Исследование полупроводниковых приборов (стр. 12 из 13)
а) б)
Рис.5. Выходные характеристики транзистора
Рис.6. Контур протекания обратного тока Iк0’
При включении нагрузки в цепь коллектора (рис.7) транзистор работает в квазистатическом (нагрузочном) режиме. Значение тока коллектора определяется из уравнения 2-го закона Кирхгофа, составленного для выходной цепи:
, (12) 
. (13) 
Рис.7. Схема с общим эмиттером в нагрузочном режиме
Из выражения (13) определяются точки холостого хода и короткого замыкания выходной цепи:
iк = 0, uк = Ек; uк = 0,
. (14)По точкам холостого хода и короткого замыкания строится нагрузочная прямая на выходных характеристиках транзистора (рис.8). Прямая пересекает три области работы: область отсечки, активную область усиления и область насыщения.
Рис.8. Области работы транзистора в нагрузочном режиме
Область отсечки находится ниже характеристики обратного тока коллектора Iк0’. На рис.8 рабочей точкой отсечки является точка 1. На коллекторе действует напряжение отсечки Uкотс. Мощность, рассеиваемая на транзисторе в режиме отсечки, равна:
.Активная область усиления расположена между рабочими точками 1 и 4, где выходной ток изменяется пропорционально входному току: Iк = В*Iб. Область называется активной, т.к. на ней происходит усиление сигнала за счет внутренних свойств транзистора и взаимодействия эмиттерного и коллекторного переходов. В этой области на транзисторе рассеивается наибольшая мощность, определяемая рабочей точкой: Pакт = Iк*Uк.
Область насыщения находится между осью тока и выходными характеристиками, которые сливаются в одну линию при малых напряжения коллектора. Рабочей точкой насыщения является точка 4, в которой ток коллектора достигает значения насыщения. При увеличении тока базы Iб ≥ Iб3 ток коллектора не изменяется, а напряжение достигает значения насыщения Uкэн. Мощность, рассеиваемая на транзисторе равна: Pн = Iкн*Uкэн. Причем, в режиме насыщения рассеиваемая мощность больше, чем в режиме отсечки.
Экспериментальная часть
Рис.9. Схема для снятия статических характеристики транзистора
1. Снятие входной характеристики.
Снять входную характеристику транзистора Iб = F(Uб) при постоянном значении Е2. Построить входную характеристику и определить по ней входное сопротивление:
. Входная характеристика показана на рис.10.2. Снятие характеристики передачи в статическом режиме.
Построить характеристику передачи. Определить по ней коэффициент усиления тока базы
. Характеристика передачи транзистора показана на рис.11. 
Рис.10. Входная характеристика транзистора
Рис.11. Статическая характеристика передачи транзистора
3. Снятие характеристики передачи в нагрузочном режиме.
Для этого в цепь коллектора включить резистор Rк согласно заданному варианту. Схема включения приведена на рис.12.
Построить характеристику Iк = B(Iб) при Rк = const. По ней найти токи насыщения базы и коллектора, а также коэффициент усиления тока. Определение этих величин по характеристике показано на рис.13.
Рис.13. Характеристика передачи в нагрузочном режиме
Коэффициент усиления по току
. (15)4. Снятие выходных характеристик транзистора.
Выходные характеристики снимаются при изменяющемся токе коллектора. Для этого в цепь коллектора подается положительная полуволна напряжения, которая получается в результате однополупериодного выпрямления напряжения ~6,3 В. Схема включения приведена на рис.14.
По выходным характеристикам определить выходное сопротивление транзистора:
. (16)Определение rd показано на рис.15.
Рис. 15. Выходные характеристики транзистора
5. Оформление отчета.
При оформлении отчета представить таблицы измерений, характеристики транзистора, определение параметров по характерситикам. Сделать выводы по каждому пункту.
Контрольные вопросы
1. Что такое электронная и дырочная проводимости полупроводника?
2. Чем отличаются транзисторы типа n-p-n и p-n-p?
3. Показать подключение транзисторов типа n-p-n и p-n-p к источникам входной цепи?
4. Изобразить характеристики передачи биполярного транзистора в статическом режиме и нагрузочном?
5. Какой параметр транзистора определяется по характеристике передачи?
6. Как выглядят выходные характеристики транзистора и какие параметры определяются по ним?
7. Как влияет температура на выходные характеристики транзистора?
8. Как смещается линия нагрузки на выходных характеристиках, если сопротивление нагрузки возрастает (уменьшается)?
Таблица вариантов
| № вар. | Eк, В | Rк, кОм | № вар. | Eк, В | Rк, кОм |
| 1 | 6 | 1,5 | 13 | 6 | 1,3 (1,5//10) |
| 2 | 7 | 1,5 | 14 | 6 | 1,8 (2,2//10) |
| 3 | 8 | 1,8 (2,2//10) | 15 | 8 | 2,2 |
| 4 | 9 | 1,8 (2,2//10) | 16 | 9 | 2,2 |
| 5 | 10 | 2,2 | 17 | 10 | 2,48 (3,3//10) |
| 6 | 11 | 2,48 (3,3//10) | 18 | 11 | 2,2 |
| 7 | 6,5 | 1,5 | 19 | 6,5 | 1,3 (1,5//10) |
| 8 | 7,5 | 1,5 | 20 | 7,5 | 1,8 (2,2//10) |
| 9 | 8,5 | 1,8 (2,2//10) | 21 | 8,5 | 2,2 |
| 10 | 9,5 | 2,2 | 22 | 9,5 | 2,48 (3,3//10) |
| 11 | 10,5 | 2,2 | 23 | 10,5 | 2,48 (3,3//10) |
| 12 | 11,5 | 2,48 (3,3//10) | 24 | 11,5 | 2,7 (3,3//15) |
Примечание: студенты, получившие подвариант А – строят нагрузочную прямую на выходных характеристиках транзистора; подвариант Б – строят характеристику передачи в статическом режиме; подвариант В – строят характеристику передачи в нагрузочном режиме.
Работа №10
Исследование интегрирующего усилителя
Цель работы
Изучение свойств интегрирующего усилителя на основе операционного усилителя.
Теоретическая часть
Схема усилителя приведена на рис.1.
Рис.1. Схема интегрирующего усилителя
В цепи обратной связи включены конденсатор С и резистор R7 = 470 кОм. Резистор R7 создает отрицательную обратную связь по постоянному току, что позволяет уменьшить дрейф нуля усилителя. Конденсатор С пропускает переменные составляющие сигнала и осуществляет операцию интегрирования.
Пусть частота сигнала 104 Гц, емкость конденсатора 3,3 нФ, тогда
. (1)Получается относительно малое сопротивление xс по сравнению с R7, поэтому током i1 можно пренебречь.
Пусть операционный усилитель является идеальным усилителем напряжения, тогда ток iвхu = 0. Точка 2 является виртуальным нулем, поэтому i = ioc.
Значение токов определяется из соотношений:
, (2) 
, (3) 
, (4) 
, 
. (5)На основании выражения (5) определяется временная функция выходного напряжения:
, (6)где Uвых(0) – начальное напряжение на конденсаторе.
Пусть Uвых(0) = 0, а на вход подается скачек напряжения с амплитудой
Um. Тогда
, (7)где R4С = τ – постоянная времени интегрирования.
Работа интегрирующего усилителя для скачка входного напряжения приведена на рис.2.
Рис.2. Временные диаграммы работы интегрирующего усилителя для скачка входного напряжения
Если на вход усилителя подается прямоугольное знакопеременное напряжение, то на выходе получается пилообразное напряжение. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу усилителя, приведены на рис.3.