### Лабораторная работа №2

Исследование статических характеристик биполярного транзистора

1. Цель работы

Ознакомиться с устройством и принципом действия биполярного транзистора (БТ). Изучить его вольтамперные характеристики в схемах включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

2. Подготовка к работе

2.1 Изучить следующие вопросы курса:

2.1.1 Устройство БТ, схемы включения (ОБ, ОЭ и ОК), режимы работы ( с точки зрения состояния переходов).
2.1.2 Потенциальные диаграммы для различных структур БТ в активном режиме работы.
2.1.3 Принцип действия БТ и основные физические процессы в нем.
2.1.4 Статический коэффициент передачи тока и уравнения коллекторного тока для всех схем включения.
2.1.5 Статические характеристики транзистора в схемах включения ОБ и ОЭ.
2.1.6 Предельные параметры режима работы БТ. Рабочая область характеристик.
2.1.7 Влияние температуры на работу БТ, его характеристики в схеме ОБ и ОЭ и предельные параметры.
2.1.8 Дифференциальные параметры БТ.
2.1.9 Усилитель на БТ.

2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:

2.2.1 Устройство плоскостного транзистора.
2.2.2 Принцип действия биполярного бездрейфого транзистора.
2.2.3 Нарисовать схемы включения транзистора с ОБ, ОЭ и ОК для структур p-n-p и n-p-n.
2.2.4 Начертить потенциальные диаграммы p-n-p и n-p-n транзисторов в различных режимах их работы.
2.2.5 Из каких компонент состоят токи через эмиттерный и коллекторный переходы транзистора?
2.2.6 Из каких компонент состоит ток базы?
2.2.7 Дать определение коэффициентов инжекции и переноса.
2.2.8 Как влияет на работу транзистора неуправляемый ток коллекторного перехода? Какие причины его возникновения?
2.2.9 Написать уравнения коллекторного тока для схем ОБ и ОЭ.
2.2.10 Нарисовать и объяснить входные и выходные характеристики транзистора для схем ОБ и ОЭ.
2.2.11 Показать на входных и выходных характеристиках области, соответствующие режимам: активному, отсечки и насыщения.
2.2.12 Какие факторы ограничивают рабочую область выходных характеристик транзистора?
2.2.13 Объяснить влияние температуры на статические характеристики БТ в схемах включения с ОБ и ОЭ.
2.2.14 Как зависят значения предельных параметров БТ от температуры?
2.2.15 Объяснить построение рабочей области выходных характеристик транзистора.
2.2.16 Объяснить влияние температуры на рабочую область БТ .
2.2.17 Привести систему Н-параметров транзистора, указать назначение каждого параметра и показать их определение по характеристикам.
2.2.18 Объяснить принцип работы БТ в усилительном режиме.
2.2.19 Назвать основные типы биполярных транзисторов (с точки зрения мощностей и частот).

Литература

1. Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники, - СибГУТИ, Новосибирск, 2005, стр. 119-121.
2. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н.Д -М: Радио и связь, 1998. Стр. 70-81, 86-92.
3. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989. Стр.140-170 (выборочно).
4. Батушев В.А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. Стр.93-121 (выборочно).
5. Конспект лекций.

3. Схемы исследования

Принципиальная схема для транзистора структуры n-p-n для исследования входных и выходных характеристик с ОБ приведена на рисунке 2.1.

Принципиальная схема для транзистора структуры n-p-n при исследовании с ОЭ приведены на рисунке 2.2.

Схема исследования усилителя на БТ приведена на рисунке 2.3

Рисунок 2.1

Рисунок 2.2

Рисунок 2.3

4. Порядок проведения экспериментов

4.1 Исследовать БТ для схемы с ОБ. Для этого выбрать “Лабораторная работа №2”. Затем “Схема с ОБ - входные характеристики” и “Начать эксперимент”. Снять две входные характеристики транзистора IЭ= f(UЭБ) при UКБ=0 и UКБ=8 В. Для того, чтобы получить две характеристики на одном экране нужно после окончания измерения первой характеристики нажать кнопку сброс, выставить новое значение напряжения UКБ и снять вторую характеристику. Результаты измерений занести в таблицу 2.1. Пример заполнения таблицы для транзистора типа МП37 А приведен ниже.

Таблица 2.1 - Транзистор МП37А.

UКБ, В | IЭ, мА | 0,1 | 1 | 2 | 4 | 6 | 10
0 | UЭБ, В |  |  |  |  |  |
8 | UЭБ, В |  |  |  |  |  |

4.2. Снять три выходные характеристики транзистора IК=f(UКБ). Первую для IЭ=0, вторую для IЭ=2 мА и третью для IЭ=5 мА. Результаты измерений занести в таблицу 2.2. Пример таблицы для того же транзистора дан ниже.

Таблица 2.2 - Транзистор МП37А.

IЭ, мА | UКБ, В | 0 | 0,5 | 1 | 2 | 5 | 8
0 | IКБ0, мкА |  |  |  |  |  |
2 | IК, |  |  |  |  |  |
5 | мА |  |  |  |  |  |

4.3 Снять две входные характеристики IБ=f(UБЭ): одну при UКЭ=0, вторую при UКЭ=8 В. Результаты измерений занести в таблицу 2.3. Пример таблицы дан ниже.

Таблица 2.3 - Транзистор МП37А.

UКЭ, В | UБЭ, В |  |  |  |  |  |  |
0 | IБ, мкА |  |  |  |  |  |  |
8 | IБ, мкА |  |  |  |  |  |  |

4.4 Снять семейство из 6 выходных характеристик IК=f(UКЭ) при токах базы, указанных в таблице 2.4, включая IБ=0. Особое внимание обратить на участок характеристик в режиме насыщения, т.е. UКЭ=0 - 1 В, а так же не превосходить мощность рассеивания на коллекторе (UКЭ∙IК=РК<РК max=150 мВт). Результаты измерений заносятся в таблицу 2.4. Пример таблицы приведен ниже.

Таблица 2.4 - Транзистор МП37А.

IБ,мкА | UКЭ,В | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 1 | 2 | 5
0 | IКЭ0,мкА |  |  |  |  |  |
50 |  |  |  |  |  |  |
100 | IК, мА |  |  |  |  |  |
150 |  |  |  |  |  |  |
200 |  |  |  |  |  |  |
250 |  |  |  |  |  |  |

4.5. Исследовать работу усилителя. В исходном состоянии схемы транзистор работает в активном режиме (на выходе отсутствуют нелинейные искажения сигнала). Получить осциллограммы сигналов на входе и выходе усилителя для трех случаев: а) рабочая точка находится посредине рабочего участка; б) рабочая точка находится вблизи режима отсечки; в) рабочая точка находится вблизи режима насыщения. Режим работы транзистора определяется уровнем напряжения источника смещения Есм.

5. Содержание отчета

5.1 Тип исследуемого транзистора .
5.2 Схемы исследования.
5.3 Таблицы результатов измерений
5.4 Графики входных и выходных характеристик для схем с ОБ и с ОЭ, построенных по результатам измерений. При построении семейства характеристик (несколько характеристик на одних осях) подписать каждую из характеристик. Например, при построении выходных характеристик в схеме с ОЭ около каждой характеристики необходимо указать чему равен ток базы. Примеры графиков даны ниже.
5.5 Осциллограммы входного и выходного сигналов транзисторного усилителя для трех случаев (режим отсечки, режим насыщения, активный режим).
5.6 Сделать выводы по работе.

а) б)

Рисунок 2.6- Входные характеристики БТ для схем включения: а) с общей базой и б) с общим эмиттером.

Рисунок 2.7- Выходные характеристики БТ для схемы включения с общей базой.

Рисунок 2.8- Выходные характеристики БТ для схемы включения с общим эмиттером.