Биполярный транзистор. Биполярным транзистором (БТ) называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами

Введение

Биполярным транзистором (БТ) называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами, тремя (или четырьмя) выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. При этом объемные заряды инжектируемых и экстрагируемых носителей практически мгновенно нейтрализуются объемными зарядами основных носителей, что и объясняет особенность названия этого транзистора.

В качестве инжектируемых (экстрагируемых) носителей используются как электроны (транзисторы типа n-p-n), так и дырки (транзисторы типа p-n-p). Это свойство биполярных транзисторов называется комплементарностью. Очевидно, что комплементарные схемы не имеют аналогов в ламповой технике.

Биполярный транзистор как усилительный (переключающий) прибор является одним из важнейших изделий как дискретной электроники, так и микроэлектроники. Именно БТ вытеснил электронную лампу с электроста­ти­чес­ким управлением из большинства радиоэлектронных устройств, оставив для нее лишь область генерирования (усиления) радиочастотных колебаний большой и сверхбольшой мощности.

В микроэлектронике БТ является вторым по распространенности усилительным (переключающим) прибором. Микросхемы на кремниевых БТ используются для создания самых быстродействующих кремниевых цифровых микросхем (самых высокочастотных кремниевых аналоговых микросхем). Недостатки таких микросхем - не очень низкая мощность питания, приходящаяся на один каскад, и недостаточно высокая степень интеграции на кристалле кремния вследствие необходимости изоляции БТ от кристалла.

5.1. Цель работы

Научиться определять статические и дифференциальные параметры БТ, а также параметры усилителя на БТ.

5.2. Задачи

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести измерения и построить статические вольтамперные характеристики (ВАХ) БТ, включенного по схеме с общей базой (ОБ) или по схеме с общим эмиттером (ОЭ) (по заданию преподавателя);

- определить и рассчитать статические параметры БТ;

- рассчитать дифференциальные параметры БТ;

- рассчитать параметры усилителя на БТ.

5.3. Порядок работы и методы решения задач

5.3.1. Из справочника /1/ выпишите кратко основные эксплуатационные параметры и характеристики исследуемого БТ, зарисуйте его условное графическое обозначение и схему расположения выводов на эскизе внешнего вида, запишите маркировку БТ.

5.3.2. Изобразите включение БТ по схеме с ОБ или с ОЭ в активном режиме /2, раздел 12-1; 4, раздел 4.3/, укажите токи и напряжения во входной и выходной цепях. Дайте эскиз структуры БТ.

5.3.3. С помощью лабораторного макета, передняя панель которого с элементами управления и контроля режимов БТ показана на рис. 5.1, проведите измерения семейств статических входных и выходных характеристик БТ /2, раздел 12-4; 3, раздел 4.3; 4, раздел 4.8/.

Перед включением измерительного прибора в сеть проверьте наличие заземления корпуса прибора!

Измерение статических характеристик с помощью лабораторного макета производится по точкам методом вольтметра-амперметра. Принципиальная электрическая схема измерительного макета приведена на рисунке 5.2.

При измерении статических входных характеристик БТ необходимо задавать различные значения входного тока и измерять соответствующие им значения напряжения на входных электродах БТ.

Измерение входного тока проводится от нуля до максимального показания одного из измерительных приборов на самом грубом пределе измерения.

В процессе измерения входных характеристик напряжение на выходе БТ поддерживайте постоянным.

Входную характеристику измерьте пять раз при напряжениях на выходе U_вых = 0; 0,5; 5; 10; 15 В.

При измерении выходных ВАХ БТ необходимо задавать различные значения выходного тока, поддерживая при этом постоянным ток входа.

Напряжение на выходе меняйте от нуля до 15 В.

Выходную характеристику БТ измерьте шесть раз при следующих постоянных значениях входного тока:

- для схемы с ОБ I_э = 0; 0,1; 0,5; 1,0; 5,0; 7,0 мА;

- для схемы с ОЭ I_б = 0; 0,05; 0,1; 0,15 мА.

5.3.4. Используя результаты полученных измерений, постройте семейство входных и выходных характеристик БТ, покажите на них области, соответствующие режиму отсечки, режиму насыщения и активному режиму.

На основе полученных зависимостей постройте статические характеристики прямой передачи и обратной связи /2, раздел 12-4; 3, раздел 4.3; 4, раздел 4.8/.

Характеристику прямой передачи постройте при напряжениях на выходе U_вых = 0; 5; 15 В.

Характеристику обратной связи постройте:

- для схемы с ОБ при I_э = 0; 0,1; 1,0 мА;

- для схемы с ОЭ при I_б = 0; 0,1; 0,15 мА.

5.3.5. По статическим ВАХ БТ и дополнительными измерениями определите его статические параметры /2, раздел 12-5; 4, раздел 4.6/, укажите их на графиках:

для схемы с ОБ для схемы с ОЭ

- I_{кб о} при U_кб = 5 В - I_{кэ о} при U_кэ = 5 В

- I_{эб о} при U_эб = 2 В - I_{бэ о} при U_бэ = 2 В

- U_{кб нас} при I_э = 1 мА и I_к = 1 мА - U_{кэ нас} при I_б = 0,1 мА и I_к = 5 мА

Рассчитайте статический коэффициент передачи по току и постройте его зависимость от входного тока при напряжении на выходе U_вых = 5 В.

Используя построенные статические ВАХ БТ, рассчитайте его дифференциальные параметры /2, раздел 12-6; 3, раздел 5.1; 4, раздел 4.10/:

для схемы с ОБ для схемы с ОЭ

h_11б; h_12б; h_22б; h_21б h_11э; h_12э; h_22э; h_21э

при I_э = 1 мА; U_кб = 5 В при I_б = 0,1 мА; U_кэ = 5 В

При расчете дифференциальных параметров БТ методом графического дифференцирования величины приращений токов и напряжений на электродах БТ необходимо выбрать такими, чтобы в пределах этих приращений участок статической ВАХ БТ оставался линейным.

5.3.6. Изобразите усилитель на БТ в схеме с ОБ или с ОЭ и рассчитайте его коэффициент усиления по току K_I, по напряжению K_U, по мощности K_P /3, раздел 5.4/.

При расчете используйте найденные вами значения малосигнальных h-параметров. Сопротивление нагрузки в цепи коллектора R_н = 10 кОм.

Отчет о выполненной работе должен содержать результаты измерений и вычислений по всем пунктам задания.

Для успешной защиты выполненной работы вы должны знать основные статические и дифференциальные параметры БТ, уметь пояснить ход его статических ВАХ, эффект усиления с его помощью, уметь изобразить условное обозначение БТ, сравнить с другими типами усилительных приборов.

Библиографический список

1. Аронов В.А. и др. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник. - М.: Энергоиздат, 1983. - 904 с.

2. Дулин В.Н. Электронные приборы: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1977. - 424 с.

3. Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1980. - 383 с.

4. Пасынков В.В. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник. - 3-е изд., переработ. и доп. - М.: Высш. шк., 1981. - 431 с.

Дата добавления: 2015-05-06