Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



п.3. Принцип действия полупроводникового триода




Читайте также:
  1. I. Конфликт идей и принципов
  2. I.Создание принципиальной схемы.
  3. II. Некоторые механизмы нейросигнального взаимодействия между особями и популяциями палеоантропов
  4. III. Для философии необходима наука, определяющая возможность, принципы и объем всех априорных знаний
  5. III. Принципы Файоля
  6. Oslash; 1.3. Принципы обмена данными между Windows-программами
  7. S:Устанавливается защита листа. Какие действия нельзя будет выполнить после установки защиты?
  8. V. Все теоретические науки, основанные на разуме, содержат априорные синтетические суждения как принципы
  9. V. Работа по подготовке к действиям в чрезвычайных ситуациях
  10. VIII. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ СОГЛАШЕНИЯ.

Полупроводниковый триод можно рассматривать как систему из двух р-п переходов (2-х диодов), соединенных последовательно навстречу друг другу. Эту систему называют р-п-р (или п-р-п) переходом. (рис.2).

 

 

Рис.2. Схема полупроводниковых триодов.

 

Триод состоит из двух слоев примесного полупроводника одного типа разделенных тонкой прослойкой того же полупроводника другого типа проводимости.

Эта прослойка имеет форму тонкой пленки значительной площади сечения и поэтому рассматриваемые триоды называют плоскостными, в отличие от точечных триодов, в которых площадь сечения р-п-р перехода является весьма незначительной. Принцип действия плоскостных и точечных триодов одинаков.

Рассмотрим механизм усиления триодом на примере р-п-р транзистора, который представляет собой кристалл, в котором существует три области проводимости: две крайние - с дырочной проводимостью р и одну среднюю - с электронной п. На рис.3. представлена идеализированная схема транзистора.

При отсутствии внешних напряжений на границах средней области образуются контактные разности потенциалов Uэ и Uк, условно показанные на рис.3 в виде батарей. Контакты, соединяющие указанные 3 области с внешней цепью, называются эмиттером Э, коллектором К, базой Б. Транзистор включен по схеме с общей базой. Источник усиливаемого напряжения Uвх включается в цепь эмиттера, а сопротивление нагрузки Rм в цепь коллектора.

 

Рис.3.

 

Не вдаваясь в подробности, рассмотрим принцип действия транзистора. Подключение батареи eэ компенсирует контактную разность потенциалов Uэ. В этом случае дырки из области эмиттера двигаются в область базы. При этом эмиттер как бы инжектирует дырки в базу. В этом отношении он подобен катоду электронной лампы.

Если включено также напряжение eк между коллектором и базой, то тем самым будет создано электрическое поле между эмиттером и коллектором. Под действием этого поля дырки, инжектированные в базу, будут продолжать свое движение по направлению к коллекторному переходу и, дойдя до него, будут втянуты в коллектор.

Следует иметь в виду, что коллекторный переход не препятствует, а помогает указанному (слева направо) движению дырок. Он является запорным только для перемещения дырок в обратном направлении из коллектора в базу и сдерживает переход электронов из базы в коллектор.



Если входное напряжение меняется во времени по определенному закону Uвх=f(t), то количество перешедших в базу дырок, а следовательно, и коллекторный ток будут меняться по тому же закону (линейному режиму).

Плоскостной транзистор можно представить в виде четырехполюсника (рис.4). Напряжение на входе U1 и ток на выходе J2 связаны с напряжением на выходе U2 и током на входе J1 уравнениями:

 

U1 = h11J1 + h12U2, (1)

 

J2 = h21J1 + h22U2. (2)

 

 

h11, h12, h21, h22 - параметры четырехполюсника, которые необходимо определить для полной его характеристики.

Параметры транзистора, являющегося четырехполюсником, наиболее просто найти из уравнений в двух режимах работы транзистора.

1) В режиме короткого замыкания на выходе (U2=0). Из уравнений (1) и (3) получаем:

- входное сопротивление транзистора,

- коэффициент усиления по току.

2) В режиме холостого тока на выходе (J1=0). Аналогично из уравнений (1) и (2) получаем:



- обратный коэффициент усиления транзистора

по напряжению,

- проводимость транзистора.

Наряду с рассматриваемой схемой включения транзистора с общей базой, существуют схемы с общим коллектором и общим эмиттером. Очевидно, для каждого из трех способов включения транзистора параметры h11, h12, h21, h22 будут отличаться друг от друга.

Таким образом, существуют следующие параметры:

h11d, h12d, h21d, h22d - общая база,

h11к, h12к, h21к, h22к - общий коллектор,

h11э, h12э, h21э, h22э - общий эмиттер.

Если известны параметры для схемы с общим эмиттером, то параметры для остальных схем включения можно определить из следующих уравнений.

Для схемы с общей базой Б:

; ;

; ; (3)

Для схемы с общим коллектором К:

h11к = h11э; h12к = 1-h12э

h21к = -(1+h21э); h22к = h22э (4)

Параметры транзистора для низких частот можно определить по его стратегическим характеристикам. При этом нет необходимости в трудно осуществимых режимах короткого замыкания и холостого хода. На схеме (рис.5) цепь эмиттера представляет собой вход, а коллектора - выход, т.е. Jб=J1; Uэ=U1; Jк=J2; Uк=U2. Тогда исходные уравнения для четырехполюсника можно представить в виде:

Uэ = h11эJб + h12эUк, (5)

Jк = h21эJб + h22эUк. (6)

 

 

Схема цепи для снятия вольтамперных характеристик триода. В схеме использованы следующие приборы:

ГТ.108 А - германиевый триод,

Ак - милиамперметр на 15 мА для измерения тока через коллектор Jк,

Аб - миллиамперметр на 1 мА для измерения тока через базу,

Vк - вольтметр на 30 В для измерения напряжения Uк между коллектором и базой,



Vэ - вольтметр на 1 В для измерения напряжения эмиттера - база Uэ,

Rк - сопротивление на 1230 Ом,

R1 и R2 - потенциометры, которые приключаются соответственно к селеновому выпрямителю (15 В) и к кенотронному выпрямителю (0,4 В),

К1 и К2 - рубильники.

Рассмотрим теперь 2 условия проведения опыта:

1) Ток в цепи базы не меняется (Jб=const). Дифференцируя уравнение (3) по Uк получаем:

.

Из уравнения (4) имеем:

.

2) Напряжение между коллектором и базой не меняется (Uк=const). Из уравнения (3) и (4) получаем:

; .

В конечных приращениях параметры транзистора можно переписать в виде:

- входное сопротивление транзистора (7),

- коэффициент усиления по току (8),

- коэффициент усиления по напряжению (9),

- выходное сопротивление транзистора (10).

Таким образом, для определения всех параметров достаточно снять семейства характеристик.

1) Выходных - зависимость тока коллектора Jк от напряжения Uк на коллекторе при различных значениях тока Jб в цепи базы: и .

 

На графиках выбираются участки наиболее близкие к прямолинейным.

 

Отсюда находятся DJк1, DJк2, DUк затем в соответствии с формулами (10) и (8) определяются:

- коэффициент усиления по току (11)

- выходное сопротивление транзистора (12)

2) Входных - зависимость тока базы Jd от напряжения Uэ между базой и эмиттером при различных напряжениях Uк на коллекторе: и

 

На графиках выбираются участки наиболее близкие к прямолинейным.

 

Из этого семейства кривых находятся DUd, DUd2, DJd и затем в соответствии с формулами (9) и (7) определяются:

 

- входное сопротивление транзистора (13),

- коэффициент усиления транзистора по напряжению (14).

На графиках выбираются участки наиболее близкие к прямолинейным. Это соответствует режиму работы триода в радиотехнических схемах.

 

п.3. Порядок выполнения работы

Для выполнения работы используется схема с общим эмиттером (рис.5). Схема дается в готовом (собранном) виде.

1. Поставить подвижный контакт потенциометров R1 и R2 в нулевое положение (положение "а" на рис.5).

2. Замкнуть рубильник К1 и потенциометром R1 установить показания миллиамперметра Аd на 20 мА.

3. Замкнуть рубильник К2 и потенциометром R2 установить показания вольтметра Vк на 1 В, измерить ток Jк. Затем, устанавливать последовательно показания вольтметра Vк на 1, 2, 3, 4, 5 В, снять соответственно показания миллиамперметра Ак. При этом следует каждый раз следить за тем, чтобы ток Jd оставался равным 20 мА.

Данные поместите в следующую таблицу.

 

Jd = 20 мА » 2×10-5 А Jd = 40 мА » 4×10-5 А
Uк (В)  
Jк (мА)  

 

 

4. Произвести измерения, аналогичные указанным выше, при токе

Jd = 0,8 мА

На основании полученных данных построить характеристики

Jк = f(Uк) при Jd = const

5. Пользуясь полученными графиками, определить коэффициент усиления по току и выходное сопротивление транзистора (см. формулы (11) и (12) и рис.6).

6. Замкнуть рубильник К2 и установить с помощью потенциометра R2 напряжение на коллекторе Uк = 0 (4) В. В последующем перед каждым измерением проверять значения Uк и в случае изменения устанавливать на 0 и (4) В.

7. Замкнуть рубильник К1 и с помощью потенциометра R1 установить показания вольтметра Vэ на 0,16 В. После этого замерить показания тока через базу Jd. Снять измерения Jd, меняя показания вольтметра Vэ через 0,04 В до значения 0,4 В.

Данные измерения записать в виде таблицы

 

Uк = 0 В Uк = 4 В
Uэ (В)  
Jd1 (мА)  

 

8. Повторить вышеуказанные измерения для постоянного напряжения на коллекторе Uк = 8 В.

По полученным данным построить характеристики

Jd = f(Uэ) при Uк = const

9. Пользуясь полученными графиками, определить входное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению (см. формулы (13), (14) и рис.7).

10. Студенты ЭТФ вычисляют параметры для схем с общей базой и коллектором (см.формулы (3) и (4)).

Контрольные вопросы

1. Каков принцип действия транзистора?

2. Что называется параметрами транзистора и как они определяются?

3. Зависят ли параметры транзистора от способа его включения? Почему?

4. Почему кривая проходит выше кривой ?

5. Почему кривая проходит ниже кривой ?

Литература

1. Яворсккий В.М., Детлаф А.А., Милковская Л.Б.

Курс физики, т.2, 1966, с.394-397.

2. Савельев И.В., Курс общей физики, т.2, 1968, с.221-227.

3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.2, 1972, с.184-186.

4. Дзюбин И. Путешествие в страну лилипутов. М., 1970.


Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 20; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.034 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты