Лабораторная работа. Транзисторы характеристики и параметры - pismo.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Лабораторная работа № Часть Документирование требований. Техническое... 1 86.78kb.
Полупроводниковые приборы и схемотехника 1 59.65kb.
Высокочастотные компоненты фирмы Tyco Electronics M/a-com: мощные... 2 527.51kb.
Лабораторная работа №6 «работа с библиотекой iqmath» Цель: Сравнение... 1 42.59kb.
Лабораторная работа №2 Применение стилей, автотекста, автозамены... 1 34.47kb.
Практическая работа №3: «Составление экономико-географической характеристики... 1 31.9kb.
Лабораторная работа №1 Работа с инструментальными средствами фио... 1 54.23kb.
Лабораторная работа №2. Хеширование Задание 1 23.8kb.
Россия и международные параметры сотрудничества на направлении международной... 1 21.63kb.
«Составление экологической характеристики микрорайона города» 1 70.81kb.
Лабораторная работа №1 Словосочетание Литература 1 71.76kb.
А. В. Реализация философских взглядов А. С. Ахиезера в социально-психологической... 5 1199.23kb.
Урок литературы «Война глазами детей» 1 78.68kb.
Лабораторная работа. Транзисторы характеристики и параметры - страница №1/1

Лабораторная работа.
Транзисторы – характеристики и параметры

1. Цель работы:


Исследование характеристик биполярных и полевых транзисторов, приобретение навыков экспериментального исследования характеристик полупроводниковых приборов.

2. Теоретическое введение.


Биполярным транзистором называют трехэлектродный полупроводниковый прибор, представляющий собой двухполюсник, структурно состоящий из трех слоев полупроводника p-n-p или n-p-n типа (рисунок1). Средний слой называют базой (Б), один из крайних слоев называют эмиттером (Э), другой – коллектором (К).

Рисунок 1 – Структура биполярных транзисторов


Схематическое изображение биполярного транзистора приведено на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схематическое изображение биполярного транзистора структуры p-n-p (а) и n-p-n (б).

Направление стрелки эмиттера указывает на электрод с n-типом проводимости: если стрелка направлена к базе, то база имеет n-тип проводимости, если стрелка направлена от базы – n-проводимость имеет эмиттер.

Подключение биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером показано на рисунке 3.



Рисунок 3 – Схема подключения биполярного транзистора


в схеме с общим эмиттером.

При таком подключении в режиме постоянного тока переход эмиттер база относительно источников ЕЭ и ЕК смещен в прямом направлении. Коллекторный переход источником ЕК смещен в обратном направлении.

Примерный вид входной и семейства выходных вольтамперных характеристик биполярного транзистора показаны на рисунке 4.

а б


Рисунок 4 – Входная (а) и выходная (б) вольтамперные характеристики
биполярного транзистора, подключенного по схеме с общим эмиттером.
В схеме с ОЭ коэффициент передачи по току будет выражаться формулой:


В режиме усиления переменного тока пользуются так называемыми малосигнальными параметрами. Для описания свойств транзисторов используют систему h-параметров:

,

где - входное и выходное напряжения на выводах двухполюсника, который представляет собой транзистор; - входной и выходной токи.

Физический смысл h-параметров заключается в следующем:

- входное сопротивление при коротком замыкании выходной цепи - коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе во входной цепи;

- коэффициент передачи тока при коротком замыкании выходной цепи;

- выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи.
При экспериментальном определении h-параметров в качестве аргументов используют приращения токов и напряжений. На рисунке 5 показан принцип определения приращения токов и напряжений для вычисления h-параметров.

H11 = ∆ U1 / ∆ I1 H21 = ∆ I2 / ∆ I1 H22 = ∆ I2 / ∆ U2


Рисунок 5 – К определению h-параметров транзисторов.


Полевой транзистор


Полевые транзисторы (Field-Effect Transistor, FET) – полупроводниковые приборы выходным током которых управляет напряжение, тогда как входной ток обычно пренебрежимо мал. Это большое достоинство, важное в тех случаях, когда сигнал приходит от таких уст­ройств, как конденсаторный микрофон или пьезоэлектрический датчик, которые не в состоянии давать сколько-нибудь значительный ток.

Полевые транзисторы бывают, по существу, двух типов: полевые транзи­сторы с управляющим р-п переходом (Junction FET, JFET) и полевые тран­зисторы с изолированным затвором (Insulated Gate FET, IGFET). Транзис­торы последнего типа больше известны как МОП-транзисторы, при этом название указывает на их конструкцию: металл-окисел-полупроводник (Metal-Oxide-Semiconductor FET, MOSFET).

На рис. схематически изображен n-канальный полевой транзистор с р-п переходом и его условное обозначение. К торцам кремниевой пластины n-типа прикреплены выводы, образующие омические контакты. Область кремния p-типа, на боковой поверхности образует р-п переход. Нижний контакт называется истоком, а верхний – стоком.

Рисунок 6. – Полевой транзистор с p-n переходом: (а) схематическое изображение конструкции транзистора с каналом n-типа; (b, c) обозначения транзисторов с каналом n-типа и p-типа.

В транзисторе с каналом p-типа затвор выполнен из материала n-типа.

Проводимость канала зависит от размера обедненного слоя на смещенном в обратном направлении переходе затвор-ка­нал.. На затвор подается отрицательное напряжение смещения относительно истока (Uзи), которое создает обедненный слой. С увеличением напряжения ширина этого слоя увеличивается, что приводит к уменьшению проводимости области канала. При фиксированном напряжении сток-исток, ток стока зависит от входного напряжения Uзи.

У p-канальных полевых транзисторов с р-п переходом основными носителями в канале явля­ются дырки. У таких транзисторов на сток подают отрицательное напряже­ние относительно истока, а на затвор — положительное напряжение отно­сительно истока, смещающее р-п переход в обратном направлении.

Для этих транзисторов представляют интерес два вида вольт-амперных характеристик: стоковые и сток-затворпые.



Рисунок 7 – Семейство стоковых (выходных) (а) и сток-затворных характеристик (б) полевого транзистора с р-п-переходом и каналом п-типа

Стоковые (выходные) характеристики отражают зависимость тока стока от напряжения сток — исток при фиксированном напряжении затвор — исток. Они представляются в виде семейства кривых. На каждой из этих кривых можно выделить три характерные области: I— сильная зависимость тока Iс от напряжения Uзи. На этом участке наблюдается практически линейная зависимость тока стока от напряжения сток – исток. По мере увеличения на­пряжения Uси (участок а—б) сужение токопроводящего канала оказывает все более существенное влияние на его проводимость, что при­водит к уменьшению крутизны нарастания тока. При подходе к границе с участком II (точка б) сечение токопроводящего канала уменьшается до минимума в результате смыкания обоих р-n.-переходов. Напряжениям перекрытия канала соответствуют абсциссы точек пересечения стоковых харак­теристик с пунктирной кривой, показанной на рис. Дальнейшее повышение напряжения па стоке не должно приводить к заметному увеличению тока через прибор, так как одновременно с ростом напряжения Uси будет увеличиваться сопротивление ка­нала.

Сток - затворная характеристика показывает зависимость тока стока от напряжения затвор – исток при фиксированном напряжении сток – исток. Характеристика может быть построена по данным стоковой характеристики.

У полевого транзистора ток стока Iс управляется напряжением Uзи между затво­ром и истоком. Таким образом, о способности транзистора усиливать нужно судить по величине отношения Iс / Uзи которое, будучи отношением тока, к напряжению, имеет размерность проводимости. Эта величина называется крутизной, обычно обозначается символом s и находится как отно­шение приращения тока стока (Ic) к приращению напряжения затвор-исток (Uзи). Обычно размер­ность указывается в мА/В; или в микросименсах (мкСм).

К основным параметрам полевых транзисторов относится дифференциальное (внутреннее) сопротивление стока (канала) на участке насыщения



.

3. Порядок выполнения работы


1. Построение статических вольт-амперных характеристик биполярного транзистора, определение статических параметров.

1.1 Собрать в окне программы Workbench схему, изображенную на рисунке 8. Из библиотеки элементов выбрать транзистор 2N2218. В «Блокноте» набрать текст (левая колонка – время, правая напряжение):



0 0

5 0.8
Сохранить текст в файле с именем (скажем, Ksenija1.txt). Щелкнув по иконке источника введите в значение (value) название файла.

Рисунок 8 – Cхема для измерения входной характеристики


биполярного транзистора.

1.2 На осциллографе наблюдайте графики изменения напряжения на базе транзистора и падение напряжения на резисторе, соответствующее изменению тока базы. Активируйте иконку «Analysis Graph». Зарисуйте график вольтамперной характеристики (учтите, что напряжение на резисторе равно минус RI). Определите входное сопротивление транзистора при напряжении на базе 0,7 В.

1.3 Собрать в окне программы Workbench схему, изображенную на рисунке 9. В «Блокноте» набрать текст (левая колонка – время, правая напряжение):

0 0

0.1 12
Сохранить текст в файле с именем (скажем Ksenija2.txt). Щелкнув по иконке источника введите в значение (value) название файла.

Рисунок 9 – Cхема для измерения выходной характеристики


биполярного транзистора.

1.4 Установите ток источника тока 0,1 мА. На осциллографе наблюдайте графики изменения напряжения на коллекторе транзистора и падение напряжения на резисторе, соответствующее изменению тока эмиттера. Запишите в таблицу 1 показания амперметра. Активируйте иконку «Analysis Graph». В меню «Свойства» (Properties) для оси абсцисс (Bottom) выберите диапазон 0 – 0,1 с. Зарисуйте график вольтамперной характеристики.

1.5 Повторите действия по пункту 1.5 для значений тока источника до 1 мА (см. таблицу 1). Все характеристики построить на общем графике. Для эксперимента с током источника 0,5 мА в окне Analysis Graph выберите Restore Graph, определите изменение тока коллектора на линейном участке характеристики и соответствующее изменение напряжения на коллекторе. Вычислите значение выходной проводимости.

Таблица 1 – Результаты эксперимента



IБ (мА)



0,1

0,2


0,5

0,8


1















2. Построение статических вольт-амперных характеристик полевого транзистора, определение статических параметров.

2.1 Собрать в окне программы Workbench схему, изображенную на рисунке 10. Из библиотеки элементов выбрать транзистор 2N5484. В «Блокноте» набрать текст (левая колонка – время, правая напряжение):

0 -1.5

0.5 0
Сохранить текст в файле с именем (скажем, Ksenija3.txt). Щелкнув по иконке источника введите в значение (value) название файла.

Рисунок 10 – Принципиальная схема для измерения сток-затворной характеристики полевого транзистора.

2.2 На осциллографе наблюдайте графики изменения напряжения на затворе транзистора и падение напряжения на резисторе, соответствующее изменению тока стока. Опыт проведите при напряжении на стоке 10 и 20 Вольт. Постройте сток-затворные характеристики на общем графике.

2.3 Определите крутизну в точке, соответствующей напряжению на затворе минус 0,5 В.

2.4 Собрать в окне программы Workbench схему, изображенную на рисунке 11. В «Блокноте» набрать текст (левая колонка – время, правая напряжение):

0 0

1 20
Сохранить текст в файле с именем (скажем, Ksenija4.txt). Щелкнув по иконке источника введите в значение (value) название файла.

2.5 На осциллографе наблюдайте графики изменения напряжения на стоке транзистора и падение напряжения на резисторе, соответствующее изменению тока стока. Опыт проведите при напряжениях на затворе от -1 до 0 Вольт через 0,2 В.. Постройте сток-истоковые характеристики на общем графике.


Рисунок 11 – Принципиальная схема для измерения сток-истоковой характеристики


полевого транзистора.

4. Требования к отчету.


Отчет должен содержать необходимые теоретические сведения, таблицы с результатами экспериментов, осциллограммы и графики, построенные по результатам экспериментов и расчетов.
5. Контрольные вопросы:

  1. Почему происходит усиление тока в биполярном транзисторе в схеме с ОЭ?

  2. Что такое нагрузочная характеристика и как она строится?

  3. Что такое коэффициент передачи по постоянному току в схеме с общей базой?

  4. Что такое выходная характеристика биполярного транзистора?

  5. Какие варианты включения биполярного транзистора применяют в усилительных схемах?

  6. Что такое коэффициент передачи по постоянному току в схеме с общим эмиттером?

  7. Что такое входная характеристика биполярного транзистора?

  8. Каково соотношение входных сопротивлений биполярного и полевого транзисторов?

  9. Как направлены токи в транзисторе p-n-p типа?

  10. Определить коэффициент передачи тока h21э БП транзистора, если при изменении тока базы, ток коллектора изменился на 5мА, а ток эмиттера- на 5.2мА