Практикум по микроэлектронике (стр. 20 )

Источник базового напряжения ЕБ служит для обеспечения инжекции основных носителей из р - области эмиттера в n – область базы через эмиттерный переход. Источник коллекторного напряжения ЕК предназначен для создания ускоряющего поля, перебрасывающего неосновные носители из области базы в область коллектора. Полярности напряжений и их значения соответствуют нормальному режиму работы транзистора, обладающего усилительными свойствами, т. е. когда |ЕБ|<|ЕК|, при этом эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Напряжение, получаемое от ЕБ, называется входным, а от ЕК – выходным.

Рисунок 2.3 - Включение транзистора по схеме с общим эмиттером.

На рисунке 2.3а показано токораспределение внутри транзистора. Поскольку толщина базы невелика и значительно меньше пути свободного пробега дырки LP, то основная часть дырок, инжектируемых эмиттером, пролетает сквозь базу до коллекторного перехода и подхватываются ускоряющим полем ЕК. В коллекторной цепи образуется ток, величина которого пропорциональна количеству дырок, достигших коллектора. Кроме этого в цепи коллектора протекает собственный обратный ток коллекторного перехода IКО, обусловленный экстракцией неосновных носителей из области базы в область коллектора. Общий ток в коллекторной цепи:

IК= αIЭ + IКО (2.3)

Исходя из закона Киргофа IЭ = IК + IБ. Подставив значение IЭ в уравнение (2.3 ), получим

IК - αIК= αIБ + IКО; (2.4)

Введём обозначения α/(1-α) = β, тогда 1/(1-α) = β+1.

Окончательно подучим:

IК = IБβ+(1+β)IКО (2.5)

Учитывая что (1+β)IКО << IБβ выражение 3.5 упрощается.

IК ≈ IБβ. (2.6)

Это уравнение называется основным уравнением. Параметр β называется статическим коэффициентом передачи тока базы биполярного транзистора, включённого по схеме с ОЭ. Через h – параметры коэффициент β выражается так β=h21Э. По сути – это коэффициент усиления транзистора, включённого по схеме с ОЭ. В зависимости от типа транзистора β изменяется от 10 до 300.

Подготовка к работе

1. Схема включения транзистора с общей базой.

Эта схема отличается тем, что для обеспечения правильной полярности источников коллекторного и эмиттерного напряжения на электродах транзистора, на базе эти батареи соединяются противоположными полюсами [Рисунок 2.2а]. Поэтому для выполнения данного опыта необходимо наличие двух источников питания.

Зарисуйте схему включения транзистора с ОБ. В коллекторную и эмиттерную цепи должны быть включены ограничительные сопротивления. Включите в цепь каждого электрода транзистора миллиамперметр. Покажите включение вольтметров в эмиттерную и коллекторную цепи. Для включения вольтметра в цепь коллектора необходимо учитывать особенность, что напряжение на коллекторе, относительно общего провода противофазно напряжению входного сигнала. Поэтому, выходное напряжение рекомендуется снимать не с коллектора транзистора, а с сопротивления RК.

Рассчитайте сопротивление RK. В расчетах используйте IКmax, по справочным данным, и напряжение источника ЕК = 12 В. (Таким оно должно быть установлено в ходе выполнения работы). Рассчитайте сопротивление эмиттера, полагая, что по краткой теории данной работы IК≈IЭ, и максимальное напряжение ЕЭ будет так же равно 12 В. Напишите все эти данные на схеме.

Посмотрите таблицу 1, приготовленную для заполнения.

2. Рассмотрите рисунок 2.4, на котором показана схема включения транзистора с ОЭ. Особенность этой схемы в том, что её построение возможно с использованием одного источника фиксированного напряжения +12В. RБ1 служит для изменения тока базы. При этом, при перемещении движка вверх, ток базы увеличивается, и транзистор открывается. RБ2 служит для ограничения тока базы. Номинал сопротивление RK остаётся как и в расчетах для схемы ОБ. Напряжение источника фиксируется на уровне 12В. Зарисуйте данную схему в тетради. Покажите включение миллиамперметров и вольтметров (по аналогии с предыдущей схемой).

Рассчитайте ток базы. Исходными данными используйте максимальный ток коллектора и минимальное значение h21Э, указанное в справочнике для данного транзистора. Полученный ток и напряжение используйте для расчета RБ2. RБ1 должно быть соизмеримо. Посмотрите таблицу 2.2. с ОЭ с использованием одного источника.

Рисунок 2.4 - Схема включения транзистора с RБ2.

Ход работы

1. Используя печатную плату с разведенными дорожками, соберите схему, показанную на рисунке 2.2б. В качестве ЕЭ используйте источник 0…14 В, а ЕК – 2…30 В (по указанию преподавателя).

Перед включением в цепь ЕК установите его значение примерно 12 В, и ходе работы не допускайте его изменения.

Перед включением в цепь ЕЭ установите его минимальное значение.

Изменяя напряжение на эмиттере транзистора приблизительно в пределах от 0,1 до 0,9 В., с диапазоном ≈0,1 В., заполните в таблице столбцы UЭ В, IЭ mA, IБ mA, IК mA, URн В.

2. Соберите схему для исследования транзистора, включённого в цепь с общим эмиттером. Напряжение источника Е в цепи должно быть ≈12В. Включите электропитание собранной схемы. Плавно изменяя значение напряжения на базе приблизительно в пределах от 0,1 до 0,9 В., с диапазоном ≈0,1 В., заполните в таблице 2.2 столбцы UБ В, IБ В, IЭ mA, IК mA, URн В.

3. В таблицах, используя необходимые формулы, заполните недостающие столбцы.

Из таблицы 2.1 получите наиболее эффективное значение h21Б.

Из таблицы 2.2, получите наиболее эффективное значение h21Э.

Сравните эти данные с справочными для данного транзистора.

3. Выполняется факультативно. Исследуйте работу транзистора, включённого по схеме ОК. Покажите при этом необходимую схему, расчеты резисторов и таблицу значений.

Литература: 3, стр. 35-46; 6, стр.75-86

Контрольные вопросы

1.  Дайте определение транзистору, и расскажите о его строении.

2.  Чем отличаются в конструктивном отношении коллектор от эмиттера?

3.  Что такое экстракция и инжекция?

4.  Как имеются варианты включения транзистора в цепь? Чем эти варианты отличаются в плане усиления параметров электрического сигнала? Покажите эти схемы, с обозначением токов, которые присутствуют на электродах транзистора.

5.  На примере схемы (ОБ) разъясните работу транзистора. Покажите условие экстракции.

6.  Что собой представляет статическим коэффициентом передачи тока эмиттера (подробно)?

7.  Что собой представляет статическим коэффициентом передачи тока базы биполярного транзистора, включённого по схеме с ОЭ (подробно)?

Таблица 2.1. Опытные данные исследования транзистора, в ключённого по схеме с ОБ										Таблица 2.2. Опытные данные исследования транзистора, в ключённого по схеме с ОЭ	α
KP									KP
KI (α)									KI (β)
KU									KU
PRн mВт									IЭ mA
URн В									PRн mВт
IК mA									IК mA
IБ mA									URн В
РЭ mВт									РБ mВт
IЭ mA									IБ В.
UЭ В.									UБ В.		.
№	1	2	3	4	5	6	7	8	№	1	2	3	4	5	6	7	8	9

 

Тема 3. Исследование простейших транзисторных усилителей

Цель работы: Изучение принципа работы и исследование характеристик простейших усилителей на биполярных, полевых и составных транзисторах, включенных по схемам ОЭ, ОК. (ОИ, ОС).