Главная | Обратная связь

Лабораторна робота №6

Статичні характеристики транзистора

 

Мета роботи: вивчити принцип дії біполярного транзистора та дослідити його роботу. Зняти статичні вхідні та вихідні характеристики біполярного транзистора.

Теоретичні відомості

 

1. Класифікація і будова біполярних транзисторів

 

Біполярним транзистором називають напівпровідниковий прилад з трьома шарами напівпровідника різного виду провідності, призначеного для підсилення потужності електричних сигналів. На границі розділу шарів створюються два p-n переходи. Термін біполярний характеризує наявність у транзисторі двох типів носіїв заряду: електронів та дирок.

В залежності від характера провідності зовнішніх шарів транзистори поділяють на два типи: p-n-p (рис.1а) та n-p-n (рис.1б). Умовні графічні позначення транзисторів обох типів показано на рис.1в,г.

Внутрішня область транзистора, що розділяє p-n переходи, називається базою. Зовнішній шар транзистора, призначений для інжектування носіїв у базу, називається емітером, а p-n перехід, що прилягає до емітера – емітерним. Інший зовнішній шар, екстрагуючий (витягуючий) носії з бази, називається колектором, а відповідний йому p-n перехід – колекторним. База являється електродом, що керує величиною струму через транзистор. Змінюючи напругу між базою та емітером, можна керувати густиною струму інжекції та екстракції.

Якщо емітерний перехід за рахунок напруги U_ЕБ зміщений у прямому напрямку, а колекторний перехід напругою U_КБ - у зворотньому напрямку, то таке включення транзистора називається нормальним. При зміні полярності напруг U_ЕБ і U_КБ отримуємо інверсне включення транзистора. На практиці, як правило, застовують нормальне включення.

 

2. Принцип дії біполярних транзисторів

 

Кожний p-n перехід транзистора окремо має тільки звичайні для нього властивості односторонньої провідності. Однак система двох таких переходів, розділених базою, дозволило створити систему, в якій присутній ефект підсилення. Саме база являється тим електродом, за допомогою якого можна регулювати струм через транзистор і, керуючи потужністю зовнішнього джерела живлення, підсилювати електричні сигнали.

Розглянемо транзистор n-p-n типу, включений за схемою зі спільним емітером (рис.2). При розімкнутому ключі в базовому колі в транзисторі протікають тільки невеликі струми неосновних носіїв заряду, якими можна знехтувати. Концентрація електронів у емітері та колекторі є великою, так як вони є основними носіями заряду в цих областях. Частина електронів із емітера попадає в базу. Однак їх концентрація в базі різко зменшується з відстанню від емітерного переходу (див. вставку до рис.2).

При замиканні ключа в базовому колі електрони з емітера інжектуються в базу, створюючи струм емітера I_Е. В базі виникає градієнт концентрації електронів, що приводить до дифузного переміщення їх у всіх напрямках. При переміщенні електронів у базі їх концентрація зменшується за рахунок рекомбінації з дирками. В результаті цього виникає базовий струм I_Б. Так як база транзистора є дуже вузькою (одиниці мікрометрів), то частина електронів досягає колекторного переходу і втягується його полем. При цьому в колекторному колі виникає колекторний струм I_К, який в багато разів більший за струм бази. Для струмів транзистора справедливе співвідношення

. (1)

Підсилення транзистора за струмом характеризується коефіцієнтом передачі струму в схемі зі спільним емітером

. (2)

Величина h_21Е залежить від типу транзистора та величини колекторного струму. Слід відмітити, що схема зі спільним емітером підсилює також і напругу, так як спад напруги на опорі навантаження R_Н значно перевищує вхідну напругу між емітером та базою.