Методы измерения параметров биполярных транзисторов при малых сигналах

Лабораторная работа №2

Цель работы: Научиться измерять h -параметры биполярных транзисторов.

Параметры четырехполюсника. Чаще всего на практике применяется система h -параметров. Она наиболее просто реализуется в измерительных приборах, так как у любого транзи­стора достаточно легко создать ре­жим короткого замыкания (КЗ) на выходе и режим холостого хода (XX) на входе.

Если u ₁= h ₁₁ i ₁+ h ₂₁ u ₂, i ₂= h ₂₁ i ₁+ h ₂₂ u ₂, где u ₁, i ₁, – напряжение и ток на входе транзистора; u ₂, i ₂ – напря­жение и ток на выходе транзистора, то

;

при КЗ на выходе,

;

при XX на входе.

Таким образом, задавая i ₁, и ₂ и измеряя u ₂ и i ₁, можно рассчитать полную матрицу параметров четырехполюсника.

На рис. 1 показан пример изме­рения входного сопротивления в схеме с общей базой h _{11 б} .

Режим КЗ на выходе создается емкостью. На вход транзистора от источника тока подается переменный сигнал. Для этого случая

,

где е (ω) – э.д.с. источника переменного тока; R ₂ – внутреннее сопротивление источника переменного тока.

Если е (ω) и R ₂ – величины по­стоянные, то прибор, измеряющий u ₁, будет показывать величину, про­порциональную h ₁₁, иначе говоря, шкалу прибора можно проградуировать непосредственно в значениях h ₁₁. Аналогично измеряются все остальные параметры системы. Для того, чтобы измерить параметры современных транзисторов и сохранить условия малости сигнала, вольтметр, измеряющий и ₁, должен обладать до­статочно высокой чувствительностью (100-200 мкВ).

Высокочастотные параметры. На высоких частотах для измерения ем­костей переходов используется метод емкостно-омического делителя, ил­люстрируемый рис. 2

Рис. 1

При соблюдении условия ωR_нС_н £1 справедливо соотношение и = е (ω) С_нR_н, где R_н – сопротивление нагрузки; С_н – емкость нагрузки, т.е. показания вольтметра пропорциональны величине емкости коллек­торного перехода С_к. Емкость эмиттерного перехода С_э измеряется ана­логичным способом. При выполнении указанного условия на малых сигна­лах чувствительность вольтметра должна быть очень высокой. Поэто­му часто в качестве измерителя пара­метров используют высокоизбиратель­ный вольтметр.

Измерение постоянной времени це­пи обратной связи τ_к=r'_бС_к осуществляется устройством, схема кото­рого показана на рис. 3 (r'_б – сопротивление базы).

Если ωr'_бС_к £1, а напряжение и частота генератора остаются постоян­ными, то u=ωr'_бС_к и, следовательно, измеритель напряжения u можно проградуировать в значениях r'_бС_к.

Измерение предельной f_{h 12} и гра­ничной f_гр частот коэффициента передачи тока сводится к измерению модуля коэффициента передачи тока | h _{21 э} | ha одной фиксированной ча­стоте. Это видно из соотношения

,

где k =l,2–l,6.

Рис. 2

Чаще всего для измерения приме­няют устройство, схема которого показана на рис. 3

В цепи базы протекает высокочастотная составляющая тока базы. На нагрузке С_кэ, являющейся одновременно емкостью короткого замыкания, создается пропорцио­нальное току коллектора падение напряжения, ко­торое измеряется приемником или селективным микровольтметром. Для этого случая

При условии I_б =const шкалу отсчетного прибора микровольтметра можно проградуировать непосредст­венно в значениях h _{21 э} или f_гр, т.е. частоты, на которой | h _{21 э} |= 1.

Анализируя устройства, измеряю­щие малосигнальные параметры, можно выделить узлы, являющиеся для всех них общими, т. е. базо­выми:

– источник постоянного напряже­ния на коллекторе;

– источник постоянного тока эмит­тера;

– генераторы гармонического сиг­нала;

– милли- и микровольтметры пере­менного напряжения;

– приспособления для подключе­ния испытуемых транзисторов.

При измерении различных пара­метров к генераторам и милливольтметрам предъявляются различные требования как по рабочим часто­там, так и по выходному напряжению и чувствительности, что препятству­ет созданию единого универсального прибора.