Простейшая модель транзистора: усилитель тока

В активном режиме транзисторы n-p-n-типа подчиняются следующим правилам (для транзисторов p-n-p-типа полярности напряжений должны быть изменены на противоположные):

1. Коллектор имеет более положительный потенциал, чем эмиттер.

2. p-n-переход база – эмиттер открыт, а p-n-переход база – коллектор закрыт. Поэтому потенциал базы превышает потенциал эмиттера на 0,60,8 В (прямое напряжение для кремниевого p‑n-перехода). Следовательно, выполняется следующее соотношение: U_Б = U_Э + 0,6 В (а для германиевых транзисторов U_Б = U_Э + 0,2 В).

3. Каждый транзистор характеризуется максимально допустимыми значениями тока коллектора I_К, базы I_Б, напряжения коллектор-эмиттер U_КЭ и рассеиваемой мощности. Превышение этих значений приводит к выходу из строя транзистора.

4. Если правила 13 соблюдены, то ток коллектора прямо пропорционален току базы

I_К = h_21Э  I_Б =   I_Б,

где h_21Э (или ) – коэффициент усиления по току, обычно составляющий около 100.

Правило 4 определяет основное свойство транзистора: небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

Параметр h_21Э нельзя назвать «удобным». Для различных транзисторов одного и того же типа его величина может иметь разброс от 50 до 250. Он зависит также от тока коллектора (базы), напряжения между коллектором и эмиттером и температуры. Типичная зависимость коэффициента усиления от тока коллектора для транзисторов малой мощности изображена на рис. 3. Транзисторную схему можно считать плохой, если величина параметра h_21Э сильно влияет на её характеристики.

Исследуемый в данной работе транзистор КТ315А имеет следующие справочные данные:

С татический коэффициент усиления тока базы h_21Э при U_К = 10 В и I_Э = 1 мА равен 20–90.

Напряжение насыщения коллектор – эмиттер U_{КЭ НАС} при I_К = 20 мА, не более 0,4 В.

Предельные параметры:

Ток коллектора – 100 мА.

Напряжение коллектор – эмиттер – 20 В.

Рассеиваемая мощность – 150 мВт.

Диапазон рабочих температур: от –55 до +100 С.

О писание установки

На лицевой стороне макетной панели (рис. 4) размещены рисунки электрических схем и монтажные гнёзда. Два исследуемых биполярных транзистора расположены в центре панели. Монтаж схем осуществляется при помощи гибких проводников с наконечниками.

ВНИМАНИЕ: монтаж электрических схем и переключения в них следует выполнять только при выключенном напряжении питания на макетной панели.

Порядок выполнения работы Опыт 1. Определение коэффициента усиления

1. Соберите схему, изображенную на рис. 5. При разных зна­чениях резисторов в цепи базы измерьте токи коллектора I_К для двух исследуемых транзисторов. Токи базы I_Б вычислите по падению напряжения на базовых резисторах

R_Б = 20 кОм + R, I_Б = (U_П – U_Б) / R_Б,

где напряжение питания U_П и напряжение на базе U_Б измерьте вольтметром. Зная численное значение токов I_К и I_Б, рассчитайте три значения коэффициента усиления для каждого транзистора по формуле h_21Э = I_К / I_Б. Заполните табл. 1.

Таблица 1

	RБ, кОм	IК, мА	UБ, В	IБ, мкА	h21Э
	200 700 1520
VT1
	200 700 1520
VT2

2. Соберите схему, изображенную на рис. 6. Изменяя величину базового тока при помощи переменного резистора 1 МОм, постройте на рис. 7 график линии нагрузки, характеризующей зависимость тока I_К от напряжения U_КЭ.

3. Используя график, изображенный на рис. 7, определите величину напряжения питания и величину сопротивления в цепи коллектора.

4. Подключите в схеме (рис. 6) вместо миллиамперметра светодиод. Визуально убедитесь в регулировке коллекторного тока базовым током транзистора.