Эксперименты

10.1. Исследование биполярного транзистора

Цель

1. Исследование зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения база-эмиттер.

2. Анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от тока коллектора.

3. Исследование работы биполярного транзистора в режиме отсечки.

4. Получение входных и выходных характеристик транзистора.

5. Определение коэффициента передачи по переменному току.

6. Исследование динамического входного сопротивления транзистора.

Краткие сведения из теории Исследуемая схема показана на рис. 10.1. Статический коэффициент передачи тока определяется как отношение тока коллектора IK к току базы Iб:

Коэффициент передачи тока определяется отношением приращения коллекторного тока к вызывающему его приращению базового тока:

Дифференциальное входное сопротивление rвх транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению тока базы:

Дифференциальное входное сопротивление Гвх транзистора в схеме с ОЭ через параметры транзистора определяется следующим выражением:

где rБ - распределенное сопротивление базовой области полупроводника, rэ - дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения: rэ = 25/1э, где Iэ - постоянный ток эмиттера в миллиамперах. Первое слагаемое ГБ в выражении много меньше второго, поэтому им можно пренебречь:

Дифференциальное сопротивление Гэ перехода база-эмиттер для биполярного транзистора сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением rвхов транзистора в схеме с общей базой, которое определяется при фиксированном значении напряжения база-коллектор. Оно может быть найдено как отношение приращения к вызванному им приращению тока эмиттера:

Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:

Первым слагаемым в выражении можно пренебречь, поэтому можно считать, что дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер приблизительно равно:

Порядок проведения экспериментов Эксперимент 1. Определение статического коэффициента передачи тока транзистора. а). Открыть файл с10_0011 со схемой, изображенной на рис. 10.1. Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора, тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в раздел "Результаты экспериментов". По полученным результатам подсчитать статический коэффициент передачи транзистора рос. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов".

1 Для удобства снятия характеристик в модели транзистора изменен параметр Forward Beta High-Current Knee Point (Ikf)

б). Изменить номинал источника ЭДС Ев до 2.68 В. Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора, тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в раздел "Результаты экспериментов". По полученным результатам подсчитать коэффициент Bпс. Ответ записать в раздел "Результаты экспериментов". в). Изменить номинал источника ЭДС Ецдо 5 В. Запустить схему. Записать результаты измерения тока коллектора, тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в раздел "Результаты экспериментов". По полученным результатам подсчитать статический коэффициент передачи транзистора BDс. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов". Затем установить номинал Ек равным 10 В. Эксперимент 2. Измерение обратного тока коллектора. На схеме рис. 10.1 изменить номинал источника ЭДС Eб до О В. Включить схему. Записать результаты измерения тока коллектора для данных значений тока базы и напряжения коллектор-эмиттер в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 3. Получение выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ. а). В схеме (рис. 10.1) провести измерения тока коллектора Iк для каждого значения Ек и Ев и заполнить таблицу 10.1 в разделе "Результаты экспериментов". По данным таблицы построить график зависимости 1к от Ек. б). Открыть файл с10_002 со схемой, изображенной на рис. 10.2. Включить схему. Зарисовать осциллограмму выходной характеристики, соблюдая масштаб, в разделе "Результаты экспериментов". Повторить измерения для каждого значения Ев из таблицы 10.1. Осциллограммы выходных характеристик для разных токов базы зарисовать в разделе "Результаты экспериментов" на одном графике. в). По выходной характеристике найти коэффициент передачи тока РАС при изменении базового тока с 10 мА до 30 мA, Ек = 10 В. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов". Эксперимент 4. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

а). Открыть файл с10_001 (рис. 10.1). Установить значение напряжения источника Ек равным 10 В и провести измерения тока базы 1в, напряжения база-эмиттер UБЭ тока эмиттера 1э для различных значений напряжения источника Ев в соответствии с таблицей 10.2 в разделе "Результаты экспериментов". Обратить внимание, что коллекторный ток примерно равен току в цепи эмиттера.

б). В разделе "Результаты экспериментов" по данным таблицы 10.2 построить график зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер.

в). Открыть файл с10_003 со схемой, изображенной на рис. 10.3. Включить схему. Зарисовать входную характеристику транзистора, соблюдая масштаб, в разделе "Результаты экспериментов". г). По входной характеристике найти сопротивление rвх при изменении базового тока с 10мA до 30 мA. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов". Эксперимент 5. Получение входной характеристики транзистора в схеме с общей базой. а). По данным таблицы 10.2, полученным в п.6, построить график зависимости тока эмиттера от напряжения база-эмиттер. 6). Открыть файл с10_004 со схемой, изображенной на рис. 10.4. Включить схему. Зарисовать осциллограмму полученной характеристики в разделе "Результаты экспериментов".

в). По полученной характеристике найти сопротивление rэ при изменении базового тока с 10мА до 30мА. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов". г). Найти сопротивление Гэ по формуле rэ = 25 мВ/Iэ, используя значение 1э из таблицы 10.2 при 1в = 20 мA. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов".

Результаты экспериментов Эксперимент 1. Определение коэффициента передачи транзистора по постоянному току.

Эксперимент 2. Измерение обратного тока коллектора.

Эксперимент 3. Получение выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

Таблица 10.1

| ЕК(В)
Ев (В) | IB (мкА) | 0.1 | 0.5 | 1 | 5 | 10 | 20
1.66 |  |  |  |  |  |  |
2.68 |  |  |  |  |  |  |
3.68 |  |  |  |  |  |  |
4.68 |  |  |  |  |  |  |
5.7 |  |  |  |  |  |  |

График выходной характеристики транзистора

Осциллограммы входных характеристик транзистора для разных токов базы

Эксперимент 4. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

Таблица 10.2

Ев (В) | IB (мкА) | Uбэ (мВ) | IK (мА)
1.66 |  |  |
2.68 |  |  |
3.68 |  |  |
4.68 |  |  |
5.7 |  |  |

График зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер

Осциллограмма входной характеристики транзистора

Эксперимент 5. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОБ. График зависимости тока эмиттера от напряжения база-эмиттер

Осциллограмма входной характеристики транзистора в схеме с ОБ

Вопросы

1. От чего зависит ток коллектора транзистора?

2. Зависит ли коэффициент Bцс от тока коллектора? Если да, то в какой степени? Обосновать ответ.

3. Что такое токи утечки транзистора в режиме отсечки?

4. Что можно сказать по выходным характеристикам о зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения коллектор-эмиттер?

5. Что можно сказать по входной характеристике о различии между базо-эмиттерным переходом и диодом, смещенном в прямом направлении?

6. Одинаково ли значение rвх в любой точке входной характеристики?

7. Одинаково ли значение rэ при любом значении тока эмиттера?

8. Как отличается практическое значение сопротивления rэ от вычисленного по формуле?