Лабораторная работа 3.
Исследование вольт-амперных характеристик
Биполярного транзистора в схеме с
Общим эмиттером и полевого транзистора в схеме с общим истоком.
Цель работы: Исследование вольт-амперных характеристик на входе и на выходе и оценка параметров биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Исследование вольт-амперных характеристик полевого транзистора и оценка основных его параметров.
В работе использован транзистор 2N3415 – аналог отечественного транзистора КТ315А.
Приборы и элементы:
|
Приборы и элементы |
Расположение на панели |
Приборы и элементы |
Расположение на панели |
|
Резисторы |
Basic |
Амперметр |
Indicators |
|
Источник питания |
Sources |
Вольтметр |
Indicators |
|
Заземление |
Sources |
Транзистор |
Transistors |
Теоретическое введение:
Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор, содержащий три полупроводниковые области с чередующимися типами проводимости: "n-р-n" или "р-n-р", которые называются соответственно эмиттером (Э), базой (Б) и коллектором (К). Эти области разделены "р-n" переходами - эмиттерный (ЭП) и коллекторный (КП) (рис. 1).
Графическое изображение транзисторов дано на рис. 2.
В зависимости от того, какой вывод транзистора: эмиттер, база или коллектор - являются общими для входной и выходной цепей транзисторов, применяются три схемы включения: схема с общей базой (ОБ), схема с общим эмиттером, схема с общим коллектором (ОК).
В данной лабораторной работе исследуется транзистор типа "n-р-n", включенный в схему с общим эмиттером (см. рис. 3).
Для расчета и анализа применения транзистора в качестве усилительного или переключающего элемента пользуются входными и выходными характеристиками транзистора. Входная характеристика транзистора - это зависимость между током и напряжением во входной цепи:
где
-
ток цепи
базы;
-
напряжение "база " эмиттер",
-
напряжение "коллектор - эмиттер".
Выходная характеристика транзистора это зависимость между током и напряжением в выходной цепи:
при
где
- ток цепи коллектора;
-
ток цепи базы.
Для снятия входных и выходных характеристик транзистора служит следующая схема (рис. 4).
Рис.4
-
источники постоянных напряжений;
-
вольтметры;
-миллиамперметры;
VT1- исследуемый транзистор.
Для
снятия входной характеристики транзистора
VT1
на источнике напряжения Е1
задаются
различные значения напряжений
по вольтметру
.Для каждого
установленного напряжения
изменяют ток базы
по миллиамперметру
.
Для
снятия выходной характеристики
транзистора VT1
источником
устанавливают
постоянный режим входной цепи. В выходной
цепи источником
устанавливают
по вольтметру
различные значения напряжения
,
и для каждого установленного напряжения
измеряют
ток
.
Задавая значения тока базы, можно
получить семейство выходных характеристик.
На рис. 5 показаны типовые входные
характеристики транзистора.
На рис. 6 показано семейство типовых выходных характеристик транзистора.
Пользуясь графиками входных и выходных характеристик, можно определить основные параметры транзистора:
-
входное сопротивление-
[Ом]
при
где ΔUбэ - величина изменения напряжения ΔUбэ
∆
-
величина изменения тока базы, зависящая
от
;
- коэффициент обратной связи по напряжению – hoc
при
где
величина изменения напряжения
- коэффициент передачи по току (усиление по току) – h21
при
где
- величина изменения тока;
-
величина изменения тока
зависимая от
;
выходная
проводимость –
при
Полевой транзистор - активный полупроводниковый прибор, который содержит три полупроводниковые области одного типа проводимости: "n" или "р". Эти области имеют названия: исток, сток, канал. Область управления, называемая затвором, имеет проводимость, отличную от проводимости канала: если канал с проводимостью "n", то область управления с проводимостью "р". Условно структура полевых транзисторов показана на рис.1. Полевые транзисторы с такой структурой называют транзисторы с "р-n" переходом.
И - исток; С - сток; 3 - затвор.
В полевых транзисторах ток создается только основными носителями, движением зарядов одного знака, поэтому полевые транзисторы называют еще униполярными. Исток - источник основных носителей зарядов, сток - приемник этих зарядов. Канал - область в транзисторе, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе - управляющем электроде. Полевой транзистор имеет внешние выводы: исток, сток и затвор. Графическое изображение полевых транзисторов на электрических схемах приведено на рис. 2.
Оценка качества полевого транзистора определяется по управляющей и выходной характеристикам. Управляющая (стокозатворная) характеристика - это зависимость между током цепи стока и управляющем напряжением "затвор " исток" при постоянном заданном напряжении "сток-исток":
при
где
-
ток цепи стока;
-
напряжение "затвор - исток";
-
напряжение "сток - исток".
Основными характеристиками полевого транзистора являются выходные или стоковые характеристики - зависимость между током цепи стока и напряжение "сток - исток" при постоянном заданном напряжении "затвор - исток":
при
где
-
ток цепи стока;
-
напряжение "затвор - исток";
-
напряжение "сток - исток".
Электрическая схема снятия характеристик полевого транзистора приведена на рис.3
Рис.3
Е1, Е2 - источники напряжения;
R1, R2 - переменные резисторы (регуляторы), VT- полевой транзистор;
U1, U2 - вольтметры;
А1- миллиамперметр.
Для
снятия управляющей характеристики
источником питания Е1
задают различные значения напряжения
по вольтметруU1,
и для значения
определяют ток
по миллиамперметруА1.
Режим выходной цепи задается источником
Е2,
напряжение
устанавливается
по вольтметру U2.
Для
снятия выходной характеристики источником
питания Е2
задают различные значения напряжения
по вольтметруU2
и для каждого значения
определяют
ток
по миллиамперметру. Режим входной цепи
задается источником питанияЕ1.
Задавая различные значения напряжения
,
можно построить семейство выходных
характеристик.
Управляющие характеристики полевых транзисторов приведены на рис.4, а выходные - на рис. 5,
рис. 5
Пользуясь
графиками характеристик, можно определить
основные параметры полевого транзистора:
крутизну (S), внутреннее (выходное)
сопротивление (
)
коэффициент усиления (
).
Крутизна определяется:
при
где S - крутизна, мА/В;
-
изменение тока цепи стока, мА;
-
изменение напряжения "затвор-исток",
В;
-напряжение
"сток-исток", В.
Внутреннее (выходное) сопротивление:
при
где
- внутреннее сопротивление, кОм;
-
изменение напряжения "сток - исток".
Коэффициент усиления:
при
где
-
коэффициент усиления полевого транзистора;
-
ток цепи стока, мА,
Параметры связаны между собой зависимостью:
