Uср.= .

После интегрирования получим:

Uср.==0,318U2m

Аналогично для тока:

Iср==0,318I2m .

Переходя от амплитудного значения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора к действующему, будем иметь:

Uср.=U2=0,45U2

Действующее значение выпрямленного тока есть среднее квадратичное его значение за период, т.е.

I==

Т.к. ток во вторичной обмотке трансформатора и через вентиль протекает в течение только одного полупериода, верхний предел интегрирования берется равным Т/2.

После интегрирования получим:

I=

Совместное решение уравнений (6.3) и (6.6) дает:

I=Iср=1,57Iср.

Электрические параметры выпрямителей определяют выбор вентилей для них. Выпрямители надежно работают только в том случае, когда параметры вентилей превышают параметры выпрямителей. Поэтому при подборе вентиля для выпрямителя необходимо, чтобы его максимальное допустимое обратное напряжение Um.обр.доп. (приводится в паспорте вентиля) было больше расчетного значения обратного напряжения, т.е. должно выполняться условие Um.обр.доп.?Um.обр.=U2m, а с учетом соотношения (6.2):

Um обр.доп.Um обр.=3,14Uср.

Необходимо также, чтобы максимальное значение выпрямленного тока вентиля (приводится в паспорте вентиля) было больше расчетного значения, т.е. должно выполняться условие:

Imax выпр.I=1,57Iср.

Из рис. 6.4 видно, что напряжение на нагрузке достигает максимума один раз за период.

Следовательно, частота пульсации напряжения на нагрузочном резисторе в однополупериодной схеме равна частоте источника энергии.

Большая пульсация выпрямленного напряжения является одним из основных недостатков однополупериодного выпрямителя. Другим - недостаточное использование трансформатора по току, т.к. среднее значение выпрямленного тока, как видно из уравнения (6.3), значительно меньше действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора.

Указанных недостатков лишены двухполупериодные выпрямители, в которых используются оба полупериода напряжения источника энергии. Наиболее распространенная мостовая схема двухполупериодного выпрямителя приведена на рис. 6.5.

Здесь к одной диагонали моста, образованного вентилями В1-В4, подведено переменное напряжение, а к другой подключен нагрузочный резистор Rн. Когда потенциал точки 1 положителен относительно точки 2, вентили В1 и В2 открыты и в нагрузке возникает ток iн (на схеме показан ). Вентили В3 и В4 в это время закрыты. Когда потенциал точки 1 отрицателен относительно точки 2 (на схеме полярность взята в скобки), вентили В3 и В4 открываются и в резисторе Rн протекает ток того же направления, что и в первом полупериоде (рис. 6.5) (на схеме показан ). Вентили В1 и В2 в это время закрыты.

Т.к. сопротивление проводящих вентилей в прямом направлении Rпр=0, то в положительный полупериод напряжения u2, падения напряжения на них uпр = iвRпр =0 и из второго закона Кирхгофа для контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора, проводящими вентилями (например В1 и В2) и нагрузочным резистором Rн, следует, что uн=u2. Такое же напряжение будет действовать на нагрузке и во второй полупериод, когда откроются вентили В3 и В4. Очевидно, что среднее значение выпрямленного напряжения в случае двухполупериодного выпрямления будет в два раза выше по сравнению с однополупериодным, т.е.

Uср.= = 0,636U2m

Аналогичное выражение можно записать и для среднего значения выпрямленного тока:

Iср.==0,636I2m .

Переходя от амплитудного значения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора к действующему, будем иметь:

Uср=U=0,9U

Т.к. падение напряжения на проводящих вентилях равно нулю, то, как следует из второго закона Кирхгофа для контура образованного вторичной обмоткой трансформатора, проводящим вентилем (например В2) и непроводящим вентилем (например В4), непроводящий вентиль оказывается под напряжением u2, которое приложено в обратном направлении, а его максимальное значение Um обр.=U2m.

Действующее значение тока, проходящего через каждый вентиль моста, можно определить совместным решением уравнений (6.6) и (6.11), т.к. каждое плечо моста можно рассматривать как однополупериодный выпрямитель:

I=Iср=0,785Iср.

При подборе вентилей для работы в мостовых схемах так же, как и в однополупериодных, максимальное допустимое обратное напряжение Um.обр.доп должно быть больше расчетного значения обратного напряжения, т.е. выполняться условие Um.обр..доп.Um.обр.=U2m, а с учетом соотношения (6.10):

Um обр. доп.Um обр.=Uср.=1,57Uср.

Максимальное значение выпрямленного тока должно быть больше расчетного значения, т.е.

Imax выпр.I=0,785Iср.

Из рис. 6.6 видно, что напряжение на нагрузочном резисторе Rн достигает максимума два раза за период.

Следовательно, частота пульсации напряжения на нагрузке в мостовой схеме равна удвоенной частоте сети.

Наличие значительных пульсаций выпрямленного напряжения у однофазных выпрямителей ухудшает работу потребителей. Например, при питании двигателей постоянного тока пульсирующим напряжением увеличиваются потери в двигателях. При питании радиоаппаратуры пульсация напряжения ухудшает ее работу, создавая на выходе усилителей фон.

Для уменьшения пульсации напряжения у потребителя на выходе выпрямителя устанавливается специальное устройство, называемое сглаживающим фильтром, основное назначение которого уменьшить переменную составляющую выпрямленного напряжения. Простейшим фильтром является конденсатор большой емкости, включаемый параллельно приемнику выпрямленного напряжения. При таком включении конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения u2 в моменты времени, когда напряжение u2 превышает напряжение на конденсаторе (интервал времени t1-t2 на рис. 6.7). В течение интервала времени t2-t3, когда напряжение ucu2, вентиль закрыт, а конденсатор разряжается через нагрузочный резистор Rн. С момента времени t3 процесс повторяется. При включении емкостного фильтра напряжение uн не уменьшается до нуля, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения.

Большее уменьшение пульсации напряжения обеспечивают Г-образные фильтры, представляющие собой смешанные LC фильтры (рис. 6.8). Уменьшение пульсации LC фильтром объясняется шунтирующим действием конденсатора Сф для переменной составляющей выпрямленного напряжения и значительным падением этой составляющей напряжения на катушке Lф, которая называется дросселем. В результате доля переменной составляющей в выпрямленном напряжении резко снижается. Наряду с ослаблением переменной составляющей выпрямленного напряжения LC фильтр незначительно уменьшает и постоянную составляющую. Это происходит за счет падения напряжения на активном сопротивлении катушки. Если один Г-образный фильтр не обеспечивает необходимого уменьшения пульсации, последовательно включают несколько фильтров, например, Г-образный и емкостной фильтры, в совокупности дающие так называемый П-образный фильтр. На рис. 6.8 второй конденсатор П-образного фильтра указан пунктиром.

В реальных выпрямителях с ростом тока нагрузки выходное напряжение выпрямителя Uср уменьшается вследствие падений напряжения в активном сопротивлении обмоток трансформатора I•Rтр и последовательных элементах сглаживающего фильтра I•Rф, а также падения напряжения на вентилях Uпр.=I•Rпр. Нагрузочный ток и напряжение нагрузки Uн связаны между собой следующим выражением:

Uн=Uхх-I•Rтр.-I•Rф-I•Rпр.,

где Uхх - напряжение холостого хода выпрямителя. Зависимость Uн= f(I) называется внешней характеристикой выпрямителя и определяет границы изменений тока, при которых выпрямленное напряжение не уменьшается ниже допустимой величины.

6.3 Рабочее задание

Технические данные электроизмерительных приборов, используемых в работе, занесите в таблицу 6.1. Форма таблицы приведена на странице 3.

Используя один из четырех вентилей, имеющихся на панели блока вентилей, соберите цепь, изображенную на рис. 6.9 и предъявите цепь для проверки преподавателю.

Рис. 6.9. Однополупериодная схема выпрямления

Элементы фильтра выпрямителя отключите, для этого тумблеры Т1 и Т2 разомкните, а тумблер Т3 - замкните.

Автоматическим выключателем АП включите блок питания; при этом должна загореться сигнальная лампа.

Подготовьте осциллограф к работе, для чего:

а) шнур питания соедините с разъемом ''сеть'', расположенным на задней стенке осциллографа;

б) шнур питания соедините с клеммами, отмеченными знаком ''~220'', расположенным на панели блока питания стенда;

в) тумблером ''сеть'' включите осциллограф, при этом на передней панели осциллографа должна загореться сигнальная лампа;

г) через 2-3 минуты отрегулируйте яркость и фокусировку линии развертки на экране осциллографа с помощью ручек «Яркость» и «Фокус».

Проведите калибровку коэффициента отклонения луча, для чего:

а) тумблер, отмеченный знаком «», «» поставьте в положение «»;

б) переключатель, отмеченный знаком «V/см», «mV/см» поставьте в положение «20 mV/см»;

в) тумблер, отмеченный знаком «», расположенный на правой стенке осциллографа, поставьте в положение «»;

г) подключите соединительный кабель к гнезду, отмеченному знаком «1м?50pF»;

д) подключите штекеры соединительного кабеля к гнездам калибровочного напряжения 1В, расположенным на правой стенке осциллографа и отмеченным знаком «1V» (к штекеру с коротким проводом) и знаком «» (к штекеру с длинным проводом). При этом на экране появится изображение двух горизонтальных линий;

е) ручкой «Усиление» установите расстояние между линиями, равное 5 см; Внимание: ВО ИЗБЕЖАНИЕ ПОЛОМОК, БОЛЬШИХ УСИЛИЙ К РУЧКЕ «УСИЛЕНИЕ» НЕ ПРИЛАГАТЬ!;.

ж) отключите штекеры соединительного кабеля от гнезд калибровочного напряжения 1В;

з) тумблер, отмеченный знаком «» поставьте в положение «-»;

и) переключатель, отмеченный знаком «V/см», «mV/см» поставьте в положение «2 V/см»;

ВЕЛИЧИНА ИЗМЕРЯЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ РАВНА 20N В.

N-АМПЛИТУДА ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЭКРАНЕ В САНТИМЕТРАХ.

Таблица 6.2. Средние значения выпрямленного напряжения на нагрузочном резисторе и амплитудные значения обратного напряжения на вентилях при работе в однополупериодной и двухполупериодной мостовой схемах

ТИП ВЫПРЯМИТЕЛЯ	U, B	Uср, В	Um. обр., В (определятся по осциллографу)	Uср / U	Um.обр/Uср
Однополупериодный
Однополупериодный с емкостным фильтром С1
Однополупериодный с емкостным фильтром С1+С2
Однополупериодный с Г-образным LC фильтром
Однополупериодный с П-образным LC фильтром
Двухполупериодный
Двухполупериодный с емкостным фильтром С1
Двухполупериодный с емкостным фильтром С1+С2
Двухполупериодный с Г-образным LC фильтром
Двухполупериодный с П-образным LC фильтром

7.Замкните тумблер, отмеченный знаком «~ 24», расположенный на панели блока питания стенда; при этом на панели блока вентилей должна загореться сигнальная лампа.

8.Тумблеры Т1 и Т2 разомкните, а тумблер Т3 замкните.

9. Вольтметром магнитоэлектрической системы измерьте значение выпрямленного напряжения на нагрузочном резисторе Uср, а осциллографом - амплитудное значение обратного напряжения Um.обр. на вентиле. Показания приборов занесите в первую строку таблицы 6.2.

10. Замкните тумблер Т1. Показания приборов занесите во вторую строку таблицы 6.2.

11. Замкните тумблер Т2. Показания приборов занесите в таблицу 6.2.

12. Разомкните тумблеры Т1 и Т3. Показания приборов занесите в таблицу 6.2.

13. Тумблер Т1 замкните. Показания приборов занесите в таблицу 6.2.

14. Штекеры соединительного кабеля переключите на нагрузочный резистор.

Для всех строк таблицы 6.2. зарисуйте или сфотографируйте осциллограммы выпрямленного напряжения.

Разомкните тумблер, отмеченный знаком «~ 24», расположенный на панели блока питания стенда, при этом на панели блока вентилей должна погаснуть сигнальная лампа.

Рис.6.10. Мостовая схема выпрямления

16. Соберите мостовую схему выпрямителя, изображенную на рис.6.10, и предъявите ее для проверки преподавателю.

17. Выполните пункты 6-14.

Выключите блок питания стенда.

6.4 Обработка результатов

Сравните значения Uср/U с теоретическими значениями для соответствующих схем выпрямления. Сделайте вывод о влиянии схемы выпрямления на величину выпрямленного напряжения.

Сделайте вывод о влиянии емкостного фильтра и величины емкости на величину выпрямленного напряжения.

Сделайте вывод о влиянии LC фильтров на величину выпрямленного напряжения.

Объясните влияние дросселя на величину выпрямленного напряжения при использовании LC фильтров.

На основании анализа осциллограмм сделайте вывод о влиянии схемы выпрямления на величину пульсации выпрямленного напряжения.

Сделайте вывод о влиянии емкостного фильтра и величины емкости на пульсацию выпрямленного напряжения.

Сделайте вывод о влиянии LC фильтров на пульсацию выпрямленного напряжения.

Сравните измеренные значения обратного напряжения на вентиле и сделайте вывод о влиянии схемы выпрямления и типа применяемого фильтра на величину обратного напряжения.

Сравните теоретические значения допустимого обратного напряжения, вычисленные по формулам (6.8), (6.14), при работе выпрямителей без фильтров со всеми экспериментальными значениями обратного напряжения и дайте рекомендации по выбору вентилей для работы выпрямителей с фильтрами.

Дайте мотивированное заключение о предпочтительности одной из исследованных схем выпрямления перед другими.

6.5 Контрольные вопросы

1. Что такое p-n переход?

2. При каком потенциале на p области p-n переход проводит ток?

3. Когда происходит пробой p-n перехода?

4. Почему p-n переход обладает односторонней проводимостью?

5. Зависит ли проводимость p-n перехода от величины приложенного напряжения?

6. Какое включение p-n перехода называется прямым?

7. Как меняется сопротивление запирающего слоя при увеличении обратного напряжения?

8. Как меняется сопротивление запирающего слоя при увеличении прямого напряжения?

9. Когда происходит тепловое разрушение p-n перехода?

10. Какими элементами из приведенного ряда Ва, В, Sn, Ga, Sb, In, Mn легируют кремний для получения проводимости типа p?

11. Зависит ли проводимость p-n перехода от полярности приложенного напряжения?

12. Какими элементами из приведенного ряда As, B, P, Ba, Pb, Sb, Mn легируют германий для получения проводимости типа n?

13. При каком потенциале на n области p-n переход проводит ток?

14. Какие носители заряда называются неосновными?

15. Какими носителями обусловлена проводимость кремния типа p?

16. Что такое полупроводниковый диод?

17. Какими носителями обусловлен обратный ток диода?

18. Почему при обратных напряжениях близких к предельно допустимым концентрация неосновных носителей резко увеличивается?

19. Рассчитайте величину среднего выпрямленного напряжения однополупериодного выпрямителя, если напряжение на его входе u=141Sin314 В.

20. Как изменится величина выпрямленного напряжения при включении емкостного фильтра?

21. Как изменится амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения при включении фильтра?

22. Как изменится частота пульсаций выпрямленного напряжения при включении фильтра?

23. Рассчитайте величину среднего выпрямленного напряжения двухполупериодного выпрямителя, если напряжение на его входе u=282Sin314t В.

24. Рассчитайте величину обратного напряжения на диоде однополупериодного выпрямителя, если напряжение на нагрузочном резисторе 100 В.

25. Рассчитайте величину обратного напряжения на диоде мостового выпрямителя, если напряжение на нагрузочном резисторе 100 В.

Лабораторная работа 7. Характеристики и параметры биполярных транзисторов

7.1 Цель работы

Изучить свойства биполярного транзистора путем снятия входных и выходных характеристик.

Освоить расчет h параметров по характеристикам транзистора.

7.2 Теоретическое введение

Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор, имеющий два p-n перехода и служащий для усиления и генерирования электрических колебаний.

Основным элементом транзистора является кристалл полупроводникового материала, в котором созданы три области различных проводимостей. Средняя область, образованная полупроводником с электронным или дырочным типом проводимости, называется базой. Ширина базы делается очень малой. Две крайние области, одна из которых называется эмиттером, а другая - коллектором, обладают проводимостью одинакового типа, противоположной проводимости базы, и на несколько порядков выше проводимости базы. Эмиттер является источником основных носителей заряда (электронов или дырок), а коллектор их приемником. Если внешние области имеют проводимость p типа - прибор называют транзистором типа p-n-p, если же внешние области имеют проводимость типа n, то прибор называют транзистором типа n-p-n.

Условное графическое изображение транзистора типа p-n-p приведено на рис. 7.1.а, транзистора типа n-p-n на рис.7.1.б. Дальнейшее изложение дается применительно к транзистору типа p-n-p.

Наиболее важным режимом работы транзистора является активный. В этом режиме к эмиттерному переходу приложено напряжение в прямом направлении, то есть положительный полюс эмиттерного источника энергии Еэ подключен к эмиттеру. (В литературе часто употребляется термин ''переход смещен в прямом направлении'').

К коллекторному переходу приложено напряжение в обратном направлении, то есть отрицательный полюс коллекторного источника энергии Ек подключен к коллектору (переход смещен в обратном направлении). Под действием напряжения эмиттерного источника энергии Еэ происходит инжекция (переход) дырок из эмиттера в базу, для которой они являются неосновными носителями.

Электроны базы инжектируются в эмиттер, в котором они также становятся неосновными. Но так как проводимость базы много меньше проводимости эмиттера, число дырок, поступающих из эмиттера в базу, значительно превышает число электронов, перешедших из базы в эмиттер. Следовательно, ток через эмиттерно-базовый переход обусловлен практически одними дырками. Дырки, инжектированные в базу, частично рекомбинируют с электронами базы, которые образуют ток базы (рис.7. 2). Но так как ширина базы мала, почти все дырки пересекают базу и достигают коллекторного перехода. В области коллекторного перехода дырки попадают в электрическое поле, создаваемое источником Ек. Это поле является для дырок ускоряющим и они втягиваются в коллектор, создавая ток коллектора Iк. Величина тока Iк, как следует из первого закона Кирхгофа, определяется уравнением (7.1):

Iк=Iэ-Iб,

а так как ток базы мал, можно считать, что

IкIэ

Изменяя напряжение, приложенное к эмиттерно-базовому переходу, можно менять количество дырок, поступающих из эмиттера в базу, и, следовательно, изменять ток коллектора.

Таким образом, принцип действия транзистора заключается в управлении потоком неосновных носителей базы, поступающих в коллектор.

Так как сопротивление коллекторного перехода на несколько порядков выше сопротивления эмиттерного перехода, в цепь коллектора можно включить нагрузочный резистор с достаточно большим сопротивлением Rн, больше чем сопротивление эмиттерного перехода Rэ. Включение такой нагрузки не изменит режима работы переходов. В этом случае падение напряжения на нагрузочном резисторе будет Uн = Iк Rн, а напряжение на эмиттерном переходе Uэ = IэRэ, а так как Rн >> Rэ, и с учетом соотношения (7.2):

UНUЭ ,

то есть имеет место усиление по напряжению.

Входная мощность, затрачиваемая в эмиттерной цепи Pвх = Iэ Uэ выходная мощность, выделяющаяся в нагрузочном резисторе, будет Pвых = Iк Uн. С учетом соотношений (7.2) и (7.3):

PвыхPвх

и, следовательно, имеет место усиление по мощности.

Аналогичные результаты получаются и в случае подачи на эмиттерный переход переменного напряжения.

Дополнительная мощность, выделяющаяся на нагрузочном резисторе, получается за счет коллекторного источника энергии Ек. Транзистор, таким образом, управляет энергией коллекторного источника, заставляя ее изменяться по закону изменения входного напряжения.

Очевидно, что усиление по напряжению и мощности будет тем больше, чем больше ток коллектора, то есть чем большая часть дырок, инжектированных эмиттером, будет переноситься в коллектор. Эффективность этого процесса характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттера (), которым называется отношение приращения тока коллектора к вызвавшему его приращению тока эмиттера при постоянном напряжении между коллектором и базой, то есть

б=|Uкб=Const.

Ясно, что чем больше коэффициент передачи тока, тем выше коэффициенты усиления по напряжению и мощности.

Как следует из выражений (7.1) и (7.5), коэффициент передачи тока эмиттера всегда меньше единицы. Для современных транзисторов он достигает значений 0,950 - 0,998.

В рассматриваемой схеме общей точкой входной и выходной цепей является база, поэтому такое включение транзистора называется схемой с общей базой (ОБ). Однако на практике наиболее часто используется схема с общим эмиттером (ОЭ) (рис.7.3).

Физические процессы в транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, аналогичны описанным выше. Но так как входным током в этой схеме является ток базы, который, как указывалось выше, очень мал, коэффициент передачи тока базы () значительно больше, чем коэффициент передачи тока эмиттера:

в= |Uкэ=Const .

Совместное решение уравнений (7.1), (7.5) и (7.6) дает:

в=

Анализ уравнения (7.7) показывает, что может достигать нескольких десятков. Поэтому коэффициенты усиления по напряжению и по мощности в этом случае также будут значительно выше.

Независимо от схемы включения транзистора, величина выходного тока i2 определяется величинами входного тока i1 (в схеме с ОБ - ток эмиттера, в схеме с ОЭ - ток базы) и выходного напряжения u2 (в схеме с ОБ - напряжение между коллектором и базой, в схеме с ОЭ - напряжение между коллектором и эмиттером), то есть

i2=f(i1,u2) .

Функцией тех же переменных является величина входного напряжения u1 (в рассмотренных схемах напряжение на эмиттерном переходе), то есть

u1=f(i1,u2) .

Следовательно, для входного напряжения и выходного тока можно записать выражения полных дифференциалов:

du1=()di1+()du2 ,

di2=()di1+()du2.

Частные производные, входящие в уравнения (7.10) и (7.11), называются h-параметрами транзистора. Их величины характеризуют качество транзистора и возможность его работы в том или ином устройстве.

Частная производная определяет зависимость входного падения напряжения от входного тока при постоянном выходном напряжении u2; этот параметр называется входным сопротивлением и обозначается h11:

h11= | du2=0.

У современных транзисторов входное сопротивление в схеме с ОЭ должно составлять несколько сотен Ом.

Частная производная определяет зависимость входного напряжения от выходного напряжения при постоянном входном токе i1; этот параметр безразмерный, он называется коэффициентом обратной связи и обозначается h1:

h12= | di1=0 .

Величина коэффициента обратной связи обычно очень мала и в большинстве практических расчетов транзисторных устройств им пренебрегают.

Частная производная определяет зависимость выходного тока от входного при постоянном выходном напряжении u2. Этот параметр безразмерный, он называется коэффициентом передачи тока и обозначается h21:

h21= | du2=0 .

Чем больше этот параметр, тем выше коэффициенты усиления по напряжению и мощности.

Частная производная определяет зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе. Этот параметр имеет размерность проводимости, называется выходной проводимостью транзистора и обозначается h22:

h22= | di1=0.

Значение этого параметра определяет величину сопротивления нагрузочного резистора, который может быть включен в выходную цепь.

h - параметры легко рассчитать по семействам характеристик транзистора.

Различают входные характеристики, которые определяют зависимость входного тока i1 от входного напряжения u1 при постоянном выходном напряжении u2; а также выходные характеристики, определяющие зависимость выходного тока i2 от выходного напряжения u2 при постоянном входном токе i1.

Входная характеристика транзистора, включенного по схеме с ОЭ - Iб = f(Uэ.б.) при Uк.э. = 0, подобна вольтамперной характеристике полупроводникового диода, включенного в прямом направлении (рис.7.4).

Так как коллекторно-базовый переход включен в обратном направлении, при увеличении напряжения на коллекторе ширина запирающего слоя коллекторного перехода будет расти, а ширина базы соответственно - уменьшаться. За счет этого уменьшится рекомбинация носителей в базе и ток базы. Следовательно, характеристика сместится вниз (рис.7.4, кривая Uк.э.1).

Для определения параметров транзистора на прямолинейном участке входных характеристик строится треугольник АВС. Сторона ВС этого треугольника дает приращение тока базы при изменении напряжения на величину =АВ при Uкэ = Сonst. Тогда

h11= |Uкэ=Const .

При неизменном токе базы, например, Iб1 = const, изменение коллекторного напряжения на величину , как видно из рис.7.4, должно сопровождаться изменением входного напряжения на величину =АВ. Тогда

h12= | Iб=Const .

Выходная характеристика транзистора, включенного по схеме с ОЭ, представляет зависимость Iк = f(Uкэ) при Iб = const. Так как ток коллектора образован дырками эмиттера, он мало зависит от коллекторного напряжения. Тем не менее при увеличении коллекторного напряжения, как уже говорилось, происходит уменьшение ширины базы и уменьшение рекомбинации в базе.

В силу постоянства базового тока число электронов, поступающих в базу, остается неизменным. За счет этого потенциал базы относительно эмиттера понижается и увеличивается число дырок, поступающих в базу из эмиттера. В соответствии с уравнением (7.2) это приводит к росту тока коллектора. При постоянном напряжении между эмиттером и коллектором, например, при Uкэ1 = const (рис.7.5), изменение тока базы от Iб1 до Iб2, то есть на величину = Iб2 - Iб1, приводит к увеличению тока коллектора на величину = Iк2 - Iк1. Тогда

h21=| Uкэ=Const.

При постоянном токе базы, например Iб1 = const, изменение напряжения между коллектором и эмиттером на величину ?Uкэ=Uкэ2-Uкэ1 приводит к изменению тока коллектора на величину = Iк3 - Iк1 (рис.7.5). Тогда

h22= | Iб=Const.

7.3 Рабочее задание

1. Занесите технические данные электроизмерительных приборов, используемых в работе, в таблицу 7.1. Форма таблицы приведена на странице 3.

2. Соберите цепь, изображенную на рис. 7.6.

3. Регуляторы напряжения, обозначенные «0 - 0,5 В» и «0 - 30 В», выведите в крайнее положение в направлении, противоположном движению часовой стрелки.

4. Тумблер переключения пределов измерения миллиамперметра, включенного в цепь коллектора, установите в положение «20».

Предъявите цепь для проверки преподавателю.

Автоматическим выключателем АП включите блок питания стенда; при этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

Замкните тумблер «24 В», расположенный на панели блока питания; при этом на панели блока «транзистор» должна загореться сигнальная лампа.

Регулятором напряжения, отмеченным знаком «0 - 30 В», установите напряжение между коллектором и эмиттером, заданное преподавателем.

Для 8 - 10 значений напряжения между эмиттером и базой в диапазоне от 0 до 0,2 В измерьте величину тока базы. Напряжение между эмиттером и базой изменяйте регулятором напряжения, отмеченным знаком «0 - 0,5 В».

СЛЕДИТЕ ЗА ПОСТОЯНСТВОМ НАПРЯЖЕНИЯ МЕЖДУ КОЛЛЕК-ТОРОМ И ЭМИТТЕРОМ! ВО ИЗБЕЖАНИЕ ВЫХОДА ТРАНЗИСТОРА ИЗ СТРОЯ НЕ УВЕЛИЧИВАЙТЕ БАЗОВЫЙ ТОК СВЫШЕ 0,5 мА!

Показания приборов занесите в таблицу 7.2.

Таблица 7. 2 Семейство входных характеристик

Uк.э.= , В	Uк.э.= , В
Uэ.б., В	Iб, мА	Uэ.б., В	Iб, мА

Выполните пункт 3.

Тумблер переключения пределов измерения миллиамперметра, включенного в цепь коллектора, установите в положение «10»

Регулятором напряжения, отмеченным знаком «0 - 0,5 В», установите ток базы, заданный преподавателем.

Для напряжений между коллектором и эмиттером, указанных в таблице 7.3, измерьте величину тока коллектора. Напряжение между коллектором и эмиттером изменяйте регулятором напряжения, отмеченным знаком «0 - 30 В».

СЛЕДИТЕ ЗА ПОСТОЯНСТВОМ ТОКА БАЗЫ!

Показания приборов занесите в таблицу 7.3.

Выполните пункт 3.

15. Разомкните тумблер «24 В», расположенный на панели блока питания; при этом на панели блока «транзистор» должна погаснуть сигнальная лампа.

Таблица 7.3 Семейство выходных характеристик

Iб= ,мА	Iб= ,мА
Uк.э., В	Iк, мА	Uк.э., В	Iк, мА
0,0		0,0
0,5		0,5
1,0		1,0
1,5		1,5
2,0		2,0
4,0		4,0
6,0		6,0
8,0		8,0
10,0		10,0

16. Автоматическим выключателем АП отключите стенд от сети, при этом на панели блока питания должна погаснуть сигнальная лампа.

7.4 Обработка результатов

На миллиметровой бумаге постройте графики зависимостей Iб = f(Uэ.б.) и Iк = f(Uк.э.).

Рассчитайте h параметры транзисторов. При расчете не забывайте миллиамперы переводить в амперы

Сделайте вывод о влиянии напряжения между эмиттером и базой на величину тока базы.

Сделайте вывод о влиянии напряжения между эмиттером и коллектором на величину тока базы при постоянном напряжении между эмиттером и базой.

Сделайте вывод о влиянии напряжения между эмиттером и коллектором на величину тока коллектора при постоянном токе базы.

Сделайте вывод о влиянии тока базы на величину тока коллектора при постоянном напряжении между коллектором и эмиттером.

7.5 Контрольные вопросы

1. Что такое транзистор?

2. Сформулируйте принцип действия транзистора.

3. Какая область транзистора является источником носителей заряда?

4. Какая область транзистора является приемником носителей электрических зарядов?

5. Какими носителями образован ток эмиттера транзистора типа p- n- p?

6. Какими носителями образован ток базы транзистора типа p- n- p?

7. Какими носителями образован ток коллектора транзистора типа p-n-p?

8. Что означает термин: «инжекция носителей»?

9. Что такое «рекомбинация носителей»?

10.Что такое коэффициент передачи тока эмиттера?

11. Начертите условно-графическое изображение транзистора типа n-p-n.

12. Что такое коэффициент передачи тока базы?

13. Запишите связь между коэффициентами передачи тока эмиттера и базы?

14. Какой физический смысл параметра h11?

15. Что такое обратный ток коллектора?

16. Начертите условно-графическое изображение транзистора типа p-n-p.

17. Какой режим работы транзистора называется динамическим?

18. Рассчитайте коэффициент передачи тока базы, если коэффициент передачи тока эмиттера 0,98.

19. Какой физический смысл параметра h21?

20. Какая зависимость является входной характеристикой транзистора в схеме с общей базой?

21. В каком направлении смещен коллекторно-базовый переход при работе транзистора в активном режиме?

22. Какую размерность имеет параметр h22?

23. Как аналитически связаны токи коллектора, эмиттера и базы?

24. Какая зависимость является выходной характеристикой транзистора в схеме с общим эмиттером?

25. Какой тип проводимости имеет эмиттер, если коллектор имеет проводимость типа n?

Размещено на Allbest.ru

...