Исследование биполярного транзистора

 

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Измерить и построить статические характеристики биполярного транзистора;

2. Определить динамические параметры транзистора для некоторого положения рабочей точки;

3. Сделать выводы.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Статические характеристики биполярного транзистора показывают зависимости входных или выходных токов от напряжений при некоторых фиксированных значениях других токов и напряжений.

Входная характеристика биполярного транзистора показывает зависимость тока базы от напряжения база – эмиттер при постоянном напряжении коллектор – эмиттер, равного, как правило 5 В, то есть: I_Б(U_БЭ) при U_КЭ = 5 В. Для измерения входной характеристики следует подавать на базу транзистора (через ограничительное сопротивление) заданные токи, измеряя соответствующие им значения напряжений база – эмиттер. При этом потенциал коллектора должен быть постоянным и равным, как правило, U_КЭ = 5 В.

Входная характеристика имеет два участка, различных по своему практическому применению: 1-й участок, являющийся нелинейным, не может быть применен для создания усилительного режима транзистора, поскольку сила тока в нем изменяется с ростом напряжения U_БЭ по сложному, нелинейному закону; 2-й участок является линейным, и поэтому может быть применен для усилительного режима транзистора.

На линейном участке входной характеристики может быть определено входное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером; оно определяется по формуле:

Входное сопротивление транзистора определяет величину входного сопротивления усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером.

Семейство выходных характеристик представляет собой зависимости тока коллектора от напряжения коллектор – эмиттер при постоянных токах базы, то есть: I_К(U_КЭ) при I_Б = const.

Для измерения выходной характеристики следует устанавливать заданные значения напряжений коллектор – эмиттер U_КЭ, измеряя соответствующие им значения токов коллектора. При этом величина тока базы должна оставаться неизменной для всей серии эксперимента.

Каждая из выходных характеристик также имеет два участка: 1-й, на котором ток коллектора нелинейно зависит от напряжения коллектор – эмиттер (на этом участке невозможно усиление); и 2-й участок, на котором ток коллектора зависит от напряжения коллектор – эмиттер практически линейно (на этом участке можно реализовать усилительный режим транзистора).

На линейном участке каждой из выходных характеристик может быть определено выходное сопротивление транзистора по схеме с общим эмиттером; оно определяется по формуле:

Выходное сопротивление транзистора определяет величину выходного сопротивления усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером.

На линейном участке каждой из выходных характеристик также может быть определен коэффициент усиления по току транзистора по схеме с общим эмиттером; он определяется по формуле:

Коэффициент усиления по току транзистора определяет его усилительные свойства, и по этому значению могут быть рассчитаны также коэффициенты усиления по напряжению и по мощности усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером.

На основании полученных значений R_ВХ, R_ВЫХ и K_I может быть рассчитан усилитель, работающий в режиме малого сигнала, то есть, при таком значении амплитуды входного напряжения, которое позволяет ему изменяться на линейном участке входной характеристики.

При работе в режиме малого сигнала усилитель является линейный электронным устройством и форма сигнала на его выходе совпадает с формой сигнала на его входе.

Усилители, работающие в режиме малого сигнала, называются предварительными усилителями (предусилителями). Такие устройства применяются для усиления токов и напряжений небольшой мощности в первичных каскадах усиления.

Определение параметров R_ВХ, R_ВЫХ и K_I может быть использовано для отыскания амплитуд токов и напряжений при том условии, что данный усилитель работает в рассмотренном ранее режиме малого сигнала.

Если известна амплитуда входного напряжения, то амплитуда входного тока может быть определена по формуле:

Далее, после отыскания величины Im вх, можно определить амплитуду выходного тока:

И, наконец, при известной величине амплитуды выходного тока, можно определить амплитуду выходного напряжения:

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для построения входной характеристики транзистора следует собрать схему, представленную на рис. 3.1. Результаты измерений следует занести в табл. 3.1.

2. Построение выходных характеристик следует также производить при помощи схемы, показанной на рис. 3.2, но показания вольметра pV уже не следует учитывать. Результаты этих измерений следует занести в табл. 3.2.

3. Вычисление параметров транзистора в режиме малого сигнала следует производить по формулам (3.1), (3.2); (3.3). Положение рабочей точки следует выбрать так, чтобы на входной характеристике она располагалась на линейном участке, а на выходных – приблизительно в центре линейных участков кривых I_К(U_КЭ).

 

Рис. 3.1 Схема для снятия входной и семейства выходных характерик биполярного транзистора

 

Табл. 3.1 Данные для построения входной характеристики
IБ, мА	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
UБЭ, B

 

Табл. 3.2 Данные для построения семейства выходных характеристик
IБ = 0,2 мА
IБ = 0,3 мА
IБ = 0,4 мА
IБ = 0,5 мА
IБ = 0,6 мА
IБ = 0,7 мА
UКЭ, B	0,2	0,5	1	2	5	7	9	12

 

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Входная характеристика транзистора, построенная по данным табл. 3.1.

2. Семейство выходных характеристик транзистора, построенные по данным табл. 3.2.

3. Рассчитанные параметры малого сигнала.

ВЫВОДЫ

1. При работе в режиме малого сигнала транзистор представляет собой линейное устройство, способное передавать форму входного сигнала без существенных искажений.

2. Недостатком биполярного транзистора является его невысокое входное сопротивления, затрудняющее согласование усилителя с последующими устройствами, а также высокое выходное сопротивление, не позволяющее считать усилитель на биполярном транзисторе идеальным источником напряжения.