![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
п.3. Принцип действия полупроводникового триода ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2 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:
2) В режиме холостого тока на выходе (J1=0). Аналогично из уравнений (1) и (2) получаем:
по напряжению,
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:
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:
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:
На графиках выбираются участки наиболее близкие к прямолинейным.
Отсюда находятся DJк1, DJк2, DUк затем в соответствии с формулами (10) и (8) определяются:
2) Входных - зависимость тока базы Jd от напряжения Uэ между базой и эмиттером при различных напряжениях Uк на коллекторе:
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:
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.
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
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 5. Почему кривая 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.
|