Исследование биполярного транзистора в схеме с общей базой.

Цель работы: Изучение принципа действия, устройства, основных параметров и способа их определения, схем включения биполярного транзистора с общей базой. Снятие входных и выходных характеристик транзистора по схеме с общей базой.

Задание: Изучение и опробование схемы. Снятие входных статических характеристик транзистора. Снятие выходных статических характеристик транзистора. Построение графиков статических характеристик транзистора: входные; выходные; передачи; обратной связи.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Статические характеристики транзистора.

В схеме с общей базой входной характеристикой называется зависимость тока эмиттера Iэ от входного напряжения Uэб на эмиттерном переходе; ее снимают при постоянном значении напряжения Uбк между базой и коллектором. На рис. 5.1. приведено семейство входных характеристик плоскостного триода типа р-п-р. При Uбк = 0 и увеличении напряжения на
эмиттерном переходе, то есть Uэб> 0, получается характеристика р-п- перехода в проводящем направлении.

Рис. 5.1

Величина тока в цепи эмиттера в этом режиме определяется концентрацией основных носителей зарядов в области эмиттера и базы и очень мало зависит от поля коллектора. Вследствие этого значительные изменения напряжения на коллекторе вызывают малые изменения эмиттерных характеристик.

Если же к коллекторному переходу приложено напряжение, а в цепи эмиттера напряжение равно нулю, то через эмиттерный переход будет ток не основных носителей заряда. Для прекращения последнего к эмиттерному переходу необходимо приложить обратное напряжение.

Выходной характеристикой в схеме с общей базой называется зависимость

выходного тока Iк от напряжения Uкб, ее снимают при постоянном значении входного тока Iэ. Семейство характеристик р-п-р транзистора представлено на рис. 5.2. Коллекторный ток зависит от того, какое количество носи­телей зарядов, инже­ктируемых эмиттером в базу, достигает коллек­торного перехода. На­чальные участки харак­теристик сдвинуты в сторону положительных значений напряжения на коллекторном переходе.

Рис. 5.2

Кроме того, они имеют меньшую крутизну, по сравнению с характеристиками в схеме с общим эмиттером. С увеличением напряжения на коллекторе ток сначала резко возрастает, а затем его рост замедляется. Объясняется это тем, что обратный ток Iк создается не основными носителями зарядов, количество которых в полупроводнике невелико. Даже при больших напряжениях Uкб все собственные носители используются, а ускоряющее поле коллекторного источника очень слабо влияет на движение в базе носителей тока, инжектируемых эмиттером. В этом случае из эмиттера придут дополнительные не основные носители, большее их число достигнет коллектора и ток коллектора возрастает.

Характеристика передачи по току представляет зависимость Iк=f(Iэ) при Uкб = const, (рис.5.3)

рис. 5.3

Величина тока в цепи коллектора определяется количеством но­сителей тока, инжектированных эмиттером в базу и достигающих коллектора. Если общий ток эмиттера Iэ, а доля носителей в этом токе, достигающих коллектора, а то величина тока коллектора:

Iк = α • Iэ +Iко, где

Iко - ток коллектора, обусловленный не основными носителями при I э = О,

а - коэффициент передачи тока или коэффициент усиления по току.

Уравнение является аналитическим выражением характеристики передачи. Обычно рекомбинация инжектируемых в базу носителей невелика, поэтому коэффициент передачи, а = 0, 9 - 0, 95.

При увеличении тока I э в базе увеличивается плотность объемного заряда не основных носителей, что приводит к увеличению скорости рекомбинации инжектируемых зарядов. Вследствие этого коэффициент передачи при увеличении тока несколько уменьшается. При увеличении напряжения Uк расширяется коллекторный переход, уменьшается ширина базы и увеличивается количество носителей зарядов, достигающих коллектора, что вызывает увеличения коэффициента передачи.

Практически изменение коэффициента передачи при изменении тока Iэ и напряжения Uк несущественно, поэтому между током коллектора и током эмиттера существует линейная связь, а характеристики передачи близки к прямым. Их можно определить так же по семейству выходных характеристик:

Рис. 5.4

Характеристика обратной связи представляет зависимость Uэ = f (Uк) при Iэ = const (рис. 5.4.) Эти характеристики позволяют сравнивать влияние потен­циалов коллектора и эмиттера на ток эмиттера. Пологость характеристик указывает на слабое влияние потенциала коллектора на ток эмиттера. Неравенство расстояний между характеристиками обусловлено нелинейностью входных характеристик. Эти характеристики могут быть получены экспериментально или построением по данным семейства входных характеристик. Наиболее удобными для расчетов являются входные характеристики и характеристики обратной связи.

В схеме с общей базой входное напряжение Uэб во много раз меньше выходного Uбк, токи же Iэ и Iк = α Iэ примерно одинаковы. Поэтому она позволяет усиливать напряжение примерно в такой же степени, как и схема с общим эмиттером, но усиление тока не происходит. Усиление по мощности у нее в несколько раз меньше, чем в схеме с общим эмиттером. Напряжение на выходе в этой схеме совпадает по фазе с напряжением на входе. Входное сопротивление R вх = Δ uэб/Iэ значительно меньше, чем в схеме с общим эмиттером, что создает затруднения при каскадном включении нескольких транзисторов. Это ограничивает применение рассматриваемой схемы в усилителях.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ.

Для проведения исследований оборудован стенд.

Принципиальная схема стенда приведена на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Внешний вид стенда.

В работе исследуется кремниевый транзистор МП40А. В качестве источника питания использован стабилизированный блок питания, включаемый в сеть 220 В, внешний вид стенда показан на рис. 5.5.

ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ.

4.1. Изучение и опробование схемы.

4.2. Снятие входных статических характеристик транзистора.

4.3. Снятие выходных статических характеристик транзистора.

4.4.Построение графиков статических характеристик транзистора:
- входные;

- выходные;

- передачи;

- обратной связи.