2015-05-26
614
Лабораторная работа 2. Характеристики биполярных транзисторов
Цель работы. Определение характеристик биполярных транзисторов, построение статических вольтамперных характеристик.
Теоретические положения
Транзисторы - полупроводниковые приборы, служащие для генерации, усиления и преобразования сигналов электромагнитной природы. Увеличение мощности сигнала происходит за счет внешнего источника питания. По принципу действия они делятся на биполярные и полевые. Биполярным транзистор назван потому, что его работа обусловлена носителями обеих полярностей (электронами и дырками). В дальнейшем будем рассматривать только биполярные транзисторы.
Устройство. Конструктивно транзистор представляет собой кристалл трехслойной структуры pnp или npn, помещенный в герметичный корпус с тремя выводами, каждый из которых связан с определенной областью кристалла (рис. 1, а). Одна из крайних областей называется эмиттером (Э), другая - коллектором (К), а средняя базой (Б). Таким образом, в транзисторе существует два p-n перехода: эмиттерный (между Э и Б) и коллекторный (между Б и К). Условное обозначение транзисторов приведено на рис. 1, б.
|
|
|
Рис. 1 Трехслойная структура (а) и условное обозначение (б) транзисторов различных типов
Трехслойная структура создается по сплавной или диффузной технологии. Один из слоев называется эмиттерным, его функция – инжектирование носителей заряда в базу; другой слой называется коллекторным, его функция – сбор носителей заряда. Пластина полупроводника, на которую наплавляют коллектор и эмиттер называется базой. Чтобы носители заряда, инжектированные эмиттером и проходящие через базу, полнее собирались коллектором, площадь коллекторного перехода делают больше площади эмиттерного перехода.
Принцип действия транзистора и его основные параметры
Внешнее напряжение подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода – в обратном направлении. Это достигается с помощью двух источников напряжения U Э и U К (рис. 2).
Поскольку в эмиттерном переходе внешнее напряжение U Э действует в прямом направлении, потенциальный барьер для дырок – основных носителей зарядов эмиттерного слоя – уменьшается, и дырки из эмиттера под действием диффузии будут в большом количестве переходить (инжектировать) в область базы. Большинство дырок в последующем достигает коллектора и вызывает коллекторный ток транзистора I К.
Наличие коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, приводит к появлению дополнительной неуправляемой составляющей тока коллектора, обусловленной протеканием обратного тока коллекторного перехода I КТ. От величины тока эмиттера ток I КТ не зависит.
|
|
|
Основное соотношение для токов транзистора составляется по первому закону Кирхгофа:
С учётом теплового тока I КТ соотношение:
Рис. 2 Схема включения транзистора типа p-n-p
Режимы работы. В зависимости от напряжений между выводами транзистора. различают три основных режима:
- активный, в котором переход Э-Б включен в прямом направлении, а переход К-Б - в обратном (режим управления током коллектора);
- режим отсечки, в котором оба перехода включены в обратном направлении (транзистор закрыт);
- режим насыщения, в котором оба перехода включены в прямом направлении (транзистор полностью открыт).
Схемы включения транзисторов. Для усиления сигналов применяется три схемы включения транзисторов:
- с общей базой (ОБ) (рис. 3, а);
- с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 3, б);
- с общим коллектором (ОК) (рис. 3, в).
Рис. 3 Схемы включения транзистора,
(а) с общей базой (ОБ); (б) с общим эмиттером (ОЭ); (в) с общим коллектором (ОК)
Название схемы включения транзисторов совпадает с названием вывода, общего для входной и выходной цепей. Практически наиболее часто применяется схема с ОЭ, дающая наибольшее усиление сигнала по мощности.
