Название: Исследование биполярного транзистора
Вид работы: лабораторная работа
Рубрика: Коммуникации и связь
Размер файла: 35.41 Kb
Скачать файл: referat.me-168551.docx
Краткое описание работы: Исследование статических характеристик биполярного транзистора. Наружная область с наибольшей концентрацией примеси. Схема подключения к источникам питания. Дифференциальное входное сопротивление. Дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер.
Исследование биполярного транзистора
(БТ)
Цель работы: исследование статических характеристик биполярного транзистора.
Краткие теоретические сведения
Транзистором называют электронный полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний. Обычно выделяют два класса транзисторов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы.
В БТ ток через кристалл обусловлен движением носителей заряда обоих знаков (и электронов, и дырок).
В полевых транзисторах протекание тока через кристалл обусловлено движением носителей заряда одного знака (электронов или дырок).
БТ называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами и тремя выводами. Он имеет структуру, состоящую из чередующихся областей с различными типами электропроводности: n-p-n или p-n-p (рис.2.1).
Принцип работы БТ обеих структур одинаков, они отличаются только полярностью подключения источников питания. Рассмотрим работу БТ на примере структуры n-p-n.
В пластину полупроводника p-типа с низкой концентрацией дырок наплавляются с двух сторон таблетки донорной примеси. Атомы донорной примеси проникают в кристалл, создавая n-области. Между n-областями и полупроводником p-типа образуются p-n-переходы. При этом в одной n-области создают большую концентрация примесей (на рис. – в левой n-области), чем в другой. Наименьшая концентрация примеси остается в средней области p-типа.
Наружная область с наибольшей концентрацией примеси называется эмиттером, вторая наружная область – коллектором, а внутренняя область – базой. Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называют эмиттерным переходом, а между коллектором и базой – коллекторным переходом. В соответствии с концентрацией основных носителей заряда база является высокоомной областью, коллектор – низкоомной, а эмиттер – самой низкоомной. Толщина базы очень мала и составляет единицы мкм; площадь коллекторного перехода в несколько раз превышает площадь эмиттерного перехода.
Рис. 2.1. Устройство и условные графические обозначения биполярных транзисторов: а – n-p-n-структуры; б – p-n-p-структуры (стрелка эмиттера направлена по направлению прямого тока в переходе база-эмиттер)
Применение БТ для усиления электрических колебаний основано на его принципе действия как управляемого электронного прибора. В схеме включения транзистора (рис.2.2) к эмиттерному переходу должно быть приложено прямое напряжение, а к коллекторному – обратное. Если на эмиттерном переходе нет напряжения, то через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток Iкобр. По сравнению с рабочим током им можно пренебречь для упрощения рассуждений и считать, что в коллекторной цепи тока нет, т.е. транзистор закрыт.
При подаче на эмиттерный переход прямого напряжения от источника питания Еэ происходит инжекция носителей заряда из эмиттера в базу, где они являются неосновными. Для транзистора n-p-n этими носителями заряда являются электроны. Движение электронов в процессе инжекции через эмиттерный переход создает ток эмиттера Iэ. Электроны, перешедшие в базу, имеют вблизи p-n-перехода повышенную концентрацию, что вызывает диффузию их в базе. Толщина базы очень мала, поэтому электроны в процессе диффузии оказываются вблизи коллекторного перехода. Большая их часть не успевает рекомбинировать с дырками базы и втягивается ускоряющим электрическим полем коллекторного перехода в область коллектора. Происходит экстракция электронов под действием обратного напряжения из базы в коллектор. Движение электронов в процессе экстракции из базы в коллектор создает ток коллектора Iк. Незначительная часть инжектируемых из эмиттера в базу электронов рекомбинируют в области базы с дырками, количество которых пополняется из внешней цепи от источника Еэ. За счет этого в цепи базы протекает ток базы Iб. Он очень мал из-за небольшой толщины базы и малой концентрации основных носителей заряда – дырок. При этих условиях число рекомбинаций, определяющих величину тока базы, невелико.
Рис.2.2. Схема подключения БТ к источникам питания
Ток коллектора управляется током эмиттера: если увеличится ток эмиттера, то практически пропорционально возрастет ток коллектора. Ток эмиттера может изменяться в больших пределах при малых изменениях прямого напряжения на эмиттерном переходе.
Токи трех электродов транзистора связаны соотношением:
Iэ = Iк + Iб.
Ток базы значительно меньше тока коллектора, поэтому для практических расчетов часто считают Iк = Iэ.
Принцип действия p-n-p-транзистора аналогичен рассмотренному, но носителями заряда, создающими токи через p-n-переходы в процессе инжекции и экстракции, являются дырки; полярность источников Еэ и Ек должна быть изменена на противоположную, соответственно изменятся и направления токов в цепях.
На основании рассмотренных процессов можно сделать вывод, что БТ как управляемый прибор действует за счет создания транзитного (проходящего) потока носителей заряда из эмиттера через базу в коллектор и управления током коллектора путем изменения тока эмиттера. Таким образом, биполярный транзистор управляется током.
Ток эмиттера как прямой ток p-n-перехода изменяется значительно при очень малых изменениях напряжения на эмиттерном переходе и вызывает, соответственно, большие изменения тока коллектора.
На этом основаны усилительные свойства транзистора.
Исследуемая схема показана на рис.2.3. Статический коэффициент передачи тока
.
Коэффициент передачи тока определяется отношением приращения
коллекторного тока к вызывающему его приращению
базового тока:
.
Дифференциальное входное сопротивление БТ в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер
к вызванному им приращению тока базы
:
.
Дифференциальное входное сопротивление БТ в схеме с ОЭ через параметры транзистора определяется следующим выражением:
,
где - распределенное сопротивление базовой области,
- дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения:
rЭ=25/IЭ, где IЭ - постоянный ток эмиттера (в мА).
Т.к. <<
, то можно использовать формулу:
.
Рис.2.3
Дифференциальное сопротивление для БТ сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением БТ в схеме с общей базой
, которое определяется при фиксированном значении напряжения база-коллектор:
.
Через параметры БТ это сопротивление определяется выражением:
.
Т.к.. << rэ, то можно считать, что
.
Похожие работы
-
Усилительный каскад на биполярном транзисторе
Министерство образования Российской Федерации ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ Кафедра «Радиоэлектроника информационных систем»
-
Расчет усилителей на биполярных транзисторах
Федеральное агентство связи ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» Уральский технический институт связи и информатики (филиал)
-
Определение параметров полупроводниковых приборов по их статическим вольтамперным характеристикам
Характеристика выпрямительного диода, стабилитрона, биполярного транзистора. Электрические параметры полупроводникового прибора, предельные эксплуатационные данные. Определение параметров полупроводников по их статическим вольтамперным характеристикам.
-
Функциональные устройства телекоммуникаций
Принципиальная схема предварительного каскада с источником сигнала и последующим каскадом. Выбор типа транзистора, исходя из заданного режима его работы и частоты верхнего среза усилителя. Расчет параметров малосигнальной модели биполярного транзистора.
-
Расчет параметров и режимов работы транзисторных каскадов усилителя низкой частоты
Расчёт параметров усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе. Схема транзисторного усилителя низкой частоты. Выбор биполярного транзистора, расчет элементов схемы. Аналитический расчёт параметров усилительного каскада на полевом транзисторе.
-
Конструктивно-технологические варианты исполнения биполярного и полевого транзисторов в одном кристалле. Инжекционно-полевая логика
Принцип работы полевого транзистора. Методы обеспечения большого коэффициента передачи тока. Функционально-интегрированные биполярно-полевые структуры. Структура и эквивалентная электрическая схема элемента инжекционно-полевой логики с диодами Шотки.
-
Основы радиоэлектроники и схемотехники
Расчет стабилизированного источника питания с мостовой схемой выпрямителя, каскада с общей базой и значений тока коллектора, соответствующего режиму насыщения. Определение условий обеспечения стабилизации рабочей точки падения напряжения на резисторе.
-
Низкочастотный усилитель напряжения
Расчет элементов усилителя напряжения низкой частоты по заданным параметрам. Расчет усилительного каскада на транзисторе структуры p-n-p, включенного по схеме с ОЭ по постоянному току (1-ый и 2-ой каскад). Методика определения емкостей элементов.
-
Физико-топологическая модель интегрального биполярного п-р-п-транзистора
Физико-топологическая модель как модель расчета электрических параметров. Расчет распределения концентрации акцепторной и донорной примеси, скорости диффузии, расчет остальных параметров биполярного транзистора. Определение напряжения лавинного пробоя.
-
Модель биполярного транзистора
Модель Эберса-Молла и Гуммеля-Пуна, основанные на суперпозиции нормального и инверсного биполярного транзистора и токовых режимов его работы при инжекции из коллектора. Генераторы тока и их неидеальность в зарядовой модели, резисторные конфликты.