Лабораторные работы по электронике Исследование полевых транзисторов Исследование биполярных транзисторов Полупроводниковые выпрямители Электронный усилитель на транзисторах Исследование варикапов

Лабораторная работа № 2

Исследование биполярных транзисторов

Цель работы: изучение принципа действия, исследование статических характеристик и определение дифференциальных параметров биполярных транзисторов, включенных по схемам: общая база (ОБ) и общий эмиттер (ОЭ)

Методические указания по подготовке к работе

Транзистором  называется полупроводниковый прибор с одним или несколькими p-n-переходами, пригодный для усиления мощности и имеющий три или более выводов. Наиболее распространены биполярные транзисторы с тремя выводами. В процессах прохождения токов биполярных транзисторов участвуют основные и неосновные носители зарядов. По порядку чередования p-n-переходов различают биполярные транзисторы структуры p-n-p и n-p-n. Принцип действия обоих типов биполярных транзисторов одинаков.

Система обозначений биполярных транзисторов состоит из буквенных и цифровых элементов. Например, КТ602А или 2Т602А. В начале обозначения ставится буква или цифра, определяющая исходный полупроводниковый материал («Г» или «К», 1 или 2). Затем идет буква, характеризующая подкласс прибора: «Т» - биполярный транзистор, «П» - полевой. После этих букв идет число, условно характеризующее частотные свойства, мощность и номер разработки транзистора. Последний элемент – буква, условно определяющая классификацию транзисторов по параметрам, изготовленных по единой технологии.

Транзистор представляет собой монокристалл полупроводника с двумя взаимодействующими p-n-переходами. При получении в кристалле полупроводника двух взаимодействующих  переходов возможно различное чередование полупроводников. Если полупроводники чередуются: дырочный, электронный и дырочный, то транзистор имеет структуру p-n-p (рис. 2.1). При чередовании полупроводников: электронный, дырочный и электронный, транзистор имеет структуру n-p-n.

Среднюю область кристалла называют базой (Б), одну крайнюю область – эмиттером (Э), а другую - коллектором (К). При изготовлении транзистора добиваются выполнения следующих условий:

концентрация основных носителей заряда в эмиттере должна значительно превышать концентрацию основных носителей заряда в базе;

ширина активной области базы, т.е. области, находящейся непосредственно между запирающими слоями эмиттерного и коллекторного p-n-переходов, должна быть меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда в базе;

площадь коллекторного перехода должна быть больше площади эмиттерного перехода.

Условные графические изображения биполярных транзисторов показаны на рис. 2.2. Работа транзисторов структуры p-n-p (рис. 2.2,а) и структуры n-p-n (рис. 2.2,б) аналогична, различие заключается в полярности подключения источников внешних напряжений и в направлении прохождения токов через электроды. 

При включении транзистора в схему один из его электродов считается входным, второй – выходным, а третий – общим. На входной и выходной электроды транзистора подаются от внешних источников напряжения, отсчитываемые относительно общего электрода. В зависимости от того, какой электрод является общим для входной и выходной цепей, существуют три схемы включения биполярного транзистора. 

В схеме с общей базой (ОБ) (рис. 2.3,а) входным электродом является эмиттер, а выходным – коллектор. В схеме с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 2.3,б) входным электродом является база, а выходным – коллектор. В схеме с общим коллектором (ОК) (рис. 2.3.в) входным электродом является база, а выходным – эмиттер.

 


 UЭБ UКБ UБЭ UКЭ UБК UЭК 


 а) б) в)

Рис. 2.3. Схемы включения биполярного транзистора

В зависимости от величины и полярности напряжений, приложенных к входным и выходным электродам биполярного транзистора, различают следующие основные режимы его работы: отсечки, насыщения, активный и инверсный.

 Рассмотрим режимы работы и статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой.

 В режиме отсечки полярность подключения источников смещения эмиттерного (UЭБ) и коллекторного (UКБ) переходов такова, что оба p-n-перехода транзистора находятся в обратном включении

В этом случае запирающие слои на границах p- и n-областей расширяются и их сопротивления для основных носителей заряда увеличиваются. Вследствие этого через p-n-переходы проходят обратные токи коллектора IКБ0 и эмиттера IЭБ0, обусловленные движением неосновных носителей заряда. Эти токи зависят от площади p-n-перехода и концентрации неосновных носителей заряда, на которую существенное влияние оказывает температура кристалла полупроводника.

В режиме насыщения эмиттерный и коллекторный p-n-переходы транзистора находятся в прямом включении (рис. 2.4,б). В этом случае запирающие слои на границах p- и n-областей сужаются, и происходит инжекция дырок из эмиттера и коллектора в базу. В результате этого в базе накапливаются неосновные носители заряда, а через p-n-переходы проходят токи насыщения коллектора IКн и эмиттера IЭн, обусловленные движением основных носителей заряда.

Поскольку концентрация основных носителей заряда значительно больше концентрации неосновных носителей заряда, то IКн >> IКБ0 и IЭн > IЭБ0. Поэтому считают, что в режиме отсечки транзистор закрыт, а в режиме насыщения полностью открыт.

За последний период развития в области связи, наибольшее распространение получили оптические кабели (ОК) и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. Связь по волоконно-оптическим кабелям, является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические системы и кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородней связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д.
Методические указания к выполнению лабораторных работ по электронике