4. Контрольные вопросы

1. Какова полярность напряжения в нормальном режиме работы диода, стабилитрона, стабистора и светодиода?

2. Какое подключение диода называют прямым а какое обратным?

3. Какими основными параметрами характеризуются диод и стабилитрон, и светодиод?

4. Что такое прямая и обратная ветвь ВАХ диода?

5. Какую роль играет балластное сопротивление в схеме параметрического стабилизатора?

6. Что такое коэффициент стабилизации, и каков его физический смысл?

7. Почему светодиод нельзя включать в обратном направлении?

8. Почему при питании светодиода от источника напряжения необходимо последовательно с ним включать резистор.

Работа № 3-2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

1. Цель работы

Ознакомиться с работой и основными характеристиками биполярного транзистора,

2. Описание лабораторного модуля

В лабораторной работе изучаются характеристики биполярного транзистора типа КТ815Б. Основные параметры транзистора приведены в табл. 3.2.1

Таблица 3.2.1

Тип транзистора		КТ815Б	КТ815Г
Вид проводимости		NPN	NPN
Максимально допустимый ток коллектора Iк мах, А		1,5	1,5
Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер Uкэ макс, В		50	100
Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе Рк мах, Вт		10	10
Статический коэффициент передачи тока h21		>40	>30
Максимальное напряжение эмиттер-база (обратное) Uэ6 мах, В		5	5
Ток базы Iб=0,05 мА
Конструкция корпуса- пластмасса с жесткими выводами		Габариты: 7,8*10,8*2,8 мм
Обозначение транзисторов в электрических схемах

Передняя панель лабораторного модуля представлена на рис. 3.2.1. На ней изображена мнемосхема исследуемых цепей, на которой установлены гнезда для подключения измерительных приборов и соединительных проводников.

3. Теоретические положения. Принцип действия.

Работу транзистора можно представить себе на примере водопроводной сети. Один электрод (аналог эмиттера транзистора) - подводящая воду труба, второй электрод (коллектор) - отводящая труба, а вместо третьего управляющего электрода (базы) транзистора–маховичёк крана и рука человека. Таким образом слабым сигналом на входе (детской рукой) управляют мощным потоком воды (аналог электрического тока коллектора) в трубе.

Транзи́стор— трёхэлектродный полупроводниковый электронный прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. Управление тока в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного тока (в биполярном транзисторе), либо входного напряжения (в МОП-транзисторе). Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.), где доминируют биполярные транзисторы. Другим важнейшим применением транзисторов является цифровая техника (логика, память, счетчики, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.). Вся современная цифровая техника основана на МОП (металл-оксид-полупроводник) транзисторах.

Биполярный транзистор состоит из двух последовательно соединенных PN переходов, образованными тремя полупроводниковыми областями, так, что крайние имеют одинаковую проводимость. При этом возможны два варианта: транзисторы прямой

PNP и обратной NPN проводимости.

Исследуемый в работе транзистор КТ815Б — это транзистор обратной проводимости. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния с разным механизмом проводимости, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive — с избытком положительных (p-doped).

NPN более эффективны и распространены в промышленности.

PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. Транзисторы PNP и NPN отличаются полярностью напряжения питания цепи эмиттер-коллектор. У NPN плюс на коллекторе. Обозначения электродов биполярных транзисторов следующее:

• Коллектор (collector) — на него подаётся высокое напряжение, которым необходимо управлять

• База (base) — через неё подаётся небольшой ток, чтобы управлять большим током коллектора. Если база соединяется с эмиттером, то ток коллектора равен нулю. Транзистор «заперт».

• Эмиттер (emitter) — через него проходит ток с коллектора и базы, когда транзистор «открыт».

В работе исследуется наиболее распространенная на практике схема включения транзистора с общим эмиттером (рис. 3.2.2), которая позволяет усиливать не только напряжение, но и ток. Основными характеристиками транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, являются статическая входная характеристика I_б = f(U_6э) при U_KЭ = const и статическая выходная характеристика I_K= f(U_KЭ) при I_б = const (рис. 3.2.3)

Рисунок 3.2.1 Рисунок 3.2.2

                   Рисунок 3.2.3

Входная характеристика определяет зависимость тока базы от напряжения на базе при неизменном напряжении на коллекторе. В рассматриваемой схеме к переходу база-эмиттер приложено прямое напряжение, поэтому при напряжении на коллекторе U_KЭ = 0 входная характеристика соответствует прямой ветви вольтамперной характеристики полупроводникового рn-перехода. При этом увеличение положительного напряжения на коллекторе смещает характеристику вправо, что соответствует уменьшению тока базы. Это объясняется тем, что чем больше положительное напряжение на коллекторе, тем меньше активная ширина слоя базы. Уменьшение ширины базы приводит к уменьшению рекомбинаций в ней, следовательно, и к уменьшению тока базы.

Статическая выходная характеристика транзистора показывает зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при неизменном значении тока базы. Так как к коллекторному переходу приложено обратное напряжение, выходная характеристика соответствует обратной ветви вольтамперной характеристики рn - перехода. С увеличением тока базы концентрация неосновных носителей заряда базы возрастает за счет инжекции их из эмиттера. При этом через коллекторный переход будет проходить большее количество основных носителей заряда из эмиттера, что ведет к увеличению тока коллектора.

Свойства транзисторов в рабочем (динамическом) режиме оцениваются по их характеристическим параметрам, которые устанавливают связь между малыми изменениями токов и напряжений. В настоящее время наиболее распространена система h-параметров, выражающая функциональную зависимость между входным напряжением, входным током, выходным напряжением и выходным током. В области рабочей точки характеристики транзистора можно получить следующие зависимости:

входное сопротивление транзистора

h₁₁= / при = const;

коэффициент обратной связи

h₁₂ ⁼ / при I_б = const

коэффициент усиления по току h₂₁

h₂₁ = / при U_KЭ = const;

и выходную проводимость

h₂₂ = / при I_б = const.

Основной характеристикой биполярного транзистора является коэффициент усиления по току h₂₁. Например, если h₂₁ = 100, и ток базы увеличили на 0.1 мА, то ток коллектора увеличится при определенных условиях на 10 мА. В документации к каждому транзистору указаны предельно допустимые напряжения и токи электродов. Превышение этих токов ведёт к избыточному нагреву транзистора и сокращению службы, а большое превышение может привести к его разрушению.