∆IК / ∆IЭ) иК= const.
Дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера:
β = dIK /dIБ = (∆IК / ∆IБ ) иК= const.
Дифференциальный коэффициент передачи тока базы:
а = 0,98 - 0,99; β =50 -100. Коэффициенты а и β являются параметрами плоскостных
биполярных транзисторов.
Заметим, что при высоких частотах вышесказанное допущение несправедливо и поэтому выражения для коэффициентов а и β также неверны. Связь между токами в транзисторе и приложенными напряжениями выражается вольт- амперными входными и выходными характеристиками. Вид характеристик транзистора зависит от схемы его включения. Различают три основных способа включения транзисторов в схему в зависимости от того, какой из этих электродов является общим для входной и выходной цепей транзистора: схема с общим эмиттером, схема с обшей базой и схема с общим коллектором (рис. 2.2.) В данной работе исследуется схема транзистора с общим эмиттером (рис. 2.2, б).
Рисунок 2. 2.
Для графического расчета усилительных устройств на транзисторах необходимы семейства их вольт - амперных характеристик. На рисунке 2.3. приведены такие свойства вольт - амперных характеристик для триода, включенного по схеме с общим эмиттером. Первое семейство характеристик - зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора IБ = f1 (UБЭ), которую называют входной или базовой характеристикой транзистора (рис. 2.3, а).
Рисунок 2. 3.
Второе семейство характеристик - зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированных значениях тока базы. IК = f2(UКЭ)IБ = const - которую называют семейством выходных или коллекторных характеристик транзистора (рис.2.3, 6). Как видно на рисунке 2.3, а входная характеристика практически не зависит от напряжения UКЭ. Выходные характеристики (рис. 2.3, б) приблизительно равноудалены друг от друга и почти прямолинейны в широком диапазоне изменения напряжения UКЭ. Таким образом электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, характеризуется четырьмя величинами IБ,, UБЭ , IК, UКЭ Обычно независимыми величинами берут UКЭ и IБ. Тогда UБЭ = f1 (IБ, UКЭ) и IK = f 2(IБ ,UКЭ)
Для расчета и анализа устройств с биполярными транзисторами используют так называемые h -параметры транзистора, включенного с общим эмиттером. В пределах линейной части характеристик эти h -параметры могут быть найдены по соответствующим приращениям токов и напряжений:
Порядок выполнения работы:
1. Собрать схему снятия входных характеристик транзистора согласно рисунку 2.4.
2. Установить рукоятки регуляторов напряжения в крайнее левое положение. Включить тумблер «СЕТЬ» лабораторного макета.
3. Снять входные характеристики транзистора типа КТ805Б. Для этого необходимо при фиксированном значении напряжения между коллектором и эмиттером UКЭ снять зависимость тока базы IБ от напряжения база – эммитер UБЭ. Напряжение UКЭ устанавливать регулятором 0…15В. Контроль напряжения производить прибором РV2. Величину напряжения UБЭ регулировать ручкой 0…5В. Напряжение UБЭ и ток IБ контролировать приборами РV1 и РА1. Полученные данные занести в таблицу 2.1.
4. Снять выходные характеристики транзистора. Для этого необходимо снять зависимость тока коллектора IК от напряжения UКЭ при некоторых фиксированных значениях тока базы IБ. Напряжение UКЭ устанавливать регулятором 0…15В, а ток базы - регулятором 0…5В.Токи IБ и IК контролировать приборами РА1 и РА2. Полученные результаты занести в таблицу 2.2.
5. На основании измерений построить входные и выходные характеристики транзистора КТ805Б.
6. 
По полученным характеристикам рассчитать h -параметры транзистора и сравнить их с данными из справочника.
7. Оформить отчёт по работе.
Рисунок 2. 4.
Таблица 2. 1. – Снятие входных характеристик транзистора.
| UБЭ, В | 0,3 | 0,35 | 0,4 | 0,45 | 0,5 | 0,55 | 0,6 |
| IБ,μА при UКЭ = 0В | |||||||
| IБ,μА при UКЭ = 5В |
Таблица 2. 2. – Снятие выходных характеристик транзистора.
| UКЭ, В | 0,5 | |||||||
| IК,μА при IБ = 0μА | ||||||||
| IК,μА при IБ =1,0μА | ||||||||
| IК,μА при IБ =1,2μА | ||||||||
| IК,μА при IБ =2,0μА |
Содержание отчета
1. Название, цель и оснащение лабораторной работы.
2. Схема измерений.
3. Составленные таблицы с результатами измерений
4. Входные и выходные характеристики транзистора.
5. h- параметры транзистора и их расчёт.
6. Выводы по работе.
Теоретические вопросы для подготовки к лабораторной работе:
1. Схемы включения транзистора, их краткая характеристика.
2. Что такое входные характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером
(ОЭ)?
3. 
Что такое выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ?
4. Маркировка и условные графические обозначения транзистора.
5. Основные параметры транзистора.
6. Как рассчитать h -параметры транзистора по его характеристикам?