Цель работы:

Снятие и анализ входных и выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером и определение по ним его h-параметров; исследование выходных характеристик полевого транзистора в схеме с общим истоком и построение его стоко-затворной характеристики.

Транзистор – это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов в широком диапазоне частот (от постоянного тока до десяти гигагерц) и мощности (от десятков милливатт до сотен ватт).

Различают биполярные транзисторы, в которых используются кристаллы n- и p-типа, и полевые (униполярные) транзисторы, изготовленные на кристалле германия или кремния с одним типом проводимости.

Биполярные транзисторы – это полупроводниковые приборы, выполненные на кристаллах со структурой p-n-p-типа или n-p-n-типа с тремя выводами, связанными с тремя слоями (областями): коллектор (К), база (Б) и эмиттер (Э).

Ток в таком транзисторе определяется движением зарядов двух типов: электронов и дырок. Отсюда его название – биполярный транзистор.

Задание 1

Таблица 1 - Перечень приборов, использованных в экспериментах, с их краткими характеристиками

Наименование      Параметр

ЭДС  Е1 = 12 В; Е2 = 12 В; Е3 = 5 В; Е4 = 5 В

Потенциометр      R1 = 1 кОм;  R2 = 10 кОм

Амперметр DC    А1 = 1 нОм; А2 = 1 нОм;

Вольтметр DC     V1 = 10 МОм; V2 = 10 МОм

Виртуальный диод        Uпр.max=-108В; Iо=0,01 мА

Таблица 2 – Параметры транзисторов

Тип транзистора  Uк.max, В   Iк.max, А    h21Э S, мА/В       Uзо, В          fmax,

МГц  Рк, Вт

2N3906       40      0,2     30-300        -         -         250    0,625

J211  25      0,02   -         -         –3,56 -         0,4

IRF710        400    1,1     -         1000  3,8     -         36

Соберем схему для снятия ВАХ биполярных транзисторов с общим эмиттером (ОЭ) и полевых транзисторов с общим истоком (ОИ).

Задание 2

Подключим схему и занесем показания приборов в таблицы 3 и 4.

Таблица 3 – Показания приборов

Ток базы IБ, мкА 50      100    200    300    400    500

Напряжение UБЭ, В

при UКЭ, В 0        0,74   0,76   0,77   0,78   0,79   0,79

          5        0,1     0,1     0,1     0,1     0,1     0,1

Таблица 4 – Показания приборов

Напряжение UКЭ, В      0,1     0,5     1        5        8        12

Ток коллектора

IК, мА при IБ, мкА        50      3,8     8,1     8,3     10      11      13

          100    6,4     15      16      19      22      25

          200    9,8     26      27      33      37      43

          300    12      37      38      46      52      61

          400    14      48      49      60      68      78

          500    15      57      59      71      81      93

Рисунок 1 – Схема  для снятия ВАХ биполярных транзисторов с общим эмиттером

Построим входную характеристику транзистора.

Рисунок 2 – Входная характеристика транзистора

Вычислим входное сопротивление транзистора по формуле:

Rвх = ΔUб/ΔIб при Uк = const                                                    (1)

Rвх = (0,77-0,76)/(0,2-0,1) = 100 Ом

Построим выходную характеристику транзистора.

Рисунок 3 – Выходная характеристика транзистора при IБ = 100 мкА

Вычислим выходное сопротивление транзистора по формуле:

Rвых = ΔUк/ΔIк при Iб = const                                                              (2)

Rвых = (5-1)/(19-16) = 1,3 кОм

Вычислим коэффициент усиления по току транзистора и построим характеристику.

Таблица 5 – Коэффициент усиления по току при напряжение UКЭ = 5, В

Ток коллектора

IК, мА         10      19      33      46      60      71

Ток базы IБ, мкА 50      100    200    300    400    500

h21    200    190    165    153    150    142

Коэффициент усиления по току определяется по формуле:

h21э = ΔIк/ΔIб при Uкэ = const                                                       (3)

Рисунок 4 – Коэффициент усиления по току h21э

Задание 3

Снять и построить (по точкам) семейство выходных IС(UС) при UЗИ = const ВАХ и стоко-затворную характеристику IС(UЗ) при UСИ = 12 В полевого транзистора с затвором типа р-п-перехода.

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, в котором ток стока (С) через полупроводниковый канал n - или р - типа управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором (З) и истоком (И).

Рисунок 5 – Схема для снятия ВАХ полевого транзистора

Таблица 6 – Показания приборов

Напряжение UСИ , В    1        2        3        4        8        12

Ток стока IС, мА

при напряжении

UЗИ, В        0        8        14      17      18      19      20

          -0,5    6,8     11      13      13,5   14      15

          -1,0    5,6     8,8     9,4     9,6     10      11

          -2,5    1,62   1,64   1,67   1,7     1,8     1,9

          -3,56  0        0        0        0        0        0

          -4       0        0        0        0        0        0

Построим выходную характеристику IС(UС) при UЗИ = -0,5 В.

Рисунок 6 – Выходная характеристика IС(UС) при UЗИ = -0,5 В

Построим стоко-затворную характеристику IС(UЗ) при UСИ = 12 В.

Рисунок 7 – Стоко-затворная характеристика IС(UЗ) при UСИ = 12 В

Определим крутизну S стоко-затворной характеристики IС(UЗ) при UСИ = 10–12 В на линейном ее участке по формуле:

S = ∆IC/∆UЗ, мА/В                                                 (4)

S = (20-15)/(0,5-0) = 10 мА/В

Задание 4

Соберем схему с характериографом и снимем ВА характеристики.

Рисунок 8 – ВАХ полевого транзистора

Определим крутизну S стоко-затворной характеристики IС(UЗ) при UСИ = 10–12 В на линейном ее участке.

Рисунок 9 – Стоко-затворная характеристика транзистора

S = (260-190)/(2,8-2,4) = 175 мА/В

Выводы

Транзистор может работать на постоянном токе, малом переменном сигнале, большом переменном сигнале и в ключевом (импульсном) режиме.

Основные свойства транзистора определяются соотношениями токов и напряжений в различных его цепях и взаимным их влиянием друг на друга. Они представлены семейства входных IБ = f(UБ) |UK = const и выходных IК = f(UК) |UБ = const статических характеристик транзистора в схеме с ОЭ. Они могут быть получены в результате эксперимента или расчета.

Схемы для снятия ВАХ транзисторов и, полученные с их помощью, данные, а также необходимые расчетные формулы представлены в данной работе.

Список использованных источников

1. Марченко А. Л., Освальд С. В. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim. Учебное пособие для вузов. – М.: ДМК Пресс, 2010. – 448 с.: ил.

2. Multisim. Руководство пользователя. // пер. с англ. - National Instruments Corporation, 2007. – 491 с.

   * Среда NI Multisim 11.0.2.