Pho.rs: Транзистор

Условие

Оборудование

Оборудование

Биполярный транзистор $\times 4$
Резистор $130~кОм$
Резистор $100~Ом$
Резистора $2.7~кОм$ $\times2$
Резистора $1~кОм$ $\times2$
Переменный резистор $100~кОм$
Светодиод $\times2$
Конденсатор $1~мкФ$ $\times 2$
Макетная плата
Батарейка $9~В$ с колодкой
Мультиметр $\times 2$
Генератор
Осциллограф
Соединительные провода (перемычки, банан–папа $\times4$, BNC–банан $\times3$)

Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор с тремя выводами, подключенными к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают $n-p-n$ и $p-n-p$ транзисторы (известно, что $p-n$ переход открыт при подключении «плюса» к $p$-области и «минуса» к $n$-области). Вывод соответствующий центральному слою называется база, два других вывода – коллектор и эмиттер (рис. 1).

Рис. 1

Внимание! Для определения выводов и типа транзистора подавайте на него напряжение не более $2~В$.

1a Найдите вывод базы транзистора. Зарисуйте схему измерений.

1b Определите тип транзистора: $p-n-p$ или $n-p-n$.

Несмотря на то, что выводы коллектор и эмиттер подключены к областям с одинаковой проводимостью, они имеют разное назначение и свойства. Это достигается тем, что площадь контакта база–эмиттер значительно меньше площади база-коллектор. Для того, чтобы в цепи коллектор–эмиттер пошел ток, необходимо «открыть» транзистор. Для «открытия» транзистора между выводами база–эмиттер прикладывают разность потенциалов так, чтобы переход база–эмиттер был открыт, а переход коллектор–база закрыт. В этом режиме проявляется основное свойство транзистора: через базу течёт небольшой ток, который может управлять большим током коллектора.

Внимание! В дальнейшем следите за тем, чтобы суммарный ток через транзистор не превышал $100~мА$.

Рис. 2

2 Найдите выводы эмиттера и коллектора. Для этого соберите цепь по схеме рис. 2. Снимите зависимость тока коллектора $I_\text{К}$ от тока базы $I_\text{Б}$. Вычислите коэффициент усиления по току $h_{21\text{Э}}=I_\text{К}/I_\text{Б}$.
Теперь поменяйте местами выводы эмиттера и коллектора. Снимите аналогичную зависимость и вычислите коэффициент усиления $h_{21\text{К}}=I_\text{Э}/I_\text{Б}$. Должно получиться $h_{21\text{Э}} > h_{21\text{К}}$. Схематически укажите выводы транзистора.

Рис. 3

3 Соберите цепь по схеме рис. 3. Снимите зависимость тока коллектора $I_\text{К}$ от напряжения база–эмиттер $U_\text{БЭ}$.

Рис. 4

4 Соберите усилитель (см. рис. 4, $R_\text{К}=100~\text{Ом}$). Коэффициентом усиления называется величина $K_u=U_\text{вых}/U_\text{вх}$. На вход подавайте синусоидальный сигнал с амплитудой, не превосходящей $0.5~В$. Подберите значение $R_\text{Б}$ в диапазоне $20\ldots230~\text{кОм}$ так, чтобы выходной сигнал был также синусоидальным. Если вы замечаете нелинейные искажения формы сигнала, попробуйте уменьшить амплитуду. Исследуйте зависимость коэффициента усиления $K_u$ от частоты сигнала. Исследуйте весь возможный диапазон частот.

5 Постройте график зависимости $K_u(f)$ в удобных координатах. Определите нижнюю граничную частоту $f_\text{н}$ и верхнюю граничную частоту $f_\text{в}$ (частоты, на которых коэффициент усиления в $\sqrt2$ раз меньше максимального значения).

Рис. 5

6 Соберите схему согласно рис. 5: $R_1=2.7~\text{кОм}$, $R_2=1~\text{кОм}$. Между выходами $\rm X$, $\rm Y$ и землей включите светодиоды. Подавая на входы $\rm A$, $\rm B$ по очереди импульс положительного напряжения (показано пунктиром), опишите, как ведут себя светодиоды. Объясните результаты наблюдений.

Собранная схема называется симметричным статическим триггером с инверсными выходами (с резистивной связью).

Рис. 6

7 Получите выходную характеристику транзистора (зависимость тока коллектора $I_\text{К}$ от напряжения $U_\text{КЭ}$ при фиксированном токе базы). Используйте для этого схему на рис. 6. В качестве резистора, задающего ток базы, используйте резистор $130~кОм$. Зарисуйте схему измерений.