Четвертая разработка серии 818

 

Лабораторная работа №2.

Исследование биполярного транзистора

Цель работы: формирование умений определять параметры биполярного транзистора.

Выполнив работы, Вы будете:

уметь:

– выполнять сборку схемы;

– производить измерения;

– анализировать полученные данные.

Приборы и оборудование:

1. Стабилизированный источник постоянного напряжения.

2. Потенциометр R₁=47 кОм.

3. Потенциомерметр R₃=22 кОм.

4. Резистор R₂ – 27 Ом.

5. 1РА1 – миллиампетр 0-5 мА.

6. 2РV1 – вольтметр 0-1 В.

7. РА2 миллиамперметр 0-50 мА.

8. РV2 вольтметр 0-15 В

9. VТ транзистор КТ315А (Б).

Порядок выполнения работы:

1. Соберите схему согласно рис. 18.

 

 

Рис. 18

2. Установите движки потенциометров R₁ и R₃ в крайние положения, соответствующие минимальным значениям.

3. Включите питание схемы. При нулевом напряжении между коллектором и эмиттером U_кэ1=0 постепенно увеличивайте напряжение между базой и эмиттером U_dэ, отмечая значения РА1 и РV1 в табл. 2 (6-7 точек).

4. Повторите пункт 3 при напряжении U_кэ2> 0, поддерживая его постоянным.

5. Повторите пункт 3 при напряжении U_кэ3> U_кэ2. Сбросьте напряжение.

6. Установите значение тока базы I_d (по рекомендации преподавателя), поддерживая его постоянным, медленно увеличивайте напряжение U_кэ, отмечая при этом значения тока I_к и напряжения U_кэ в табл. 3 (6-7 точек).

7. Повторите пункт 6 при I_d2 > I_d1 (по рекомендации преподавателя).

8. Повторите пункт 6 при I_d3 > I_d2.

9. По полученным результатам измерений постройте семейство входных характеристик I_d =¦(U_dэ), при U_кэ=const и семейство выходных характеристик I_к= ¦(U_кэ), при I_d=const.

Таблица 2

№ п/п	Uкэ1=0	Uкэ2=0	Uкэ3=
Udэ, В	Id, Ма	Udэ, В	Id, Ма	Udэ, В	Id, Ма

 

Таблица 3

№ п/п	Id1=	Id2=	Id3=
Uкэ, В	Iк, Ма	Uкэ, В	Iк, Ма	Uкэ, В	Iк, Ма

Вывод:

 

Тест для самоконтроля к УЭ №3

Выберите правильный ответ.

1. Как смещен: а) эмиттерный; б) коллекторный переходы биполярного транзистора?

1) а) прямо; б) обратно;

2) а) прямо; б) обратно;

3) а), б) – прямо;

4) а), б) – обратно. Р=4

2. Какие конструктивные особенности принципиально отличают базу от эмиттера и коллектора?

1) толщина;

2) тип примеси;

3) концентрация примеси;

4) все указанные выше. Р=4

3. Укажите полярность напряжения на эмиттере и коллекторе транзистора n-p-n-типа:

1) плюс и минус;

2) минус и плюс;

3) плюс и плюс;

4) минус и минус. Р=4

4. Транзистор включен по схеме с общей базой. Может ли превышать единицу: а) коэффициент усиления по току К_I; б) коэффициент усиления по напряжению К_u?

1) а), б) может;

2) а) – может, б) – не может;

3) а) – не может, б) – может. Р=3

5. При какой схеме включения транзистора коэффициент усиления по мощности К_р меньше или равен единице?

1) с общей базой;

2) с общим эмиттером;

3) с общим коллектором;

4) во всех случаях он больше единицы. Р=4

6. Как называется зависимость I_к=¦(U_кэ), при I_d =const?

1) входной характеристикой транзистора с О.Б.;

2) выходной характеристикой транзистора с О.Э.;

3) выходной характеристикой транзистора с О.К. Р=3

7. Как изменится ток стока I_с с каналом р-типа, если увеличить положительное напряжение на затворе относительно истока?

1) увеличится;

2) уменьшится;

3) не изменится. Р=3

8. Какое электрическое поле: а) поперечное; б) продольное – изменяет поперечное сечение канала полевого транзистора?

1) продольное;

2) поперечное;

3) это зависит от полярности напряжения. Р=3

Ответьте на вопрос.

9. Как расшифровывается марка транзистора 2Т819Г? Р=1

Выберите правильный ответ.

10. Для оконечного каскада усилителя мощности (10 Вт) предлагаются транзисторы: КТ315А, ГТ328Б, 1Т906А. Какой тип транзисторов подойдет для этого?

1) КТ315А;

2) ГТ328Б;

3) 1Т906А. Р=3

 

УЭ № 4. Тиристоры.

a	b	g	Кt	v
			0, 5

Формы организации учебных занятий: модульный урок, лабораторная работа.

После изучения УЭ Вы будете:

знать:

– назначение, устройство, принцип действия и применение тиристоров;

уметь:

– производить сборку схемы;

– исследовать характеристики транзисторов.

 

Входной тест к УЭ № 4

Выберите правильный ответ.

1. Каково назначение транзисторов?

а) выпрямление переменного тока;

б) сглаживание пульсаций выпрямленного тока;

в) усиление и генерирование электрических сигналов. Р=3

2. Чем отличаются полевые транзисторы от биполярных?

а) конструкцией и принципом работы;

б) входным сопротивлением, собственными шумами и усилением;

в) мощностью, конфигурацией корпуса, назначением. Р=3

3. В каких транзисторах прохождение тока обусловлено дрейфом носителей заряда одного знака?

а) в биполярных транзисторах;

б) в полевых транзисторах;

в) в однопереходных транзисторах. Р=3

4. Как расшифровать марку транзистора 1П103Б?

а) германиевый, биполярный, малой мощности, низкой частоты транзистор;

б) кремниевый полевой, средней мощности, низкой частоты транзистор;

в) германиевый, полевой, малой мощности, низкой частоты транзистор. Р=3

Общие сведения о тиристорах

Тиристорами называются электропреобразовательные полупроводниковые приборы с тремя и более р-n-переходами, которые могут переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот (ключевой режим). В закрытом состоянии сопротивление тиристора составляет десятки мегаом. В открытом состоянии сопротивление тиристора весьма мало. При включении такого прибора в цепь переменного тока, он открывается, пропуская ток в нагрузку лишь тогда, когда мгновенное значение напряжения достигает определенного уровня, либо при подаче отпирающего напряжения на специальный управляющий электрод.

По числу внешних электродов тиристоры подразделяют на двухэлектродные – диодные тиристоры, называемые динисторами; трехэлектродные – триодные тиристоры, называемые тринисторами; трехэлектродные триодные тиристоры с симметричной проводимостью, называемые симисторами.

Крайние слои называются анодом и катодом, а третий электрод у триодных тиристоров называется управляющим электродом. Поэтому диодные тиристоры являются переключающими неуправляемыми, а триодные – переключающими управляемыми.

 

 

Рис. 19. Структура и условно-графическое обозначение (УГО): а) динистора; б) тринистора; в) симистора

 

Принцип работы тринистора

Типичная четырехслойная структура триодного (тринистора) типа р-n- р-n показана на рис. 20. Крайние слои р₁ и n₂ к которым подведены металлические контакты А и К, являются эмиттерными, а р-n-переходы П₁ и П₃ – эмиттерными переходами. К катоду и к аноду, подключен источник внешнего напряжения Е_а.

 

 

Рис. 20. Рис. 21.

 

Средние слои р₂ и n₁ представляют собой базовые области. База р₂ имеет металлический контакт, называемый управляющим электродом УЭ. Он подключен к внешнему источнику управляющего напряжения Е_у. Таким образом четырех слойная структура представляет собой как бы сочетание 2-х транзисторов в одном приборе: комбинация слоев р₁-n₁-р₂ – один транзистор, комбинация слоев n₁-p₂-n₂ – другой. Переход П₂ называют коллекторным для обоих транзисторов. Вольтамперная характеристика приведена на рис. 21.

Если ток в цепи управляющего электрода равен нулю I_у=0, а между анодом и катодом приложено небольшое постоянное напряжение (рис. 20), меньшее напряжения включения U_вкл, то переходы П₁ и П₃ сместятся в прямом направлении, а переход П₂ в обратном. При этом большая часть напряжения за счет внешнего Е_а будет воспринята обратно смещенным переходом П₂.

С повышением внешнего напряжения так I_a растет, так как увеличивается смещение переходов П₁ и П₃ в прямом направлении. При этом снижение потенциального барьера П₃ приводит к инжекции электронов из эмиттера U₂ в базу р₂, часть из которых, избежав рекомбинации, достигает обратно смещенного коллекторного перехода П₂ и перебрасывается его полем в базу n₁. Рост концентрации электронов в базе n₁ приводит к уменьшению высоты потенциального барьера перехода П₁, в результате чего увеличивается инжекция дырок из эмиттера р₁ в базу n₁. Дырки, продифундировав через базу n₁, достигают перехода П₂ и перебрасываются его полем в базу р₂. При этом их концентрация увеличивается, что приводит к снижению потенциального барьера перехода П₃, увеличению инжекции электронов из эмиттера n₂ и т.д. Таким образом, в структуре развивается лавинообразный процесс увеличения тока (участок О_а, рис. 21).

Когда внешнее напряжение U_а станет равным U_вкл наступит лавинообразный процесс инжекции основных носителей заряда из эмиттерных областей в базовые. Резкое увеличение концентрации электронов в базе n₁ и дырок в базе р₂ приводит к быстрому снижению напряжения U₂ обратно смещенного перехода П₂, а следовательно к уменьшению напряжения на тиристоре, так как U_а=U₁+U₂ +U₃ (рис. 20) – участок ВАХ-ав, на котором рост тока обусловлен уменьшением напряжения.

С развитием лавинообразного процесса, при котором происходит включение тиристора, ток в его внешней цепи растет до значения, определяемого нагрузкой R_н и напряжением Е_а. Рабочим участком ВАХ является участок bd. При этом падение напряжения между А и К – невелико, так как все переходы смещены в прямом направлении. Для выключения тиристора необходимо уменьшить прямой ток I_а до значения, не превышающего значения тока удержания I_уд (точка b), или подать на тиристор обратное напряжение. При обратном напряжении переходы П₁ и П₃ смещаются обратно, а П₂ – прямо.

Напряжение включения U_вкл можно уменьшить, если в цепь какой-нибудь из баз (р₂), примыкающих к переходу П₂, ввести от внешнего источника Е_у дополнительное число носителей заряда за счет тока управления I_у. Регулируя значение тока управления можно изменить уровень напряжения включения, при котором возникает лавинообразный процесс размножения носителей заряда. Чем больше ток управления, тем больше инжекция электронов из эмиттера U₂ в базу Р₂, тем меньше потенциальный барьер П₂, тем при меньшем напряжении U₂ тиристор включается (рис. 21).

Параметры тиристоров

1. U_вкл. – напряжение включения – прямое напряжение, при котором тиристор переходит из закрытого состояния в открытое. U_вкл. может колебаться в зависимости от типа тиристора, от единиц до нескольких тысяч вольт.

2. I_вкл. – ток включения – прямой ток, при котором тиристор переходит в открытое состояние.

3. I_упр. – ток управления наименьший ток в цепи управляющего электрода, обеспечивающий переход тиристора из закрытого состояния в открытое при данном напряжении на его аноде.

4. I_уд. – ток удерживания (ток выключения) – ток, ниже которого тиристор переходит из открытого соcтояния в закрытое.

5. U_ост. – остаточное напряжение – напряжение соответствующее открытому состоянию тиристора (1-2В).

6. U _обр.max – максимально допустимое постоянное обратное напряжение.

Маркировка тиристоров

Состоит из четырех элементов:

– 1 элемент – буква К или цифра 2 (кремний);

– 2 элемент – буква:

Н – неуправляемый (динистор);

У – управляемый (тринистор);

С – симметричный (симистор);

– 3 элемент – трехзначные числа, определяющие на какой ток рассчитан тиристор:

101-199 (I_пр. ≤ 0, 3А) – малой мощности;

201-299 (I_пр.=0, 3¸ 10А) – средней мощности;

301-399 (I_пр. > 10А) – большой мощности;

– 4 элемент – буква А¸ Я параметрическая разновидность тиристоров данной серии.

Имеется другая маркировка тиристоров (с 1985 г.) действующая наряду с приведенной. Она состоит из четырех элементов:

1 элемент – одна или две буквы: Т – тиристор триодный (тринистор); ТС – тиристор симметричный (симистор);

2 элемент – трехзначное число (№ серии);

3 элемент – двух или трехзначное число (номинальный прямой ток, А);

4 элемент – одно- или двухзначное число (величина обратного напряжения в сотнях вольт).

В качестве примера возьмем два типа тиристоров: КУ222Б и Т122-20-12.

КУ222Б