Определение параметров и характеристик биполярных транзисторов с использованием справочной литературы

Практическая  работа №2

    Тема: Определение параметров и характеристик биполярных транзисторов с использованием справочной литературы

    Цель: Выработать навыки использования справочной литературы(электронных справочников) для определения характеристик и параметров биполярных транзисторов.

 Ход работы:

Вариант 4

2.1. Краткие теоретические сведения: 
В числе электропреобразовательных полупроводниковых приборов, т. е. приборов, служащих для преобразования электрических величин, важное место занимают транзисторы. Они представляют собой полупроводниковые приборы, пригодные для усиления мощности и имеющие три вывода или больше. В транзисторах может быть разное число переходов между областями с различной электропроводностью. Наиболее распространены транзисторы с двумя n–р-переходами, называемые биполяр-ными, так как их работа основана на использовании носителей заряда обоих знаков (рисунок 1).

                                               а)

                                                б)

Рисунок 1 – Принцип устройства (а) и условное графическое обозначение (б) плоскостного транзистора

Средняя область транзистора  называется базой, одна крайняя область – эмиттером, другая – коллектором. Таким образом, в транзисторе имеются два n–р-перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором.  
    Эмиттером следует называть область транзистора, назначением которой является инжекция носителей заряда в базу. Коллектором называют область, назначением которой является экстракция носителей заряда из базы. А базой является область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда.  
     Транзистор может работать в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное. Режим отсечки, или запирания, достигается подачей обратного напряжения на оба перехода. Если же на обоих переходах напряжение прямое, то транзистор работает в режиме насыщения. Активный режим является основным. Он используется в большинстве усилителей и генераторов. Поэтому мы подробно рассмотрим работу транзистора в активном режиме. Режимы отсечки и насыщения характерны для импульсной работы транзистора.

Инициалы, фамилия

Росп.

Дата

Лист №

Вып.

Д.Н. Жучик

Пров.

В. Н. Щепёрка 

    1

В схемах с транзисторами  обычно образуются две цепи. Входная, или управляющая цепь служит для    управления работой транзистора. В выходной или управляемой цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка.  
          Принцип работы транзистора заключается в том, что прямое напряжение эмиттерного перехода, т. е. участка база – эмиттер (uб-э), существенно влияет на токи эмиттера и коллектора: чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменения тока коллектора лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Таким образом, напряжение uб-э, т. е. входное напряжение, управляет током коллектора. Усиление электрических колебаний с помощью транзистора основано именно на этом явлении.  
        Применяют три основные схемы включения транзисторов в усилительные или иные каскады. В этих схемах один из электродов транзистора является общей точкой входа и выхода каскада. Во избежание ошибок при этом надо помнить, что под входом (выходом) понимают точки, между которыми действует входное (выходное) переменное напряжение.  
       Следует различать два вида таких транзисторов: дрейфовые, в которых перенос неосновных носителей заряда через базу осуществляется главным образом посредством дрейфа, т. е. под действием ускоряющегоэлектрического поля, и бездрейфовые, в которых такой перенос осуществляется главным образом посредством диффузии. Не следует без-дрейфовые транзисторы называть диффузионными, так как термин «диффу-зионный» должен указывать не на характер движения носителей, а на техно-логию создания n – р-переходов методом диффузии.

2.2 Предельные эксплуатационные характеристики данного транзистора

Внешний вид транзистора:                        

Общие сведения :  Кремниевый n-p-n транзистор , предназначен для усиления и генерирования электрических  колебаний , а также для работы в схемах переключения.

Корпус металлический , герметичный , со стеклянными изоляторами  и жёсткими выводами. Масса транзистора не более 12 грамм. С крепёжным фланцем – не более 16 грамм.

Инициалы, фамилия

Росп.

Дата

Лист №

Вып.

Д.Н. Жучик

Пров.

В. Н. Щепёрка 

    2

Максимальное напряжени  коллектор-база при заданном обратном токе коллектора и разомкнутой цепи эмиттера(Uкбо макс),В: 40

Максимальное напряжени коллектор-эмиттер  при заданном токе коллектора и заданном сопр. в цепи б-э.(Uкэr макс),В: 40

Максимальное напряжени коллектор-эмиттер  при заданном токе коллектора и разомкнутой  цепи базы(Uкэо макс),В: -

Максимально допустимый ток коллектора ( Iк макс,А): 0.5

Статический коэффициент передачи тока h21э мин: 10

Граничная частота коэффициента передачи тока fгр,МГц: 2.5

Максимальная рассеиваемая мощность коллектора (Рк,Вт): 10

Электрические параметры

Обратный ток коллектора[1] не более……………………………………… 100 мкА

Начальный ток коллектора 2 при Rб = 100 Ом не более:

при температуре 20 и —50° С……………………………………    500 мкА

при 100° С…………………………………………………………………. 5000 мкА

Обратный ток эмиттера при Uэб = 3 В не более ……………. 3 мкА

Статический коэффициент  усиления тока базы3 при /к =  0,2 А при  температуре:                                                                                                                                    20° С              —55° С

Входное напряжение при Uкэ = 10 В, /к = 0,5 А не

более…………………………………………………………………………………… 4 В

Напряжение между коллектором  и эмиттером в режиме

насыщения при /б = 0,1 А, /к = 0,5 А не более ………………….      7 В

Граничная частота усиления тока базы не менее …………… 12,5 МГц

Классификация и система  обозначений транзисторов:

Система обозначений  современных типов транзисторов приведена в [3] и установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919-81. В основу системы  обозначений положен буквенно-цифровой код.  
Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен транзистор, второй элемент (буква) определяет подкласс (или группу) транзисторов, третий (цифра) – основные функциональные возможности транзистора, четвертый (число) – обозначает порядковый номер разработки технологического типа транзистора, пятый (буква) – условно определяет классификацию по параметрам транзисторов, изготовленных по единой технологии.  
Для обозначения исходного материала используются следующие символы:  
Г, или 1, – германий или его соединения;  
К, или 2, – кремний или его соединения;  
А, или 3, – соединения галлия (арсенид галлия);  
И, или 4, – соединения индия.  
Для обозначения подклассов используется одна из двух букв: Т – биполярные и П – полевые транзисторы.  
Для обозначения наиболее характерных эксплуатационных признаков транзисторов применяются следующие цифры:  
для транзисторов малой мощности (максимальная мощность, рассеиваемая транзистором, не более 0,3 Вт):  
1 – с граничной частотой коэффициента передачи тока или максимальной рабочей частотой (далее граничной частотой) не более 3 МГц;  
2-е граничной частотой 3...30 МГц;  
3 – с граничной частотой более 30 МГц;  
для транзисторов средней мощности (0,3…1,5 Вт):  
4 – с граничной частотой не более 3 МГц;  
5 – с граничной частотой 3…30 МГц;  
6 – с граничной частотой более 30 МГц;  
для транзисторов большой мощности (более 1,5 Вт):  
7 – с граничной частотой не более 3 МГщ;  
8 – с гранично частотой 3…30 МГц;  
9 – с гранично частотой более 30 МГц.  

Инициалы, фамилия

Росп.

Дата

Лист №

Вып.

Д.Н. Жучик

Пров.

В. Н. Щепёрка 

    3

Для обозначения порядкового  номера разработки используют двузначное число от 01 до 99. Если порядковый номер  разработки превышает число 99, то применяется  трехзначное число от 101 до 999.  
В качестве классификационной литеры применяются буквы русского алфавита (за исключением 3, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Ю, Ь, Ъ, Э).  
Стандарт предусматривает также введение в обозначение ряда дополнительных знаков. В качестве дополнительных элементов обозначения используют следдухщие символы:  
цифры от 1 до 9 – для обозначения модернизаций транзистора, приводящих к измененнию его конструкции или электрических параметров;  
буква С – для обозначения наборов в обшцем корпусе (транзисторные сборки);  
цифра, написанная через дефис, для без корпусных транзисторов:  
1 – с гибкими выводами без кристаллодержателя;  
2 – с гибкими выводами на кристаллодержателе;  
3 - с жесткими выводами без кристаллодержателя;  
4 – с жесткими выводами на кристаллодержателе;  
5 – с контактными площадками без кристаллодержателя и без выводов;  
6 – с контактными площадками на кристгшлсдержателе, но без выводов.

На рисунке представлен  пример , обозначения приборов данного  типа :

КТ937А-2 – кремниевый биполярный, большой мощности, высокочастотный, номер разработки 37, группа А, бескорпусный, с гибкими выводами на кристаллодержателе.

Биполярные транзисторы, разработанные до 1964 г. и выпускаемые  по настоящее время, имеют систему  обозначений, включающую в себя два  или три элемента.  
Первый элемент обозначения – буква П, характеризующая класс биполярных транзисторов, или две буквы МП – для транзисторов в корпусе, герметизируемом способом холодной сварки.  
Второй элемент – двух- или трехзначное число, которое определяет порядковый номер разработки и указывает на подкласс транзистора по роду исходного полупроводникового материала, значениям допустимой рассеиваемой мощности и граничной частоты:  
от 1 до 99 – германиевые маломощные низкочастотные транзисторы;  
от 101 до 199 – кремниевые маломощные низкочастотные транзисторы;  
от 201 до 299 – германиевые мощные низкочастотные транзисторы;  
от 301 до 399 – кремниевые мощные низкочастотные транзисторы;  
от 401 до 499 – германиевые высокочастотные и СВЧ маломощные транзисторы;  
от 501 до 599 – кремниевые высокочастотные и СВЧ маломощные транзисторы;  
от 601 до 699 – германиевые высокочастотные и СВЧ мощные транзисторы;  
от 701 до 799 – кремниевые высокочастотные и СВЧ мощные транзисторы.  
Третий элемент обозначения (у некоторых типов он может отсутствовать) – буква, условно определяющая классификацию по параметрам транзисторов, изготовленных по единой технологии.

Инициалы, фамилия

Росп.

Дата

Лист №

Вып.

Д.Н. Жучик

Пров.

В. Н. Щепёрка 

    4

На рисунке представлено графическое обозначение транзисторов

 2.3 Схема включения транзистора с ОЭ в активном рабочем режиме представлена на рисунке . Стрелками на схеме показаны  условные пути прохождения токов коллектора Iк, базы Iб, эмиттера Iэ.

 Рисунок  2 -схема включения транзистора с ОЭ в активном рабочем режиме.

  2.4 Входная и семейство выходных характеристик взятые из справочной литературы.

Инициалы, фамилия

Росп.

Дата

Лист №

Вып.

Д.Н. Жучик

Пров.

В. Н. Щепёрка 

    5

Uкэ = Eк – IкRн    Iк= 0.454(мА)              Uкэм= Ек =40(В); Iкм = 0 – координаты точки М

Uкэ – Eк = – IкRн                                       UКЭN = 0; IкN = Eк/Rн =909 (А) – координаты точки N

Iк = Uкэ – Eк

               Rн

Ukэ, вых

30 В

23 В

18 В

16 В

12 В

           Iкр. т. =800  (мА)

           Iб.р.т =100 (мА)

           Uкэ р. т. =10 (В)

           Uбэ р. т. =1.0 (В)

Ik,

0,333A

0,434A

0,555A

0,625A

0,833A

Iк=Pмах/Uк.э

Рабочая точка находится  ниже линии допустимых режимов , режим транзистора допустим для использования.

f h21э - модуль коэффициента передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером  на высокой частоте.

Rвых =0.5*Ik*Uнагр=160 (Ом)

Uнагр=Ik*Rn

Ikпост*Ek=P₀

В транзисторах небольшой  мощности ток базы составляет десятки или сотни микроампер. Рассматриваемая характеристика подобна обычной характеристике для прямого тока полупроводникового диода.

          Семейство выходных характеристик  iк = f (uкэ) - Как правило, эти  характеристики даются при различных  постоянных токах базы. Это объясняется тем, что вследствие сравнительно малого входного сопротивления транзистора источник входного переменного напряжения, имеющий часто большое внутреннее сопротивление, работает в режиме генератора тока.

          Выходные характеристики показывают, что при увеличении uкэ от нуля до небольших значений (десятые доли вольта) ток коллектора резко возрастает, а при дальнейшем увеличении uкэ характеристики идут с небольшим подъемом, что означает сравнительно малое влияние uбэ на ток коллектора.             Действительно, чтобы увеличить iк надо увеличить ток эмиттера. Но все же при повышении uкэ происходит следующее. Вследствие уменьшения толщины базы уменьшается ток базы, а так как характеристики снимаются при условии iб = const, то для поддержания прежнего значения тока, базы приходится увеличивать напряжение uбэ. За счет этого несколько возрастает iэ, а следовательно, и ток коллектора. При увеличении напряжения uкэ увеличивается и та его часть, которая приложена в виде прямого напряжения к эмиттерному переходу. В результате этого также возрастают токи iэ и iк.

Инициалы, фамилия

Росп.

Дата

Лист №

Вып.

Д.Н. Жучик

Пров.

В. Н. Щепёрка 

    6

                                                           Контрольные вопросы: 
 
         1 Поясните устройство и принцип работы биполярного транзистора.  
         2 Дайте определения эмиттера, коллектора и базы.  
         3 Почему биполярные транзисторы называют дрейфовыми и бездрейфовыми?  
         4 Покажите направления токов и полярность источников питания в схемах с общей базой и с общим коллектором в режиме покоя для транзисторов n-p-n и p-n-p типа.

                                            Ответы на контрольные вопросы:

         1 Они представляют собой полупроводниковые приборы, пригодные для усиления мощности и имеющие три вида или больше. В транзисторах может быть разное число переходов между областями с различной электропроводностью. Наиболее распространены транзисторы с двумя n-р-переходами, называемые биполярными, так как их работа основана на использовании носителей заряда обоих знаков.

        2 Эмиттер- область из которой  инжектируется в базу носители  зарядов. База- область в которую  инжектируются носители из эмиттера  в которой эти носители не  основные. Коллектор- область назначения  которой экстракция носителей из базы.

        3Следует различать два вида  таких транзисторов: дрейфовые, в  которых перенос неосновных носителей  заряда через базу осуществляется  главным образом посредством  дрейфа, т. е. под действием ускоряющего электрического поля, и без дрейфовые, в которых такой перенос осуществляется главным образом посредством диффузии. Не следует бездрейфовые транзисторы называть диффузионными, так как термин «диффузионный» должен указывать не на характер движения носителей, а на технологию создания n-р- переходов методом диффузии.

        4

Инициалы, фамилия

Росп.

Дата

Лист №

Вып.

Д.Н. Жучик

Пров.

В. Н. Щепёрка 

    7