Последовательная цепь переменного тока Трехфазные нагрузочные цепи

Лабораторные работы по теории электрических цепей

 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №16

Характеристики и параметры биполярных транзисторов

Цель работы: 

1. Изучить свойства биполярного транзистора путем снятия входных и выходных характеристик.

Освоить расчет h параметров по характеристикам транзистора.

1. Указания к работе

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.

  а) б)

Рис.1. Графическое изображение транзисторов

Условное графическое изображение транзистора типа p-n-p приведено на рис.1,а, транзистора типа n-p-n на рис.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. 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 1:

Iк = Iэ - Iб ,

(1)

а так как ток базы мал, можно считать, что

Iк = Iэ .

(2)

  а) б)

Рис. 2. а) токораспределение в транзисторе;

б) включение транзистора по схеме с общей базой.

о - дырки, · - электроны

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 (2),

Uн >> Uэ ,

(3)

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 (2) и (3)

Pвых >> Pвх,

(4)

и, следовательно, имеет место усиление по мощности.

Рис. 3. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

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. 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. Рабочая схема для снятия характеристик транзистора Сделайте вывод о влиянии напряжения между эмиттером и базой на величину тока базы

Сформулируйте методику расчета переходных процессов в цепях с распределенными параметрами.

Что называется отраженными и преломленными волнами?

В линии на рис. 2 , , . Определить волны тока и напряжения, возникающие при коммутации, если .

Ответ: ; ; .

Рассмотреть падение волны напряжения, возникшей при коммутации в схеме предыдущей задачи, на резистор  и определить обратные волны тока и напряжения, образующиеся при этом падении.

Ответ: ; .


Испытание асинхронного короткозамкнутого двигателя