Методы расчета электрических цепей Трехфазные цепи с несимметричными приемниками Испытание однофазного трансформатора Испытание генератора постоянного тока Реверсирование двигателя Испытание синхронного двигателя

Методика выполнения лабораторных работ по электротехнике

 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №16

Характеристики и параметры биполярных транзисторов

Цель работы: 

1. Изучить свойства биполярного транзистора путем снятия входных и выходных характеристик.

Освоить расчет h параметров по характеристикам транзистора.

1. Указания к работе

Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор, имеющий два p-n перехода и служащий для усиления и генерирования электрических колебаний.

Основным элементом транзистора является кристалл полупроводникового материала, в котором созданы три области различных проводимостей. Средняя область, образованная полупроводником с электронным или дырочным типом проводимости, называется базой. Ширина базы делается очень малой. Две крайние области, одна из которых называется эмиттером, а другая - коллектором, обладают проводимостью одинакового типа, противоположной проводимости базы, и на несколько порядков выше проводимости базы. Эмиттер является источником основных носителей заряда (электронов или дырок), а коллектор их приемником. Если внешние области имеют проводимость p типа - прибор называют транзистором типа p-n-p, если же внешние области имеют проводимость типа n, то прибор называют транзистором типа n-p-n. [an error occurred while processing this directive]

 а) б)

Рис.1. Графическое изображение транзисторов

Условное графическое изображение транзистора типа p-n-p приведено на рис.1,а, транзистора типа n-p-n на рис.1,б. Дальнейшее изложение дается применительно к транзистору типа p-n-p.

Наиболее важным режимом работы транзистора является активный. В этом режиме к эмиттерному переходу приложено напряжение в прямом направлении, то есть положительный полюс эмиттерного источника энергии Еэ подключен к эмиттеру. (В литературе часто употребляется термин ’’переход смещен в прямом направлении’’).

К коллекторному переходу приложено напряжение в обратном направлении, то есть отрицательный полюс коллекторного источника энергии Ек подключен к коллектору (переход смещен в обратном направлении). Под действием напряжения эмиттерного источника энергии Еэ происходит инжекция (переход) дырок из эмиттера в базу, для которой они являются неосновными носителями.

Электроны базы инжектируются в эмиттер, в котором они также становятся неосновными. Но так как проводимость базы много меньше проводимости эмиттера, число дырок, поступающих из эмиттера в базу, значительно превышает число электронов, перешедших из базы в эмиттер. Следовательно, ток через эмиттерно-базовый переход обусловлен практически одними дырками. Дырки, инжектированные в базу, частично рекомбинируют с электронами базы, которые образуют ток базы (рис. 2). Но так как ширина базы мала, почти все дырки пересекают базу и достигают коллекторного перехода. В области коллекторного перехода дырки попадают в электрическое поле, создаваемое источником Ек. Это поле является для дырок ускоряющим и они втягиваются в коллектор, создавая ток коллектора Iк. Величина тока Iк, как следует из первого закона Кирхгофа, определяется уравнением 1:

Iк = Iэ - Iб ,

(1)

а так как ток базы мал, можно считать, что

Iк = Iэ .

(2)

 а) б)

Рис. 2. а) токораспределение в транзисторе;

б) включение транзистора по схеме с общей базой.

о - дырки, · - электроны

Изменяя напряжение, приложенное к эмиттерно-базовому переходу, можно менять количество дырок, поступающих из эмиттера в базу, и, следовательно, изменять ток коллектора. Таким образом, принцип действия транзистора заключается в управлении потоком неосновных носителей базы, поступающих в коллектор.

Так как сопротивление коллекторного перехода на несколько порядков выше сопротивления эмиттерного перехода, в цепь коллектора можно включить нагрузочный резистор с достаточно большим сопротивлением Rн, больше чем сопротивление эмиттерного перехода Rэ. Включение такой нагрузки не изменит режима работы переходов. В этом случае падение напряжения на нагрузочном резисторе будет Uн = Iк Rн, а напряжение на эмиттерном переходе Uэ = IэRэ, а так как Rн >> Rэ, и с учетом соотношения (2),

Uн >> Uэ ,

(3)

то есть имеет место усиление по напряжению.

Входная мощность, затрачиваемая в эмиттерной цепи Pвх = Iэ Uэ выходная мощность, выделяющаяся в нагрузочном резисторе будет Pвых = Iк Uн. С учетом соотношений (2) и (3)

Pвых >> Pвх,

(4)

и, следовательно, имеет место усиление по мощности.

Рис. 3. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

Магнитомягкие и магнитотвердые материалы

Перемагничивание ферромагнитного материала связано с расходом энергии на этот процесс. Как уже указывалось, площадь петли гистерезиса характеризует энергию, выделяемую в единице объема ферромагнетика за один цикл перемагничивания. В зависимости от величины этих потерь и соответственно формы петли гистерезиса ферромагнитные материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвердые. Первые характеризуются относительно узкой петлей гистерезиса и круто поднимающейся основной кривой намагничивания; вторые обладают большой площадью гистерезисной петли и полого поднимающейся основной кривой намагничивания. Магнитомягкие материалы (электротехнические стали, железоникелевые сплавы, ферриты) определяют малые потери в сердечнике и применяются в устройствах, предназначенных для работы при переменных магнитных потоках (трансформаторы, электродвигатели и др.). Магнитотвердые материалы (углеродистые стали, вольфрамовые сплавы и др.) используются для изготовления постоянных магнитов.

Статическая и дифференциальная магнитные проницаемости

Статическая магнитная проницаемость (в справочниках  начальная  и максимальная)


Методика выполнения лабораторных работ по электротехнике