ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

В данной статье рассматриваются исследования статических характеристик биполярного транзистора МП40. Также были исследованы его вольт-амперные характеристики в схеме включения с общей базой (ОБ) и по статическим вольтамперным характеристикам определены h-параметры.

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих p-n перехода, которые образованы в едином кристалле полупроводника. Транзистор представляет собой монокристаллическую пластину полупроводника, в которой с помощью особых технологических приемов созданы три области, две из них имеют одинаковый тип электропроводности и разделены между собой областью с иной электропроводностью. Эта средняя область называется базой, а две другие, крайние – эмиттером и коллектором.

Принцип работы биполярного транзистора рассмотрим на примере транзистора p-n-p типа включенного по схеме с (ОБ) общей базой. Между р- и n-областями возникают p-n переходы. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным (ЭП), а переход между коллектором и базой - коллекторным (КП). коллекторная цепь транзистора подключается к источнику э.д.с.-Е_кб т.е. КП смещен в обратном направлении. В коллекторном переходе напряженность поля под действием Е_кб возрастает. Это приводит к появлению незначительного обратного тока I_ко в коллекторной цепи, обусловленного движением неосновных носителей зарядов. Этот ток существенно возрастает с увеличением температуры, поэтому его называют тепловым током коллектора – I_ко.

Эмиттерный переход внешним источником напряжения смещен в прямом направлении. Напряженность поля эмиттерного перехода при этом уменьшается. Через эмиттерный переход происходит инжекция дырок из эмиттера в базу и электронов из базы в эмиттер. В цепи эмиттера появится ток, равный сумме токов, обусловленных электронной I_э(n) и дырочной I_э(p) электропроводностями.

Рисунок 1. Схема включения p–n–p транзистора в схеме с ОБ для снятия статических характеристик

Особенностью схемы с общей базой является минимальная среди трёх типовых схем усилителей «паразитная» обратная связь с выхода на вход через конструктивные элементы транзистора. Поэтому схема с общей базой наиболее часто используется для построения высокочастотных усилителей, особенно вблизи верхней границы рабочего диапазона частот транзистора.

Достоинствами схемы являются стабильные температурные и частотные свойства, то есть параметры схемы (коэффициент усиления напряжения, тока и входное сопротивление) остаются неизменными при изменении температуры окружающей среды.

Недостатками схемы являются малое входное сопротивление и отсутствие усиления по току.

При анализе работы транзистора и расчетах усилительных схем используется система параметров малого сигнала. Наиболее употребительна система h–параметров, связывающая малые приращения (дифференциалы) напряжения на входе транзистора и выходного тока c малым приращением входного тока и выходного напряжения транзистора.

В ходе эксперимента были определены входные характеристики при:

V_кб=5B, V_кб=10B.

и так же были определены выходные характеристики при I_э=5мА,

I_э=10мА.

По полученным данным были рассчитаны h – параметры транзистора:

1. Выходное сопротивление

h₁₁= при V_кб=5B;

h₁₁, при V_кб=10B.

2.Коэффициент обратной передачи напряжения:

 при I_э=4.5мА.

3.дифференциальный коэффициент обратной передачи тока эмиттера:

 при V_кб=13.5B.

4.Выходная проводимость транзистора:

.

Транзистор работает в 3х основных режимах:

1) Режим отсечки. Когда напряжение между базой и эмиттером ниже, чем 0.6V - 0.7V, то p-n переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора практически отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

2) Активный режим. В активном режиме на базу подано напряжение, достаточное для того чтобы p-n переход между базой и эмиттером открылся. Возникают токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

3) Режим насыщения. Если же на обоих переходах напряжение прямое (оба р-n- перехода открыты), то транзистор работает в режиме насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера переходят в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается.

Список литературы:

1. Гоц С.С. Теория электрической связи. Курс лекций. – Уфа: РИО БашГУ, 2009. – 130 с.
2. Теория электрической связи / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров; Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 1998.
3. Телекоммуникационные системы и сети. Т.2 / Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Папантонопуло В.Н., Шувалов В.П. – Новосибирск: ЦЭРИС, 2000. – 624 с.
4. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов.- СПб. Питер, 2003.