Измерение статических входных и выходных характеристик транзистора

1.Цель работы:

1. Исследовать статические входные и выходные характеристики транзистора.

2. Изучить применение транзистора в схеме однокаскадного усилителя напряжения

2. Подготовка к работе

3. Краткие теоретические сведения

Транзистор (полупроводниковый триод) представляет собой электронный прибор, основанный на взаимодействии двух расположенных близко друг от друга (на расстоянии нескольких микрометров) электронно-дырочных p-n-переходов.

Основным элементом транзистора является кристалл германия или кремния, в котором с помощью соответствующих примесей созданы три области (слоя) с различными типами проводимости. В германиевом транзисторе (Рисунок 10.1, а) обычно два крайних слоя обладают дырочной проводимостью (р-области), а внутренний слой имеет электронную проводимость (n -область), в соответствии с чем такой транзистор называется полупроводниковым триодом типа р-n-р. Условное обозначение транзистора типа р-п-р показано на рисунке 10.1, б. Кремниевые транзисторы чаще изготовляют в виде полупроводниковых триодов типа п-р-п, прин­ципиальная схема и условное изображение которых показаны на рисунке 10.2, а, б.

Средняя область (слой) транзистора независимо от типа является его базой Б или основанием, а крайние — эмиттером Э и коллектором К. Наличие трех слоев с различной проводимостью обусловливает на границах их раздела два p-n -перехода, характеризующихся динамическим равновесием.

Принцип действия полупроводниковых транзисторов независимо от их типа один и тот же. Разница в том, что полярность включения ис­точников питания для них противоположна (рис. 16.19). В соответствии с этим в транзисторе типа р-п-р коллекторный ток создается движением дырок, а в транзисторе типа п-р-п — движением электронов.

Рассмотрим принцип действия транзистора типа р-п-р (рис. 16.19, а).

Рисунок 16.19 Включение источников питания транзистора: а)типа типа р-n-р; б) типа п-р-п.

Разомкнем цепь эмиттера, а коллектор оставим под напряжением указанной полярности. Коллекторный переход, как видно из рисунка, находится под обратным напряжением, при этом через него протекает небольшой ток, образованный движением неосновных носителей. Этот начальный ток у германиевых транзисторов составляет десятки, а у кремниевых — единицы микроампер.

Замкнем цепь эмиттера. Эмиттерный переход окажется под прямым напряжением; Через него потечет прямой ток, образованный диффузией дырок в базу и диффузией электронов в эмиттер. Концентрация электронов в базе значительно меньше, чем концентрация дырок в эмиттере, поэтому ток через переход практически создается эмиттированием дырок в базу.

Так как толщина базы невелика, то дырки пройдут ее без рекомбинации и диффундируют в область коллектора, где, перемещаясь под действием коллекторного напряжения, создадут коллекторный ток.

Небольшая часть дырок, рекомбинировавших в базе, а также электроны, диффундирующие из базы в эмиттер, Создадут небольшой ток базы, примерно на два порядка меньший токов эмиттера и коллектора.

Таким образом, коллекторный ток и пропорциональное ему напряжение на R_Н почти полностью определяются количеством эмиттированных дырок, т. е. током эмиттера.

Отношение приращения тока коллектора к вызвавшему его приращению тока эмиттера при постоянном напряжении на коллекторе называется коэффициентом усиления по току

при U_K=const

В рассмотренной схеме включения коэффициент усиления транзистора по току меньше единицы (0,95—0,99).

Независимо от типа транзистора применяют три схемы его включения: с общей базой, с общим эмиттером и общим коллектором.

Схема включения транзистора с общей базой изображена на рисунке. Такая схема применяется на более высоких частотах, однако она имеет коэффициент усиления по току меньше единицы и малое входное сопротивление.

Включение транзистора по схеме с общей базой

Схема включения транзистора с общим коллектором (Рисунок 8.6) имеет большое входное и малое выходное сопротивления. Поэтому ее часто применяют в многокаскадных усилителях в качестве согласующего каскада и выходного каскада при работе на низкоомную нагрузку.

Включение транзистора по схеме с общим коллектором

Схема включения транзистора с общим эмиттером может быть использована для усиления сигнала по напряжению или мощности. Токи эмиттера и коллектора примерно равны, напряжение в цепи коллектора, а следовательно, и мощность могут в десятки раз превышать напряжение и мощность в цепи эмиттера. Такая схема характеризуется незначительным входным сопротивлением.

Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

Основными характеристиками транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, являются статическая входная характеристика I_б(U_б) при U_K=const (Рисунок 8.8) и статическая выходная I_к(U_к) при I_б =const (Рисунок 8.9).

Входная характеристика определяет зависимость тока базы от напряжения на базе при неизменном напряжении на коллекторе Входной характеристикой называется зависимость тока эмиттера от напряжения между эмиттером и базой при неизменном напряжении между коллектором и базой. Устанавливая различные значения напряжения между коллектором и базой (U_K=const), можно получить семейство входных характеристик (Рисунок).

Выходной (коллекторной) характеристикой называется зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе и базой при постоянном токе базы. Задавая различные значения тока базы (I_б =const), получают семейство выходных характеристик (Рисунок).