Включенного по схеме с общей базой

 

Цель работы — снятие и анализ входных и выход­ных характеристик транзистора, включенного с ОБ; опре­деление по ним h -параметров (рис. 24).

Пояснения. Биполярные транзисторы являются наи­более универсальными и распространенными полупро­водниковыми приборами, предназначенными для усиле­ния и генерирования электрических колебаний, и имеют трехслойную р-п-р- или п-р-п-структуру (рис. 25а,б). Каждый слой имеет вывод, название которого совпадает с названием слоя или области транзистора. Среднюю область транзистора называют базой, а крайние — эмит­тером и коллектором. Эти транзисторы получили назва­ние биполярных потому, что перенос тока в них осу­ществляется носителями заряда двух типов: электронами и дырками.

Биполярный транзистор имеет два р-п-перехода — эмиттерный П1 и коллекторный П2 — и два запирающих слоя с контактными разностями потенциалов обусловливающих напряженности электриче ских полей в них. Ширина переходов и ширина базовой области В зависимости от выполняемых в схеме функций тран­зистор может работать в трех режимах.

В активном режиме транзистор работает в уси­лителях, когда требуется усиление электрических сигна­лов с минимальным искажением их формы. При этом на эмиттерный переход подают внешнее напряжение в пря­мом направлении, а на коллекторный — в обратном (рис. 26, а). Основные носители эмиттера под действием напряжения преодолевают эмиттерный переход, а им навстречу движутся основные носители базы, которых значительно меньше, поскольку концентрация примеси в базе мала. Часть дырок эмиттера рекомбинирует с элек­тронами базы вблизи перехода П1, а остальные инжек­тируются (впрыскиваются) в базовую область.

На пути к коллекторному переходу часть дырок эмиттера рекомбинирует с электронами базы (в реальных транзисторах от 0,1 до 0,001 количества носителей заря­да, покинувших эмиттер). Остальные дырки достигают коллекторного перехода, на который подано обратное напряжение и с ускорением перебрасываются в кол­лектор полем перехода П2.

Таким образом, ток основных носителей, покидаю­щих эмиттер, частично теряется в переходе П1 и базе на рекомбинацию, эти потери составляют ток базы I _Б. Остальная его часть достигает коллектора, где рекомби­нирует с электронами, поступающими в него из внешней цепи в виде тока Уход дырок из эмиттера восполняется генерацией пар

электрон—дырка в эмиттерной области, и отводом электронов во внешнюю цепь в виде тока Расход электронов базы на рекомбинацию компенси­руется их притоком в виде тока

Токи транзистора, работающего в активном режиме, связаны уравнением

 

которое можно переписать в приращениях:

 

 

Таким образом, при появлении переменной составляющей входного тока транзистора (в рассматриваемом случае это ток эмитте­ра) появляется переменная составляющая выходного (коллекторного) тока. Если в цепь коллектора включить резистор, то падение напряжения на нем окажется Значительно больше переменного напряжения вход­ного сигнала, т. е. транзистор усиливает входной сигнал (рис. 26, б).

В активном режиме транзистор управляется в любой момент процесса усиления, т. е. каждому изменению входного сигнала соответствует изменение выходного.

В режиме насыщения (рис. 26, в) на оба пере­хода транзистора подается прямое напряжение. При этом в базу инжектируются потоки основных носителей эмит­тера и коллектора и сопротивление промежутка коллек­тор — эмиттер транзистора резко уменьшается. В этом режиме транзистор не управляется. Режим насыщения используют в тех случаях, когда необходимо уменьшить почти до нуля сопротивление цепи, в которую включен транзистор.

В режиме отсечки (рис. 26, г) оба перехода транзистора закрыты, так как на них подаются обратные напряжения. В этом режиме транзистор обладает большим сопротивлением. Обратные токи эмиттерного и коллекторного переходов малы (особенно крем­ниевых транзисторов).

При включении биполярного транзистора в электри­ческую схему образуется две цепи: управляющая и уп­равляемая. В управляющей цепи действует входной сиг­нал, который обычно подают на эмиттер или базу. В уп­равляемой цепи (коллекторной или эмиттерной) форми­руется выходной сигнал, поступающий затем на вход следующего каскада или в нагрузку. Третий электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей.

Широко распространены три схемы включения тран­зисторов: с общей базой (рис. 27, а), общим эмиттером (рис. 27, б) и общим коллектором (рис. 27, в). Для ра­счета транзисторных схем используют два семейст­ва вольт-амперных характеристик: входные и выход­ные.

Входные характеристики транзистора показывают за­висимости тока входного электрода от напряжения меж­ду ним и общим электродом при постоянном напряже­нии на выходном электроде. Для схемы с ОБ это зависи­мость тока эмиттера от напряжения между ним и базой при постоянном напряжении на коллекторе (рис. 28, а):

 

 

Выходные характеристики транзистора показывают зависимость тока выходного электрода от напряжения между ним и общим электродом. Снимают выходные характеристики для ряда постоянных токов входного электрода. Для схемы с ОБ это зависимости тока кол­лектора от напряжения между ним и базой при постоян­ных значениях тока эмиттера (рис. 28, б):

при

 

В режиме усиления малых сигналов, когда нелиней­ностью ВАХ можно пренебречь, транзистор, включенный с ОБ, эквивалентно представляют в виде линейного четырехполюсника (рис. 29), входные и выходные пара­метры которого связаны следующими уравнениями:

 

 

Физический смысл h -параметров транзистора состоит в следующем:

— входное сопротивление в режиме короткого замыкания на выходе;

— коэффициент внутренней обратной связи в ре­жиме холостого хода на входе;

— коэффициент передачи тока в режиме корот­кого замыкания на выходе;

— выходная проводимость транзистора в режиме холостого хода на входе.

Рассчитывают h -параметры для схемы с ОБ по фор­мулам

 

 

Аналитический расчет h -параметров сложен и неточен. Намного проще их получают измерением или по ВАХ.

 

 

 

Для определения на входной характеристике, соответствующей среднему значению коллекторного на­пряжения, обозначают рабочую точку А (р.т) транзис­тора (рис. 30, а), которая задается средними значения­ми входного тока и входного напряжения Через рабочую точку А (р. т) проводят касательную и строят треугольник BCD. Затем, используя формулу (3), находят

 

 

Для определения необходимо построить две вход­ные характеристики для двух значений напряжения на выходном электроде (рис. 30. б). Через рабочую точку А (р. т) проводят линию что соответствует холостому ходу на входе транзистора по переменному току. Точки пересечения характеристики этой линии проецируют на ось и определяют Затем, ис­пользуя формулу (4), находят приняв

Для определения h _21Б семейство выходных характе­ристик в области рабочей точки пересекают линией , что соответствует короткому замыканию по переменному току на выходе транзистора (рис. 30, в). Затем по формуле (5) находят графически опреде­лив Δ I _к и вычислив h _21Б

 

Для определена h _22Б (рис. 30, г)снимают выходную характеристику для тока эмиттера в рабочей точке, а затем находят Δ I _к и Δ U _кб и по формуле (6) рассчитывают h _22Б.