Лабораторная работа "Транзистор и измерение его статического коэффициента усиления"
Теоретический материал. Транзистор изготовлен из пластинки (кристалла) германия, в грани которой вплавлены атомы индия (рис. 104). В результате в пластинке образуются три области: эмиттер Э, база Б, коллектор К, на границах которых выделяют два электронно-дырочных перехода: эмиттерный Э — Б, коллекторный Б — К (рис. 105). В зависимости от комбинации включения областей с р- и п-проводимостями различают транзисторы структуры n — р — n (рис. 105) и р — n — р (рис. 106). Принцип действия транзисторов обеих структур одинаков, отличие состоит в полярности подключения источника питания. Так как в транзисторах структуры n — p — n основными носителями тока являются электроны, то к коллектору транзистора подводят «минус» источника тока, а к эмиттеру — «плюс».
Рис. 104
Рис. 105
Рис. 106
Каждый переход транзистора можно рассматривать как полупроводниковый диод, а в целом транзистор — как бы состоящим из двух диодов, соединенных в зависимости от структуры анодами (рис. 107) или катодами (рис. 108). При этом точка соединения диодов соответствует выводу базы транзистора.
Рис. 107
Рис. 108
В основу принципа действия транзистора положен эффект влияния базы на прохождение носителей тока (дырок, электронов) из области эмиттера в область коллектора через область базы. При подключении источника питания (рис. 109) переход Э — Б включен в прямом (пропускном) направлении и через него протекает ток. Базовая область в транзисторе имеет малую толщину, поэтому носители тока, попадая в нее, оказываются под воздействием относительно высокого напряжения коллектора. Благодаря этому они приобретают значительную скорость и преодолевают сопротивление коллекторного перехода.
Рис. 109
В результате основная часть носителей тока из области Э, пройдя через область Б, переходит в область К и обеспечивает коллекторный ток. Незначительное увеличение напряжения на переходе Э — Б (это аналогично прохождению тока через диод, включенный в прямом направлении) ведет к увеличению числа носителей тока, поступающих из области эмиттера в области коллектора и базы. Для транзистора р — п — р-типа (см. рис. 109) подача небольшого отрицательного напряжения (до 1 В) на эмиттерный переход («плюс» на эмиттер, «минус» на базу) приводит к открытию этого перехода и движению дырок из эмиттера в базу. Небольшая часть дырок рекомбинирует (поглощается) при встречах с электронами в базе и тем самым создает ток базы (Iб). Основная же часть дырок достигает коллекторного перехода и создает ток в цепи коллектора (Iк). В итоге транзистор можно рассматривать как устройство, распределяющее ток, протекающий через эмиттер в заданном соотношении между базой и коллектором.
Рис. 110
Рис. 111
Учитывая, что напряжение, подводимое к базе, гораздо меньше напряжения, подводимого к коллектору, а произведение силы тока на напряжение — это мощность тока, можно сделать вывод, что малая входная мощность управляет большой выходной. Это значит, что транзистор обладает усилительными свойствами. Коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером (рис. 110) показывает, во сколько раз коллекторный ток больше базового тока:
β= I к / I б . Для измерения статического коэффициента усиления транзистора, включенного в цепь с общим эмиттером, необходимо измерить токи коллектора и базы при постоянном напряжении между коллектором и эмиттером (рис. 111). Эта процедура длительная, требующая разных измерительных приборов и источников тока. В настоящее время статический коэффициент усиления транзистора измеряют прямым и простым методом, т. е. с помощью цифрового мультиметра. Цель работы: определить структуру и выводы транзисторов, измерить статический коэффициент усиления транзистора. Приборы и материалы: адаптер, мультиметр M890G, резистор на 22 кОм (из комплекта для сборки детекторного радиоприемника), провода соединительные. Указания к работе: 1. Переведите мультиметр в разряд омметра. 2. Подключите омметр к эмиттеру и базе транзистора и, меняя полярность включения, убедитесь в односторонней проводимости перехода Э — Б. Аналогично установите одностороннюю проводимость перехода Б — К. Измерьте прямые сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов. Результаты измерений занесите в таблицу 40.
Таблица 40 Тип транзистора
Сопротивление R перехода Э — Б, Ом
Сопротивление R перехода Б — К, Ом прямое
обратное
прямое
обратное
3. Установите омметр на предел измерения «МОм» и измерьте обратные сопротивления обоих переходов транзистора. Примечание. Если при малом сопротивлении переходов транзистора плюсовой щуп омметра касался одного и того же вывода, то это вывод базы и транзистор имеет структуру n — р — п. Если в данной ситуации этого вывода касался минусовой щуп, то транзистор имеет структуру р — n — р. 4. Измерьте статический коэффициент усиления транзистора. Для этого переключатель функции мультиметра переведите в положение «hFE» и выводы транзистора вставьте в соответствующие гнезда панельки.
Рис. 112
Рис. 113
5. Определите соответствие выводов эмиттера и коллектора, поскольку базовый вывод был уже определен ранее (см. примечание). Собирают электрические цепи (рис. 112) для транзистора n — р — п или цепи (рис. 113) для транзистора р — п — р. Правильному выбору выводов коллектора и эмиттера соответствует меньшее сопротивление, фиксируемое омметром. 6. Подключите в гнезда панельки («Е» — эмиттер, «В» — база, «С» — коллектор), и на дисплее мультиметра появится число — коэффициент усиления транзистора, включенного в цепь с общим эмиттером.
