Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
07. (пн) Обществознание 08.0 . (ср) .0 . (ср) 4.0 . (пт) 11.07. (пн) Иностранные языки (устные) 10.0 . (пт) 8.0 . (вт) 30.0 . (чт) 18.07. (пн) Иностра...полностью>>
'Эссе'
К публикации в литературно-критическом альманахе «АльтерНация» принимаются художественные произведения, научные статьи, обзоры, рецензии, эссе и т.п. ...полностью>>
'Документ'
Статья по теме «Применение физкультурно-оздоровительных технологий в условиях реализации федеральных государственных образовательных стандартов общего...полностью>>
'Документ'
В целях своевременной подготовки гидротехнических сооружений на плотинах Старотарбеевского сельсовета к пропуску весеннего паводка в 2013 году, сохран...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ

Методические указания

к лабораторным работам по курсу

«Электроника»

ПЕНЗА 2006

УДК 621.375

В лабораторных работах исследуются основные характеристики и параметры биполярного и полевого транзисторов, схемы включения транзисторов.

Описания работ составлены с ориентацией на фронтальное проведение работ, содержат краткие теоретические сведения, расчетные и экспериментальные задания, методику выполнения, контрольные вопросы, позволяющие студенту усвоить необходимый теоретический материал.

Методические указания подготовлены на кафедре “Радиотехника и радиоэлектронные системы” и предназначены для студентов специальности “Радиотехника”, изучающих курс “Электроника”.

Ил. 13, библиогр. 8 назв..

Рецензент:

Лабораторная работа №4

Исследование биполярного транзистора

Цель работы - ознакомление с основными параметрами и характеристиками биполярного транзистора.

Общие сведения

Транзистором называется преобразовательный полупроводниковый прибор с несколькими электрическими переходами, имеющий не менее трех выводов, пригодный для усиления мощности.

Транзисторы, при которых используется оба вида носителей зарядов (дырки и

электроны), называются биполярными.

Рассмотрим работу и свойства биполярного транзистора.

Биполярный транзистор состоит из двух электронно-дырочных переходов, выполненных на одном кристалле. В нем имеются три области: эмиттерная, базовая и коллекторная (рис. 1). Переход, который образуется на границе областей эмиттер-база, называется эмиттерным, а на границе база-коллектор – коллекторным. Проводимость базы может быть как электронной, так и дырочной; соответственно транзисторы бывают n-p-n- и p-n-p- типа (рис.1, а, б).

а б

Рис. 1

Принцип работы транзисторов обоих типов одинаков, различие лишь в том, что в p-n-p – транзисторе ток через базу переносится дырками, инжектированными из эмиттера, а в транзисторе типа n-p-n – электронами.

Основными режимами работы биполярного транзистора являются: активный режим, режим насыщения, инверсный режим и режим отсечки. В активном режиме эмиттерный переход смещен в прямом, а коллекторный переход смещен в обратном направлении; в режиме насыщения оба перехода открыты. В инверсном режиме в прямом направлении включен коллекторный переход, а эмиттерный – в обратном; в режиме отсечки оба перехода заперты. Наиболее часто используемым является активный режим работы.

Для того, чтобы р-n-р конструкция работала как транзистор, необходимо, чтобы почти все инжектированные эмиттером дырки доходили до коллекторного перехода, т.е. ширина базы W должна быть значительно меньше диффузионной длины дырок W<

Iэ = Iк + Iб

Если бы в базе не было рекомбинации, то все инжектированные носители доходили бы до коллектора, и коллекторный ток был бы равен эмиттерному. Однако в базе имеет место рекомбинация основных и неосновных носителей, в результате чего в цепи базы возникает базовый ток.

Характеристики транзисторов определяют соотношения между токами, проходящими в цепях транзистора, и напряжениями на его электродах. Для транзистора за независимые переменные удобно принять входной ток и напряжение на выходном электроде, а за функции – выходной ток и напряжение на входном электроде. Таким образом, используются четыре семейства статических характеристик:

1) входные UВХ = f1(IВХ ), при UВЫХ = const;

2) передачи по току IВЫХ = f2(UВХ ), при UВЫХ = const;

3) выходные IВЫХ = f3(UВЫХ ), при IВХ = const;

4) с обратной связью по напряжению UВХ = f4(UВЫХ ), при IВЫХ = const.

Системы параметров транзистора. Величины, связывающие малые приращения токов и напряжений, называют дифференциальными параметрами транзистора. Дифференциальные параметры транзистора, определяемые при рассмотрении его как активного линейного четырехполюсника, характеризует связь между малыми изменениями токов в его цепях и напряжений на его электродах. Критерием малости изменений токов и напряжений является линейность связи между ними, следовательно, дифференциальные параметры не зависят от амплитуды переменных составляющих токов и напряжений. Поэтому, когда транзистор работает в линейном режиме, для расчетов удобнее пользоваться не характеристиками, а параметрами. Параметры широко применяются также для контроля качества транзисторов.

На практике используется три системы параметров: Y, Z, H. Система H- параметров называется смешанной или гибридной, так как ее параметры имеют различную размерность. Принимая за независимые переменные входной ток I1 и выходное напряжение U2, можно получить уравнения четырехполюсника в системе Н-параметров:

где

- входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на

выходе для переменной составляющей тока;

– коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе для переменной составляющей тока;

– коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе;

– выходная проводимость транзистора при холостом ходе на входе для переменной составляющей тока.

Величина параметров транзистора зависит от способа его включения, поэтому в обозначении параметров вводится третий индекс («Б», «Э», «К»), определяющий схему включения. Систему H – параметров используют на низких частотах (обозначают через строчную h), когда пренебрежимо малы емкостные составляющие токов. Необходимые для измерения Н-параметров режимы короткого замыкания и холостого хода для переменной составляющей тока могут быть осуществлены на низких частотах сравнительно просто. Поэтому в технических условиях и справочниках по транзисторам низкочастотные параметры приводятся в системе h.

Схема замещения транзистора. Во многих случаях свойства транзистора с достаточной для практических целей точностью могут быть отражены электрической моделью, состоящей из относительно небольшого числа элементов. Для того, чтобы электрическая модель транзистора соответствовала своему оригиналу, необходимо, чтобы уравнения, описывающие свойства транзистора, соответствовали экспериментально наблюдаемым зависимостям. Как правило, чем точнее модель аппроксимирует свойства транзистора, тем она оказывается

сложнее. Поэтому в зависимости от поставленной задачи стремятся принять такую модель транзистора, которая при требуемой точности является наиболее простой, т.е. содержит минимальное число элементов. На рис. 2 приведена Т-образная схема замещения транзистора. Параметры схемы замещения rэ и rк можно сопоставить с реальными сопротивлениями отдельных областей транзистора, рассматривая rэ как дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, а rк как дифференциальное сопротивление коллекторного перехода.

Сопротивление rб равно сумме распределенного сопротивления базы rб и диффузионного сопротивления rб”:

rб = rб + rб”.

Диффузионное сопротивление обусловлено воздействием коллекторного напряжения на эмиттерный переход.

Рис. 2

Для диапазона высоких частот (ВЧ) необходимо учитывать время диффузионного распространения носителей в базе и значение емкостей переходов СЭБ, СКБ.

Задание

Расчетная часть

1. Для биполярного транзистора рассчитать h-параметры:

Исходные данные к расчету

Биполярный транзистор КТ315Б:

=0,98, , , .

Экспериментальная часть

Рис. 3

1. Исследовать биполярный транзистор рис. 3 (переключатель SA2 на стенде в положении 2.1):

- снять входные характеристики транзистора при , , ;

- изменяя напряжение питания от нуля до максимума, снять выходные характеристики транзистора при , , , ;

- снять проходные характеристики транзистора ,

, , при .

2. На линейном участке ВАХ определить значения h- параметров и физические параметры транзистора (,,).

- входное сопротивление транзистора на линейном участке ВАХ.

- коэффициент обратной связи по напряжению, обусловленный эффектом модуляции толщины базы.

- коэффициент передачи тока базы.

- выходная проводимость транзистора.

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода .

Дифференциальное сопротивление открытого эмиттерного перехода .

Объемное сопротивление базы .

Результаты исследований оформить в виде таблиц и графиков, сделать соответствующие выводы, сравнив экспериментальные и расчетные данные.

Описание лабораторной установки

Принципиальная схема макета, представленная на рис. 3, позволяет изучить основные параметры и характеристики биполярного транзистора. Для снятия входных, выходных и проходных характеристик транзистора на клеммы “Uрег” лабораторного стенда подается регулируемое стабилизированное напряжение соответствующей полярности. Входной ток контролируется вольтметром на резисторе R2, выходной на резисторе R1.

Указания по выполнению работы

  1. Для снятия входных характеристик исследуемого транзистора при заданном постоянном напряжении Uкэ на вход схемы от регулируемого стабилизированного источника подают положительное напряжение “Uрег” (для n-p-n транзистора). Изменяя входное напряжение в диапазоне от 0 до +15В, вольтметром постоянного тока контролируют напряжение Uбэ, по падению напряжения на R2 оценивают значение входного тока (тока базы). Заданное напряжение на коллекторе транзистора контролируют вольтметром и поддерживают постоянным его значение, подстраивая напряжение источника питания Uпит.

При снятии выходных характеристик для заданных значений токов базы, рассчитывают падение напряжения на резисторе R2. Для задания требуемого входного тока базы, изменяя входное напряжение “Uрег”, выставляют полученное падение напряжения на резисторе R2 и снимают выходную характеристику .

  1. Для определения h-параметров транзистора используются линейные участки снятых вольт-амперных характеристик. По полученным значениям h-параметров рассчитывают физические параметры транзистора.

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

  1. Цель работы.

  2. Исходные данные для расчета.

  3. Предварительный расчет.

  4. Принципиальную схему лабораторной установки.

  5. Таблицы экспериментальных и расчетных данных.

  6. Графики зависимостей, полученных в результате эксперимента и расчета.

  7. Краткие выводы по результатам расчета и эксперимента.

Контрольные вопросы

1. Конструкция и типы транзисторов.

2. Принцип действия биполярного транзистора.

3. Режимы работы транзисторов.

4. Статические характеристики транзистора.

5. Поясните, что произойдет, если у биполярного транзистора поменять местами выводы коллектора и эмиттера.

6. Перечислить дифференциальные параметры транзисторов.

7. Как определить h – параметры по статическим характеристикам.

8. Как связаны между собой дифференциальные и h – параметры транзисторов.

9. Изобразить схемы замещения транзистора (Т – образную, П – образную).

Лабораторная работа №5

Исследование полевого транзистора

Цель работы - ознакомление с основными параметрами и характеристиками полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Общие сведения

Полевыми транзисторами называются полупроводниковые приборы, в которых ток через канал управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором и истоком. Истоком называют электрод полевого транзистора, через который в канал втекают носители заряда, собираемые при выходе из канала другим электродом – стоком. Электрод полевого транзистора, к которому прилагается управляющее напряжение, называют затвором. Канал – область полупроводникового кристалла, в которой поток носителей регулируется изменением ее поперечного сечения с помощью управляющего напряжения затвора. Полевые транзисторы называют также униполярными, так как принцип их работы основан на управлении движением носителей только одного знака (основных носителей). Различают два типа полевых транзисторов: полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП- или МОП- транзисторы). Все полевые транзисторы различаются также по виду проводимости канала: p или n типа.

Условное обозначение и устройство полевого транзистора с управляющим p-n-переходом показано на рис. 4.

Рис. 4

На подложке из p-кремния создается тонкий слой полупроводника n –типа, выполняющий функцию токопроводящей области (канала). Канал изолирован p-n-переходами от подложки и затвора. Затвор используется для управления величиной поперечного сечения канала. На концах канала находятся – сильно легированные n+ - области, благодаря которым формируется омический контакт с металлическими электродами стока и истока.

При подключении положительного напряжения UСИ между стоком и истоком возникает дрейфовое движение основных носителей заряда (электронов) от истока через канал к стоку. Появится ток стока IC, который будет максимальным (IC MAX) при полностью открытом канале, то есть при UЗИ=0. При подаче отрицательного напряжения на затвор (UЗИ<0) запирающий слой расширяется, канал сужается, увеличивается его сопротивление, уменьшается ток стока IC. Отрицательное напряжение на затворе, при котором независимо от напряжения на стоке произойдет перекрытие канала, называется напряжением отсечки тока стока (UOTC<0).

Подложка может служить вторым управляющим электродом. Напряжение на p-n-переходе вблизи истока будет равно UЗИ, а вблизи стока UЗИ+UСИ и область запирающего слоя у стокового конца расширится.

Обычно для полевого транзистора используются две статические характеристики: выходные характеристики IC=f(U) при UЗИ=const и характеристика прямой передачи IC=f(UЗИ) при UCИ=const, аналитическая зависимость которой имеет вид

В качестве параметров полевого транзистора используют следующие величины (для схемы с ОИ):

- выходное дифференциальное сопротивление

при UЗИ =const;

- крутизна характеристики прямой передачи

при UСИ =const;

-статический коэффициент усиления

при IС нас =const.

Исходя из принципа действия и структуры маломощного полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, можно составить его эквивалентную схему, которая представлена на рис. 5.

Р
ис. 5

Сопротивления rс и rи представляют собой объемные сопротивления кристалла полупроводника на участках между концами канала и контактами стока и истока соответственно. Эти сопротивления зависят от конструкции полевого транзистора, технологии его изготовления, имеют порядок сотен Ом, и на низких частотах их влиянием можно пренебречь. Емкости Cзи и Cзс, сопротивления rзи и rзс отражают в эквивалентной схеме p-n-переход с его барьерной емкостью и дифференциальным сопротивлением при обратном смещении. Так как сопротивление закрытого p-n-перехода в кремниевых полевых транзисторах велико и составляет величину порядка десятки-сотни МОм, то rзи и rзс в большинстве случаев можно не учитывать. В выходную цепь включены внутреннее сопротивление транзистора Ri (характеризует воздействие напряжения стока на ток стока), генератор тока S.Uзи, который определяет управляемую составляющую выходного тока и отражает усилительные свойства транзистора, межэлектродная емкость Cси, величина которой зависит от конструкции и материала полупроводника полевого транзистора.

Для практических расчетов наиболее удобна эквивалентная схема, приведенная на рис. 6, хотя она значительно хуже отражает действительные физические процессы, протекающие в полевых транзисторах.

Рис. 6

При работе полевого транзистора на высоких частотах необходимо учитывать влияние межэлектродных емкостей и распределенных сопротивлений канала и стока.



Похожие документы:

  1. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроника» (1)

    Методические указания
    ... ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроника» ПЕНЗА 2006 УДК 621.375 В лабораторных работах исследуются основные ...
  2. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Электроника”. Часть Составители

    Методические указания
    ... 621.316 ББК 31.2я73 Методические указания к лабораторным работам по электронике. Часть 2. / Владим ... курса «Электротехника и электроника» и «Электроника» для неэлектротехнических специальностей высших учебных заведений. Изложены методические указания по ...
  3. Методические указания к лабораторной работе по курсу общей физики Составитель

    Методические указания
    ... И ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ОЛОВА Методические указания к лабораторной работе по курсу общей физики Составитель: Трухачева В.А., кандидат ... тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах. ...
  4. Методические указания к типовым расчетам по курсу «электроника» Составитель В. В. Ромашов

    Методические указания
    ... ФИЛИАЛ) РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ТИПОВЫМ РАСЧЕТАМ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОНИКА» Составитель В.В.Ромашов Муром ... данные, полученные в результате выполнения лабораторных работ по этому курсу. 1. Определение недостающих данных для расчета ...
  5. Методические указания к лабораторным работам по аэрофотограмметрии для студентов специальности 291000 Екатеринбург, 2004

    Методические указания
    ... Костомаров Н.Е. Методические указания к лабораторным работам по аэрофотограмметрии для ... электроники и автоматизации повышает объективность и производительность работ ... Учебно-методическое пособие. МЛТИ, М., 1978. 4. М.У. к лабораторным работам по курсу " ...

Другие похожие документы..