Усилительные свойства транзистора при различных способах его включения

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 I_Э втекает, то I_К 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 h_11Б очень мало, а сопротивление нагрузки R_н 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:

, ,

K_U 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 U_ВХ и выходным U_ВыХ 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 R_Н >> 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 U_К = -20 В, I_Э =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, r_К; коэффициент передачи тока эмиттера - a и коэффициент передачи тока базы).

 

Задание 5. На графиках выходных характеристик построить нагрузочную характеристику для нагрузки R_К =5 кОм, E_К =20 В. Найти коэффициенты усиления K_I, K_U, K_P 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, r_К; 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.