Принципы радиоизмерений Исследование стабилизированного выпрямителя Исследование усилительных каскадов Расчет трехфазной цепи Исследование нелинейных цепей постоянного тока Исследование электрических фильтров

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Лабораторная работа №3

Исследование биполярного транзистора в статическом режиме

Цель работы: Изучение работы биполярного транзистора в схемах включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ)

Теоретические  сведения

 Биполярным транзистором называют трёхслойную полупроводниковую структуру с чередующимися типом проводимости областей, созданную в едином кристалле и образующую два встречно включённых взаимодействующих p –n переходов (рис. 3.1.). Взаимодействие переходов обеспечивается тем, что они расположены достаточно близко друг от друга – на расстоянии, меньшем диффузионной длины носителей зарядов. Транзистор электропреобразовательный полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены явлениями переноса зарядов в твёрдом теле (явления инжекции и экстракции неосновных носителей) усиления, генерирования и преобразования сигналов.

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1. Структура биполярного транзистора и их условно – графическое изображение (УГО)

  Термин «транзистор» происходит от комбинации английских слов transfer of resistor, что в переводе означает « преобразователь сопротивления». Термин «биполярный»  означает, что в этом транзисторе используются подвижные носители обоих знаков – электроны и дырки ( в отличие от полевых транзисторов, в которых используется только один тип носителей ). Таким образом, транзистор представляет собой полупроводниковый кристалл, в котором две крайние области с однотипной электропроводностью разделены областью противоположной электропроводности. В зависимости от электропроводности этих трёх областей различают транзисторы n-p-n и p-n-p типов, УГО которых проиллюстрированы на рис. 3 1. Принцип действия обоих типов транзисторов одинаков.

Структура  транзистора. В реальных транзисторах площади p-n переходов существенно различаются. Переход n1+-p имеет гораздо меньшую площадь, чем n2-p. Кроме того, в транзисторах наблюдается и асимметрия в концентрации примесей. Один из крайних слоёв (на рисунке слой n1+) легирован (имеет концентрацию примесей) значительно сильнее, чем слой n2. Средний слой транзистора называют базой, крайний сильно легированный слой меньшей площади(n1+) называют эмиттером, а слой с большей площадью, но легированный меньше эмиттера(n2)- коллектором. Нужно сказать, что слой базы легирован ещё меньше, чем слой коллектора. Таким образом, транзистор является асимметричным прибором.


Рабочей (активной) областью транзистора является область, расположенная под донной частью эмиттерного перехода (на рис. 3.1. эта область не заштрихована). Остальные (заштрихованные) участки структуры являются пассивными, т.е. в известной мере паразитными. Пассивные области можно в первом приближении моделировать резисторами, подключёнными к рабочим слоям базы и коллектора (рис.3.2.).

 Рис. 3.2. Структура транзистора

На рис.3.2. активная область транзистора показана в горизонтальном положении. Здесь же показаны места подключения резисторов rб и rкк, характеризующих пассивные участки. Эмиттерному – высоколегированному - слою присвоен верхний индекс «+». Структура, показанная на этом рисунке, служит основой при анализе работы транзисторов.

 Взаимодействие между эмиттерным и коллекторным переходами обеспечивается малой шириной базы. У современных транзисторов она обычно не превышает 1мкм, тогда как диффузионная длина пробега L лежит в пределах 5-10мкм. Основные свойства транзистора определяются процессами в базе. Если база однородная, то  движение носителей в ней чисто диффузионное. Если же база неоднородная, то в ней, как известно, есть внутреннее электрическое поле, и тогда движение носителей будет комбинированным: диффузия сочетается с дрейфом. Транзистор с однородной базой называют бездрейфовым (или диффузионным), а с неоднородной – дрейфовым. Последние имеют в настоящее время наибольшее распространение в интегральных схемах.

  Основные физические процессы в плоскостном транзисторе При отсутствии внешних напряжений на переходах в области каждого p-n перехода имеется двойной электрический слой пространственного заряда, образованный в результате диффузии основных носителей через переход. Напомним, что электронно - дырочный p-n переход можно создать внутри полупроводника, если ввести в одну его область донорную примесь, а в другую – акцепторную

Вольт-амперная характеристика p-n перехода Если к p-n переходу подвести внешнее напряжение так, чтобы направление внешнего электрического поля совпало с направлением внутреннего электрического поля перехода, т.е. подключиться минусом к р- области и плюсом к n-области, то это приведёт к увеличению напряжённости электрического поля в p-n переходе и к увеличению высоты потенциального барьера до величины φ0+Е

Усилительные свойства и эквивалентная схема транзисторов по постоянному току Усилительное свойство транзистора заключается в том, что ток эмиттера Iэ, создаваемый источником Еэ, а также его приращения  ± DIэ практически целиком передаются в коллекторную цепь, где этот с соответствующими приращениями уже течет под действием ЭДС источника Ек, которая выбирается значительно большей Еэ.

Динамический режим транзистора – это режим, при котором выходной ток изменяется вследствие одновременного изменения входного тока и выходного напряжения.

Снять осциллографическим методом семейство статических выходных характеристик транзистора в схеме с ОЭ Iк =f (Uкэ) при 4-х базовых токах


Исследование выпрямителя однофазного и трехфазного токов