Будем считать, что выполнены условия (11) и (12) и в схемах с ОБ и с ОЭ применимы формулы (9а), (10а), (13).
Схема с ОБ (рис11а).
Коэффициент передачи тока эмиттера: h 21Б=-a, знак “-“ связан с тем, что за положительные в системе h -параметров приняты втекающие токи, тогда как, если IЭ втекает, то IК вытекает, и наоборот.
Коэффициенты усиления для схемы с ОБ:
, ,
Входное сопротивление , где I 0 Э – ток эмиттера в рабочей точке. На низких частотах отношение может достигать нескольких тысяч, т.к. входное сопротивление h11Б очень мало, а сопротивление нагрузки Rн может иметь величину в несколько кОм.
Недостатком схемы с ОБ является низкое входное сопротивление, затрудняющее согласования ступеней усиления.
Схема с ОЭ (рис.11б).
Входным током в схеме является ток базы, коэффициент передачи h 21Э=b. Входное сопротивление в данном случае значительно выше, чем в схеме с ОБ, так как при одинаковом переменном напряжении на входе ток базы существенно меньше тока эмиттера. Параметры связаны соотношением
|
|
Коэффициенты усиления в схеме с ОЭ:
, ,
KU имеет примерно такую же величину, как и в схеме с ОБ, а в раз больше, чем в схеме с ОБ/
Благодаря более высокому входному сопротивлению и более высокому усилению по мощности схема с ОЭ получила на практике самое широкое распространение.
Схема с ОК (рис.11в).
В данном случае сопротивление нагрузки R н включено в цепь эмиттера, благодаря чему на эмиттерном переходе действует напряжение , равное разности между входным UВХ и выходным UВыХ напряжениями.
Поэтому коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК всегда меньше единицы:
.
Коэффициент передачи тока базы в схеме с ОК h 21К=b+1. При включении с ОК условие (12) не выполняется, поскольку h 12К=1 и h 21К RН >> h 11К= h 11Э.
Коэффициенты усиления:
.
Так как обычно , то коэффициент усиления по напряжению в этой схеме близок к единице, коэффициент усиления по току значительно больше единицы.
Схема с ОК отличается высоким входным и низким выходным сопротивлением.
, .
Схему с ОК называют эмиттерным повторителем. Эта схема применяется в основном для согласования источника сигнала с большим выходным сопротивлением с нагрузкой, имеющим малое сопротивление, при обеспечении усиления по току.
5. ЗАДАНИЕ НА ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ
Приборы, используемые в работе:
1) прибор Л2-22/1;
2) лабораторный макет.
ВНИМАНИЕ! Под блокировочной крышкой символ означает, что прикосновение и подключение к выводам колодки “E”,”B”,”C” (или “Э”,”Б”,”К”) допускается только при открытой крышке блокировки.
1. Вставить испытуемый транзистор (МП21, МП25, МП26) в панельку макета, проследив за правильностью подключения его электродов (рис.15).
|
|
2. Вставить трехштырьковый разъем макета в колодку прибора Л2-22/1, открыв блокировочную крышку.
Примечание. А) У колодки прибора Л 2-22/1 вывод эмиттера задублирован. Это позволяет подключить любые транзисторы, избежав перекручивания выводов.
Б) При измерении транзисторов с 4 выводами корпусной вывод может быть подключен к любому выводу колодки (“ E ”,” B ” или “ C ”).
В) Полярность подаваемых напряжений определяется выбором типа транзистора. В данной работе исследуется p-n-p-транзистор, и ключ “ p-n-p, n-p-n ” нужно установить в положение “ p-n-p ”;
3. Закрыть крышку блокировки.
Задание I. Снятие статических характеристик транзистора. Схемы включения транзисторов приведены на рис.16.
I. Входные характеристики для схемы включения ОЭ:
I Б = f (U БЭ) при U К = const.
.
Рис.16. Схемы включения транзисторов.
Для снятия входных характеристик необходимо:
1) установить ключ “ТОКИ, ОБЩ. БАЗА, ОБЩ.ЭМИТТЕР” в положение “ОБЩ.ЭМИТТЕР” на приборе Л2-22/1;
2) установить ключ “ОЭ, ОБ, ОК” на макете в положении “ОЭ”;
3) установить ключ “кОм резистор” на макете в положение “0”;
4) поворачивая ручку “ U КЭ, U КБ, U БЭ” на приборе Л2-22/1, выставить напряжение на коллекторе транзистора = -5 В.
5) Задавая значения тока эмиттера поворотом ручки “ I Е“ на приборе Л2-22, измерить величину тока I Б, и напряжения U БЭ приборами на макете.
Результаты измерений занести в табл. 1.
Таблица 1.
,mA | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
, -5В | ,мкА | ||||||||||
,мВ | |||||||||||
-20В | , мкА | ||||||||||
,мВ |
6) Установить напряжение на коллекторе транзистора = -20 В и повторить пункт 5).
По полученным данным построить семейство входных характеристик транзистора при. I Б = f (U ЭБ) при U К = const..
2. Выходные характеристики для схемы включения с ОЭ:
I K = f (U K) при I Б = const.
Для снятия выходных характеристик необходимо, не меняя положения переключателей установить ручкой I E на приборе Л2-22/1 ток базы транзистора I Б и, изменяя напряжение на коллекторе транзистора ручкой “ U КЭ, U КБ, U БЭ” зафиксировать величину тока I K по прибору на макете.
Результаты измерений занести в табл. 2.
Таблица 2
, В | 0 | 1 | 2 | 5 | 8 | 10 | 15 | 20 | |
I К, мА | , 40мкА | ||||||||
, 80мкА |
Примечание. С изменением напряжения U К меняется ток базы I Б. Ток базы поддерживать постоянным, регулируя ток эмиттера “I Э “.
По полученным данным построить семейство выходных характеристик транзистора при. I K = f (U K) при I Б = const.
3. Входные характеристики для схемы включения с ОБ.
I Э = f (U ЭБ) при U К = const.
Для снятия входных характеристик необходимо:
1) установить ключ “ТОКИ, ОБЩ.БАЗА, ОБЩ.ЭМИТТЕР” в положение “ОБЩ.БАЗА” на приборе Л2-22/1;
2) установить ключ “ОЭ, ОБ, ОК” на макете в положение “ОБ”,
3) поворачивая ручку “ U КЭ, U КБ, U БЭ” на приборе Л2-22/1, установить необходимое напряжение на коллекторе транзистора.
Изменяя I Э ручкой “ I E “ на приборе Л2-22/1, снять значения U ЭБ по прибору макета.
4) Результаты измерений занести в табл. 3.
Таблица 3
, мА | 0 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | |
U ЭБ, мВ | = -5В | ||||||||||
=-20В |
5) По полученным данным построить семейство входных характеристик
I Э = f (U ЭБ) при U К = const.
4. Выходные характеристики для схемы включения с ОБ
I K = f (U K) при U Э = const.
Для снятия выходных характеристик необходимо, не меняя положения переключателей, установить ручкой “ I Е “ на приборе Л2-22/1 ток I Э и, изменяя напряжение на коллекторе транзистора ручкой “ U КЭ, U КБ, U БЭ”, зафиксировать величину коллекторного тока по прибору на макете. В маломощных транзисторах ток коллектора практически не зависит от напряжения U КБ, поэтому нет смысла подробно снимать всю выходную характеристику, достаточно измерить ток коллектора с максимальной точностью в крайних точках при U КБ= 0 и U КБ= -20 В.
|
|
Результаты измерений занести в табл. 4.
Таблица 4.
, В | 0 | -20 | |
I К, мА | =1 мА | ||
=2 мА | |||
=4 мА |
По полученным данным построить семейство выходных характеристик I К= f (U К) при I Э = const, соединив прямой линией две крайние точки каждой характеристики.
Задание 2. Измерение h- параметров транзистора.
Крышка блокировки открыта!
1. Для измерения h -параметров в схеме с ОБ необходимо:
1) установить ключ “ОЭ, ОБ, ОК” на макете в положение “ОБ”, а ключ “ p-n - p, n-p-n ” в положение “ p-n-p ”;
2) установить испытуемый транзистор (МП21,МП25 или МП26) в колодку прибора Л2-22/1 проследив за правильностью подключения его электродов.
3) установить необходимый режим измерения транзистора при открытой крышке блокировки по прибору Л2-22/1.
КрышкУ блокировки закрыть!
4) установить один из ключей выбора h -параметров в положение, соответствующее измеряемому h -параметру;
5) установить переключатель “ПРЕДЕЛЫ h ” в положение, при котором стрелка отсчетного прибора будет находится в правой половине шкалы, и отсчитать значение измеряемого h -параметра, учитывая множитель, указанный в таблице над переключателем “ПРЕДЕЛЫ h ”.
Примечания. 1. При включении пробитого транзистора или при замыкании вывода коллектора на корпус срабатывает защита источника питания и загорается индикация “ПЕРЕГРУЗКА”. Необходимо открыть крышку блокировки, устранить причину перегрузки и нажать одноименную кнопку.
2. При измерении транзистора с 4 выводами вывод корпуса может быть подключен к любому выводу транзистора.
2. Для измерения h -параметров в схеме с ОЭ необходимо:
|
|
1) установить ключ “ОЭ, ОБ, ОК” на макете в положение “ОЭ”.
2) далее повторяем алгоритм измерения, описанный в пункте 1, где измеряются h -параметры в схеме с ОБ.
Задание 3. По статическим характеристикам, полученным в ходе работ, найти h -параметры в схемах с ОБ и с ОЭ в рабочей точке UК = -20 В, IЭ =1,5 мА и сравнить с данными, полученными в задании 2.
Задание 4. Расчет эквивалентной Т – образной схемы замещения транзистора.
По значениям h -параметров, полученных при непосредственных измерениях начертить формальную и Т-образную схемы замещения транзистора. Определить собственные параметры транзистора (сопротивление эмиттера, базы, коллектора соответственно - r Э, r Б, rК; коэффициент передачи тока эмиттера - a и коэффициент передачи тока базы).
Задание 5. На графиках выходных характеристик построить нагрузочную характеристику для нагрузки RК =5 кОм, EК =20 В. Найти коэффициенты усиления KI, KU, KP для схем включения с ОЭ и с ОБ
Отчёт должен содержать:
1) графики входных и выходных характеристик и таблицы к ним;
2) нагрузочные характеристики, построенные на статических характеристиках;
3) значения , вычисленные по характеристикам;
4) таблица, содержащая значения h- параметров, измеренных с помощью прибора Л2-22/1, вычисленных по статическим характеристикам, полученным в ходе работ, в рабочей точке ;
5) эквивалентная Т – образная схема замещения транзистора с собственными параметрами (r Э, r Б, rК; a, b), рассчитанная по значениям h – параметров, полученным при непосредственном измерении;
6) анализ полученных результатов.
Контрольные вопросы.
1. Структура, типы и условные обозначения транзисторов.
2. Какая область транзистора легирована наиболее сильно?
3. Принцип действия биполярного транзистора.
4. Статические характеристики транзистора.
5. Сходство и различия выходных и входных характеристик транзистора, включенного по схеме с ОБ и ОЭ.
6. Чем вызван наклон выходных характеристик транзистора?
7. Дифференциальные параметры транзисторов.
8. Почему для биполярного транзистора выбрана система h -параметров?
9. Определение h -параметров по статическим характеристикам.
10. Т – образная схема замещения транзистора.
11. Какие из h- параметров транзистора изменяется по величине и как, если в Т–образной схеме замещения увеличивать r Б?
12. Выходная характеристика транзистора в усилительном режиме.
13. Параметры, характеризующие режим работы усиления транзистора, и их связь с дифференциальными параметрами.
14. Усилительные свойства транзистора при различных способах его включения.
Список рекомендуемой литературы.
1. Аваев Н.А., Шишкин Г.Г. «Электронные приборы», Из-во МАИ,1996г.
2. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: Сов. радио, 1980.
3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2-е изд. 2001, 3-е изд. 2004.
4. Урманчеев Л.М., Нургалиев М.И. Электроника: Учебное пособие по выполнению контрольных работ. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2003.