Исследование полупроводниковых приборов: Методические указания к выполнению лабораторных работ N1,2

ÔÅÄÅÐÀËÜÍÎÅ ÀÃÅÍÒÑÒÂÎ ÏÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈÞ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÎÂÛÕ ÏÐÈÁÎÐΠÌåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ê âûïîëíåíèþ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ¹ 1, 2

СанктПетербург 2005

Ñîñòàâèòåëè: Ñ. È. Çèàòäèíîâ, Ë. À. Îñèïîâ, À. Ì. Ãóñåâ Ðåöåíçåíò êàíäèäàò òåõíè÷åñêèõ íàóê Â. È. Èñàêîâ Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ñîäåðæàò îïèñàíèå äâóõ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ïî êóðñó «Ýëåêòðîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà». Ðàññìàòðèâàåòñÿ òåîðèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà è áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà. Ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ñòóäåíòîâ, îáó÷àþùèõñÿ ïî ñïåöèàëüíîñòè 0719 «Èíôîðìàöèîííûå ñèñòåìû è òåõíîëîãèè». Ïîäãîòîâëåíû êàôåäðîé âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí è êîìïëåêñîâ è ðåêîìåíäîâàíû ê èçäàíèþ ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèì ñîâåòîì Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà àýðîêîñìè÷åñêîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ.

Ðåäàêòîð À. Ì. Êàðòóõèíà Êîìïüþòåðíàÿ âåðñòêà Î. È. Áóðäèíîé Ïîäïèñàíî ê ïå÷àòè 23.08.05. Ôîðìàò 60´84 1/16. Áóìàãà îôñåòíàÿ. Ïå÷àòü îôñåòíàÿ. Óñë. ïå÷. ë. 0,75. Ó÷.-èçä. ë. 0,63. Òèðàæ 150 ýêç. Çàêàç ¹ Ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèé îòäåë Îòäåë ýëåêòðîííûõ ïóáëèêàöèé è áèáëèîãðàôèè áèáëèîòåêè Îòäåë îïåðàòèâíîé ïîëèãðàôèè ÃÓÀ Ï 190000, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, óë. Á. Ìîðñêàÿ, 67

© ÃÎÓ ÂÏÎ «ÑÏáÃÓÀÏ», 2005

2

ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÀß ÐÀÁÎÒÀ ¹ 1 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÎÂÎÃÎ ÄÈÎÄÀ

Öåëü ðàáîòû: èçó÷åíèå è ïðàêòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ðàáîòû è õàðàêòåðèñòèê ïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà. 1. ÎÁÙÈÅ ÑÂÅÄÅÍÈß Î ÏÎËÓÏÐÎÄÍÈÊÎÂÛÕ ÄÈÎÄÀÕ

Ïðè ðàçðàáîòêå è ïîñòðîåíèè ðàçíîîáðàçíûõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ ïîëóïðîâîäíèêîâûå äèîäû íàõîäÿò ñàìîå øèðîêîå ïðèìåíåíèå. Ïîëóïðîâîäíèêîâûå äèîäû èçãîòàâëèâàþòñÿ èç ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëî⠖ ãåðìàíèÿ è êðåìíèÿ. Ñîîòâåòñòâåííî, ïîëóïðîâîäíèêîâûå äèîäû äåëÿòñÿ íà ãåðìàíèåâûå è êðåìíèåâûå. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàíà ñòðóêòóðà àòîìà ÷èñòîãî ïîëóïðîâîäíèêà. Çîíà ïðîâîäèìîñòè Çàïðåùåííàÿ çîíà Âàëåíòíàÿ çîíà ßäðî

Ðèñ. 1

 âàëåíòíîé çîíå ïî îïðåäåëåííûì îðáèòàì âîêðóã ÿäðà âðàùàþòñÿ ýëåêòðîíû. Îáùèé îòðèöàòåëüíûé çàðÿä ýëåêòðîíîâ ðàâåí ïîëîæèòåëüíîìó çàðÿäó ÿäðà.  ðåçóëüòàòå àòîì ïîëóïðîâîäíèêà ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêè íåéòðàëüíûì. Ìåæäó çîíîé ïðîâîäèìîñòè è âàëåíòíîé çîíîé íàõîäèòñÿ çàïðåùåííàÿ çîíà, â ïðåäåëàõ êîòîðîé íå ìîãóò äëèòåëüíîå âðåìÿ íàõîäèòüñÿ ýëåêòðîíû, ïîêèíóâøèå ïî êàêîé-ëèáî ïðè÷èíå âàëåíòíóþ çîíó. Ïðè t = 0 Ê çîíà ïðîâîäèìîñòè ïîëóïðîâîäíèêà ïóñòà.  ýòîì ñëó÷àå ïîëóïðîâîäíèê ÿâëÿåòñÿ äèýëåêòðèêîì. Ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû ýëåêòðîíû âàëåíòíîé çîíû ìîãóò ïðåîäîëåòü çàïðåòíóþ çîíó è ïîïàñòü â çîíó ïðîâîäèìîñòè. Ïðè ýòîì ïîëóïðîâîäíèê íà÷èíàåò ïðîâîäèòü ýëåêòðè÷åñêèé òîê – ýòî ñîáñòâåííàÿ ïðîâîäèìîñòü ïîëóïðîâîäíèêîâ. 3

Óäåëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîâîäèìîñòü ÷èñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìàòåðèàëîâ êîëåáëåòñÿ â ïðåäåëàõ 10 112 –10 1 Ñì/ñì. Ïðèðîäà ñîáñòâåííîé ïðîâîäèìîñòè çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Ýëåêòðîíû, âðàùàþùèåñÿ âîêðóã ÿäðà àòîìà ïîëóïðîâîäíèêà, ìîãóò íàõîäèòüñÿ íà ðàçëè÷íûõ îðáèòàõ (îáîëî÷êàõ).  àòîìå ãåðìàíèÿ âñåãî 32 ýëåêòðîíà, èç íèõ 28 íàõîäÿòñÿ íà âíóòðåííèõ îðáèòàõ è ïðî÷íî óäåðæèâàþòñÿ. Ó êðåìíèÿ âñåãî 14 ýëåêòðîíîâ, èç íèõ 10 íàõîäÿòñÿ íà âíóòðåííèõ îðáèòàõ. Âî âíåøíèõ îáîëî÷êàõ àòîìû ãåðìàíèÿ è êðåìíèÿ èìåþò ïî ÷åòûðå ýëåêòðîíà, ñëàáî óäåðæèâàåìûõ íà îðáèòàõ. Èìåííî ýòè ÷åòûðå ýëåêòðîíà àòîìà ãåðìàíèÿ è êðåìíèÿ ìîãóò ïîêèíóòü ñâîè îðáèòû è ñòàòü ñâîáîäíûìè. Åñëè ýëåêòðîí ïîêèäàåò àòîì è ïîïàäàåò â çîíó ïðîâîäèìîñòè, òî àòîì ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûì, è ãîâîðÿò, ÷òî îáðàçîâàëàñü äûðêà, ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííàÿ. Åå ìîæåò çàìåñòèòü äðóãîé ýëåêòðîí. Òàêèì îáðàçîì, â ìàòåðèàëå èäåò ïðîöåññ îáðàçîâàíèÿ äûðîê è õàîòè÷åñêîå äâèæåíèå ýëåêòðîíîâ. Ïðè ýòîì ñðåäíèé òîê ðàâåí íóëþ. Ïðè t > 0 Ê ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû è äûðêè îáðàçóþòñÿ ïîïàðíî. Ýòîò ïðîöåññ íàçûâàåòñÿ ãåíåðàöèåé ïàðû. Ïðîöåññ çàõâàòà äûðêîé ñâîáîäíîãî ýëåêòðîíà íàçûâàåòñÿ ðåêîìáèíàöèåé. Ïðîìåæóòîê âðåìåíè ñ ìîìåíòà ãåíåðàöèè çàðÿäîâ äî èõ ðåêîìáèíàöèè íàçûâàåòñÿ âðåìåíåì æèçíè. Ïîä äåéñòâèåì âíåøíåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ çàðÿäû â ïîëóïðîâîäíèêå íà÷èíàþò äâèãàòüñÿ, ò. å. ïîÿâëÿåòñÿ ñîáñòâåííàÿ ïðîâîäèìîñòü èëè äðåéô. Ñîçäàííûé äðåéôîì çàðÿäîâ òîê íàçûâàåòñÿ äðåéôîâûì. Ýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëóïðîâîäíèêîâ çàâèñÿò îò ñîäåðæàíèÿ â íèõ àòîìîâ ïðèìåñåé. Ïðèìåñè äåëÿòñÿ íà äîíîðíûå è àêöåïòîðíûå. Äîíîðíûå ïðèìåñè.  êà÷åñòâå äîíîðíîé ïðèìåñè äëÿ ãåðìàíèÿ è êðåìíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ñóðüìà, ó êàæäîãî àòîìà êîòîðîé íà âíåøíèõ îðáèòàõ èìååòñÿ ïî ïÿòü ýëåêòðîíîâ, ñëàáî ñâÿçàííûõ ñ ÿäðîì. Ïðè ìàëîì ñîäåðæàíèè ïðèìåñåé àòîìû ïðèìåñè âçàèìîäåéñòâóþò ñ àòîìàìè ïîëóïðîâîäíèêà òîëüêî ÷åòûðüìÿ ñâîèìè ýëåêòðîíàìè, îòäàâàÿ ïÿòûé â çîíó ïðîâîäèìîñòè. ×åì áîëüøå ïðèìåñåé, òåì áîëüøå ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ.  òàêîì ïîëóïðîâîäíèêå òîê ñîçäàåòñÿ äâèæåíèåì ýëåêòðîíîâ. Ýòî ïîëóïðîâîäíèêè n-òèïà («íåãàòèâ» – îòðèöàòåëüíûé) ñ ýëåêòðîííîé ïðîâîäèìîñòüþ. Àêöåïòîðíûå ïðèìåñè. Ïðèìåñè, àòîìû êîòîðûõ îòáèðàþò ýëåêòðîíû ó ïîëóïðîâîäíèêà è ñîçäàþò ïðèìåñíóþ äûðî÷íóþ ïðîâîäèìîñòü, íàçûâàþòñÿ àêöåïòîðíûìè.  êà÷åñòâå àêöåïòîðíûõ ïðèìåñåé îáû÷íî èñïîëüçóþò èíäèé, ó êîòîðîãî êàæäûé àòîì èìååò òðè ýëåêòðîíà íà âíåøíèõ îðáèòàõ. Åñëè â 4

÷èñòûé ïîëóïðîâîäíèê ââåñòè àòîìû èíäèÿ, òî äëÿ ïîëíîé ñâÿçè ñ àòîìàìè ïîëóïðîâîäíèêà íóæíû ÷åòûðå ýëåêòðîíà, ò. å. îäíîãî ýëåêòðîíà íå õâàòàåò, è â ýòîì ìåñòå îáðàçóåòñÿ äûðêà, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü çàïîëíåíà ýëåêòðîíîì. ×åì áîëüøå áóäåò ïðèìåñè èíäèÿ, òåì áîëüøå áóäåò íå õâàòàòü ýëåêòðîíîâ, è ýëåêòðîíû ìîãóò äâèãàòüñÿ îò äûðêè ê äûðêå. Ýòî ïîëóïðîâîäíèêè ñ äûðî÷íîé ïðîâîäèìîñòüþ ð-òèïà («ïîçèòèâ» – ïîëîæèòåëüíûé). Îñíîâíûå ñâîéñòâà ð-n-ïåðåõîäà. Åñëè ñîåäèíèòü ïîëóïðîâîäíèêè ðàçëè÷íîé ïðîâîäèìîñòè, òî ãðàíè÷íûé ñëîé ìåæäó äâóìÿ îáëàñòÿìè íàçûâàåòñÿ ð-n-ïåðåõîäîì (ýëåêòðîííî-äûðî÷íûé ïåðåõîä, ðèñ. 2). Äûðêè

Ïîëóïðîâîäíèê n-òèïà

Ïîëóïðîâîäíèê p-òèïà

Ýëåêòðîíû

p-n-ïåðåõîä Ðèñ. 2

Åñëè íà ïîëóïðîâîäíèêè ïîäàòü îò èñòî÷íèêà ýëåêòðîýíåðãèè ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå òàêèì îáðàçîì, ÷òî ïîëîæèòåëüíûé ïîòåíöèàë áóäåò ïðèëîæåí ê ïîëóïðîâîäíèêó n-òèïà, à îòðèöàòåëüíûé ïîòåíöèàë ê ïîëóïðîâîäíèêó ð-òèïà (ðèñ. 3), òî ýëåêòðîíû â ïîëóïðîâîäíèêå n-òèïà îòòÿíóòñÿ ê ïîëîæèòåëüíîìó ïîëþñó, à äûðêè â ïîëóïðîâîäíèêå ð-òèïà – ê îòðèöàòåëüíîìó ïîëþñó. p

Àíîä

p-n-ïåðåõîä

A

n

Êàòîä K

E Ðèñ. 3

5

Ïðè ýòîì ð-n -ïåðåõîä ðàñøèðÿåòñÿ è ïðåâðàùàåòñÿ â îáëàñòü, ïðàêòè÷åñêè ëèøåííóþ ñâîáîäíûõ çàðÿäîâ.  ðåçóëüòàòå òîê â ïîëóïðîâîäíèêå îòñóòñòâóåò.  ýòîì ñëó÷àå ãîâîðÿò, ÷òî ð-n-ïåðåõîä çàêðûò è îáëàäàåò áîëüøèì ñîïðîòèâëåíèåì (îáðàòíîå ñìåùåíèå ð-n-ïåðåõîäà). Ïðè ñìåíå ïîëÿðíîñòè èñòî÷íèêà ýëåêòðîýíåðãèè (ðèñ. 4) äûðêè è ýëåêòðîíû íà÷íóò âñòðå÷íî äâèãàòüñÿ, ðåêîìáèíèðóÿ â çîíå ð-n-ïåðåõîäà. n

p

Àíîä

Êàòîä

A

K

Iïð E Ðèñ. 4

Òàêèì îáðàçîì, â çàìêíóòîé öåïè ïîÿâèòñÿ ïðÿìîé òîê Iïð , âåëè÷èíà êîòîðîãî çàâèñèò îò ÝÄÑ èñòî÷íèêà ýëåêòðîýíåðãèè Å (ð-n-ïåðåõîä ñìåùåí â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè). Íà ðèñ. 5 äàíî îáîçíà÷åíèå äèîäà íà ýëåêòðè÷åñêèõ ïðèíöèïèàëüíûõ ñõåìàõ. Íà ðèñ. 6 ïîêàçàíà âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äèîäà. Iïð

Àíîä

1

Êàòîä 0 Ðèñ. 5

Å Ðèñ. 6

Ïðè ìàëûõ çíà÷åíèÿõ Å çàâèñèìîñòü âåëè÷èíû òîêà Iïð îò Å íîñèò íåëèíåéíûé õàðàêòåð.  ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå òåîðåòè÷åñêè èçó÷àåòñÿ óñòðîéñòâî è ðàáîòà ïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà, à òàêæå íà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòà6

íîâêå èññëåäóåòñÿ åãî âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà-çàâèñèìîñòü òîêà äèîäà îò íàïðÿæåíèÿ ìåæäó àíîäîì è êàòîäîì: IÄ = f(UÀÊ). Óñòðîéñòâî è ðàáîòà ïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà èçëîæåíû â òåêñòå ëåêöèé è â [1]. 2. ÏÐÀÊÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÂÎËÜÒ-ÀÌÏÅÐÍÎÉ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÈ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÎÂÎÃÎ ÄÈÎÄÀ

Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè äèîäà îñóùåñòâëÿåòñÿ íà ëàáîðàòîðíîì ìàêåòå. Ïðè ýòîì äëÿ êàæäîãî çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ ìåæäó àíîäîì è êàòîäîì UÀÊ íåîáõîäèìî èçìåðèòü âåëè÷èíó òîêà äèîäà IÄ. Äàííûå èññëåäîâàíèé çàíåñòè â ñëåäóþùóþ òàáëèöó.

123245675 859 3 28 6 84567  845675 112 272 2 3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2

4

6

8

1

12

14

16

18

Ïðè ýòîì ïåðâîìó ïîëîæåíèþ ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ UÀÊ ñîîòâåòñòâóåò êðàéíÿÿ ëåâàÿ òî÷êà íà øêàëå ðåãóëÿòîðà. 3. ÑÎÄÅÐÆÍÈÅ ÎÒ×ÅÒÀ

1. Òèòóëüíûé ëèñò. 2. Öåëü ðàáîòû. 3. Ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè. 4. Òàáëèöà ñ ðåçóëüòàòàìè ïðàêòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé. 5. Âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äèîäà. 6. Âûâîäû ñ îáúÿñíåíèåì ôîðìû âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè. 4. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÇÀÄÀÍÈß

1. Ñîáñòâåííàÿ ïðîâîäèìîñòü ïîëóïðîâîäíèêîâ. 2. Ïðèìåñíàÿ ïðîâîäèìîñòü ïîëóïðîâîäíèêîâ. 3. Ïîíÿòèå è îáùèå õàðàêòåðèñòèêè p-n-ïåðåõîäà. 4. P-n-ïåðåõîä â îòñóòñòâèå âíåøíåãî íàïðÿæåíèÿ. 7

5. Ñâîéñòâà p-n-ïåðåõîäà ïðè îáðàòíîì ñìåùåíèè. 6. Ñâîéñòâà p-n-ïåðåõîäà ïðè ïðÿìîì ñìåùåíèè. 7. Ïîíÿòèå äèôôóçèîííîé è áàðüåðíîé åìêîñòåé äèîäà. 8. Êîíñòðóêöèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâîãî äèîäà. 9. Îáúÿñíèòü ôîðìó âîëüò-àìïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè äèîäà. 10. Âëèÿíèå òåìïåðàòóðû íà ïðÿìîé è îáðàòíûé òîêè äèîäà.

ËÀÁÎÐÀÒÎÐÍÀß ÐÀÁÎÒÀ ¹ 2 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÎÂÎÃÎ ÁÈÏÎËßÐÍÎÃÎ ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÀ

Öåëü ðàáîòû: èçó÷åíèå è ïðàêòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ðàáîòû è õàðàêòåðèñòèê ïîëóïðîâîäíèêîâîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà. 1. ÎÁÙÈÅ ÑÂÅÄÅÍÈß Î ÏÎËÓÏÐÎÄÍÈÊÎÂÛÕ ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÀÕ

Áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû ñîçäàþòñÿ ïóòåì ñîåäèíåíèÿ òðåõ ïîëóïðîâîäíèêîâ ðàçëè÷íîé ïðîâîäèìîñòè (ðèñ. 1, 2). n-p-n

p-n-p Ý

p Á Ðèñ. 1

Ê Ý

n

p

n Á

Ê 1111

Ðèñ. 2

Ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêîâ ìåòàëëèçèðóþòñÿ, è ê íèì ïðèïàèâàþòñÿ âûâîäû. Ïðè ýòîì îáðàçóþòñÿ òðè ýëåêòðîäà (âûâîäà): Ý – ýìèòòåð, Á – áàçà, Ê – êîëëåêòîð. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàí ïîëóïðîâîäíèêîâûé áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð òèïà ð-n-ð, à íà ðèñ. 2 – òðàíçèñòîð òèïà n-p-n. Íà ðèñ. 3 è 4 ïðèâåäåíû ñõåìû ïîäêëþ÷åíèÿ âíåøíèõ èñòî÷íèêîâ ýëåêòðîýíåðãèè ê òðàíçèñòîðàì ðàçëè÷íîé ïðîâîäèìîñòè. Èñòî÷íèê ýëåêòðîýíåðãèè ÅÁ ñîçäàåò íàïðÿæåíèå ìåæäó áàçîé è ýìèòòåðîì, èñòî÷íèê ÅÊ ñîçäàåò íàïðÿæåíèå ìåæäó êîëëåêòîðîì è ýìèòòåðîì. 8

Ê

Ê

p Á

n

n

ÅÊ

p

ÅÁ

p

Á

ÅÊ

n

ÅÁ Ý

Ý

Ðèñ. 3

Ðèñ. 4

Ïðèíöèï ðàáîòû áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà ðàññìîòðèì íà ïðèìåðå òðàíçèñòîðà p-n-p-òèïà. Ïîä äåéñòâèåì èñòî÷íèêà ÅÁ áàçî-ýìèòòåðíûé ïåðåõîä íàõîäèòñÿ â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè (ðèñ. 5). IÊ

Ê p IÁ n

Á

ÅÊ

p

ÅÁ Ý

IÝ Ðèñ. 5

 ðåçóëüòàòå äûðêè èç îáëàñòè ýìèòòåðà óñòðåìëÿþòñÿ â áàçó, ãäå ÷àñòü èç íèõ, ðåêîìáèíèðóÿñü, îáðàçóþò òîê áàçû IÁ. Ïîòîê äûðîê â ýìèòòåðå ñîçäàåò áîëüøîé òîê ýìèòòåðà IÝ. Ïîä äåéñòâèåì èñòî÷íèêà 9

ÅÊ èç áàçû áîëüøàÿ ÷àñòü äûðîê îòòÿãèâàåòñÿ â îáëàñòü êîëëåêòîðà, îáðàçóþ áîëüøîé òîê êîëëåêòîðà IÊ. Ïðè ýòîì ñîáëþäàåòñÿ ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèå: IÝ = IÊ + IÁ, IÁ << IÊ, IÝ. Òðàíçèñòîð õàðàêòåðèçóåòñÿ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ ïî òîêó b = IÊ / IÁ, çíà÷åíèå êîòîðîãî êîëåáëåòñÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ òèïîâ òðàíçèñòîðà îò íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ äî íåñêîëüêèõ ñîòåí. Òàêèì îáðàçîì, óïðàâëÿÿ ñ ïîìîùüþ èñòî÷íèêà ÅÁ ìàëûì òîêîì áàçû IÁ, ìîæíî îñóùåñòâëÿòü óïðàâëåíèå äîñòàòî÷íî áîëüøèì òîêîì ýìèòòåðà IÝ è êîëëåêòîðà IÊ. Íà ïðèíöèïèàëüíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ñõåìàõ áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû òèïà p-n-p- è òèïà n-p-n èçîáðàæàþòñÿ ñîîòâåòñòâåííî ñëåäóþùèì îáðàçîì (ðèñ. 6, 7): Ê Á

Á

Ý

Ý

Ðèñ. 6

Ðèñ. 7

Ñâîéñòâà òðàíçèñòîðîâ îïðåäåëÿþòñÿ âõîäíûìè è âûõîäíûìè âîëüòàìïåðíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè. Íà ðèñ. 8 ïîêàçàíà òèïîâàÿ âõîäíàÿ âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ìàëîìîùíîãî òðàíçèñòîðà, îïðåäåëÿþùàÿ çàâèñèìîñòü òîêà áàçû IÁ îò íàïðÿæåíèÿ ìåæäó áàçîé è ýìèòòåðîì UÁÝ ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè UÊÝ. IÁ

1

UÊÝ = const 0,5 ìÀ

0

0,5 B Ðèñ. 8

10

UÁÝ

Ñåìåéñòâî òèïîâûõ âûõîäíûõ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê ìàëîìîùíîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà ïðèâåäåíî íà ðèñ. 9. IÊ 50 ìÀ

IÁ5 = 1 ìÀ IÁ4 IÁ3

25 ìÀ

IÁ2 IÁ1 IÁ0 = 0,05 ìÀ 0

5Â

10 Â U ÊÝ

Ðèñ. 9

Âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïîêàçûâàåò çàâèñèìîñòü òîêà êîëëåêòîðà IÊ îò íàïðÿæåíèÿ ìåæäó êîëëåêòîðîì è ýìèòòåðîì UÊÝ ïðè ïîñòîÿííîì òîêå áàçû IÁ.  ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå òåîðåòè÷åñêè èçó÷àåòñÿ óñòðîéñòâî è ðàáîòà áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, à òàêæå íà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêå èññëåäóåòñÿ åãî âûõîäíàÿ âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà-çàâèñèìîñòü òîêà êîëëåêòîðà îò òîêà áàçû äëÿ ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ ìåæäó êîëëåêòîðîì è ýìèòòåðîì: IÊ = f(IÁ). Óñòðîéñòâî è ðàáîòà áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà èçëîæåíû â òåêñòå ëåêöèé è â [1]. 2. ÏÐÀÊÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÂÎËÜÒ-ÀÌÏÅÐÍÎÉ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÈ ÁÈÏÎËßÐÍÎÃÎ ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÀ

Ýêñïåðèìåíòàëüíîå èññëåäîâàíèå âûõîäíûõ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà îñóùåñòâëÿåòñÿ íà ëàáîðàòîðíîì ìàêåòå. Ïðè ýòîì äëÿ êàæäîãî çíà÷åíèÿ òîêà áàçû IÁ íåîáõîäèìî èçìåðèòü âåëè÷èíó òîêà êîëëåêòîðà IÊ äëÿ ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ ìåæäó êîëëåêòîðîì è ýìèòòåðîì UÊÝ. Äàííûå èññëåäîâàíèé çàíåñòè â ñëåäóþùóþ òàáëèöó. 11

123245675895 3 29 69 4567 8112 9 4567581128 2882 38

5 1

15 2

25 3

1

2

3

4

5

6

7

8

9 1 11 12 13

25 5 1

2

3 4

5

6

7

282335 2932 48

8

9 1 11



Ïðè ýòîì ïåðâîìó ïîëîæåíèþ ðåãóëÿòîðà òîêà áàçû (IÁ = 0,5 ìÀ) ñîîòâåòñòâóåò êðàéíÿÿ ëåâàÿ òî÷êà íà øêàëå ðåãóëÿòîðà òîêà áàçû. Òîêó áàçû IÁ = 1 ìÀ ñîîòâåòñòâóåò ñëåäóþùàÿ òî÷êà íà øêàëå ðåãóëÿòîðà òîêà áàçû è ò. ä. Îäíîâðåìåííî ïåðâîìó ïîëîæåíèþ ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ UÊÝ ñîîòâåòñòâóåò ëåâàÿ êðàéíÿÿ òî÷êà íà øêàëå ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ UÊÝ. 3. ÑÎÄÅÐÆÍÈÅ ÎÒ×ÅÒÀ

1. Òèòóëüíûé ëèñò. 2. Öåëü ðàáîòû. 3. Ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè. 4. Òàáëèöà ñ ðåçóëüòàòàìè ïðàêòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé. 5. Ñåìåéñòâî âûõîäíûõ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê òðàíçèñòîðà. 6. Âûâîäû âûõîäíûõ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê. 4. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÇÀÄÀÍÈß

1. Êîíñòðóêöèÿ áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà. 2. Ïðèíöèï ðàáîòû áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà. 3. Ôîðìà âûõîäíûõ âîëüò-àìïåðíûõ õàðàêòåðèñòèê. Áèáëèîãðàôè÷åñêèé ñïèñîê 1. Çèàòäèíîâ Ñ. È. è äð. Ýëåêòðîííûé óñèëèòåëü íà áèïîëÿðíîì òðàíçèñèòîðå: Ìåòîä. óêàç. ê âûïîëíåíèþ ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû / ÃÓÀÏ. ÑÏá., 2000. 2. Ãóñåâ Â. Ã., Ãóñåâ Þ. Ì. Ýëåêòðîíèêà. Ì.: Âûñø. øê., 1991. 12