Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технический университет

им.

__________________________________________________________________________

Домашнее задание №1

по курсу

”Электроника и микропроцессорная техника”

(часть 1)

для студентов - факультета БМТ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА.

Кафедра РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА

_____________________________________________________________________

Москва 2013 год

Для заданной марки биполярного транзистора необходимо получить методом моделирования статические выходные и входные характеристики, исследовать влияние температуры на данные характеристики. Провести вычисления параметров транзистора, получить их зависимость от тока, с которым работает транзистор в активном режиме.

Ход выполнения работы.

1.  Ознакомьтесь с паспортными данными заданной марки транзистора.

Паспортные данные на биполярные транзисторы можно найти в справочниках на полупроводниковые приборы [1].

Например, для транзистора КТ315А в [1] приведено:

Рк. max=150 мВт – максимальная рассеиваемая мощность на коллекторном переходе;

fгр³250 МГц – граничная частота усиления;

Uкб. max=25 B – максимальное напряжение между коллектором и базой в отсутствия пробоя перехода;

Uэб. max=6 B – максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе;

Iк. max=100 мА – максимальный коллекторный ток, с превышением которого возможно разрушение коллекторного перехода;

Iкбо£0.5 (10 В) мкА – коллекторный ток при напряжении Uкб=10 В и эмиттерном токе Iэ=0;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

h21э=30…120 (10 В, 1 мА) – коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, измеренный при напряжении Uкб=10 В и токе Iк=1 мА;

Cк£7 (10В)пФ – барьерная емкость коллекторного перехода при напряжении Uкб=10 В;

rкэ. нас£20 Ом – выходное сопротивление транзистора в схеме ОЭ при работе в режиме насыщения;

rб£40 Ом – объемное сопротивление базовой области.

Параметры транзистора Iк. max, Uкб. max и Рк. max определяют диапазон изменения токов и напряжений, в пределах которого возможно проводить натурные исследования статических ВАХ транзистора из условия сохранения работоспособности прибора.

2.  Составьте на рабочем поле программы МС9 схему для моделирования ВАХ биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

На рис. 1 приведена принципиальная схема, где транзистор включен по схеме с общим эмиттером и по которой можно провести моделирование ВАХ транзистора. На данной схеме полярность батарейки V1 и направление генератора тока I1 соответствуют исследованию транзистора со структурой n-p-n. Если задана марка транзистора со структурой p-n-p, то полярность батарейки и направление генератора тока должны быть противоположные.

Рис. 1. Принципиальная схема для моделирования статических ВАХ транзистора, включенного по схеме ОЭ.

Рекомендуется начать составление схемы с вызова на рабочее поле биполярного транзистора заданной марки. Для транзистора со структурой n-p-n соответствующая пиктограмма размещена на верхней части основного окна. Для вызова транзистора со структурой p-n-p обратитесь к меню Component и выберете путь Analog Primitives – Active Devices – p-n-p.

После транспортировки транзистора в выбранное место на рабочем поле щелкните левой мышки. В результате появится окно NPN:NPN Transistor (PNP:PNP Transistor), где в графе Value наберите заданную марку транзистора с условным обозначением, принятым в МС9. Если данная модель транзистора имеется в библиотеке программы МС9, размещенной на компьютере, на котором проводится моделирование, то ее параметры будут представлены в нижней части данного окна, как показано на рис. 2. Полная расшифровка всех параметров моделей биполярных транзисторов приведена в [4,5]. В окошке Show данного окна проставьте флажок для того, чтобы название марки биполярного транзистора было выведено на схему.

Рис. 2. Параметры модели транзистора КТ315А, обозначение которого в МС9 принято как KT315A_SO.

Программа МС9 позволяет для любой марки биполярного транзистора ознакомиться с четырьмя его характеристиками, для вызова которых следует щелкнуть по клавиатуре Plot… . По умолчанию программа первоначально представляет семейство выходных характеристик Ic vs. Vce, данное сообщение о котором появляется в окне, расположенном над списком марок транзисторов. Если обратиться к указателю данного окна, то в ниспадающем меню появится список представляемых программой характеристик: Ic vs. Vce – семейство выходных характеристик, DC Current Gain – зависимость коэффициента передачи постоянного тока базы от тока коллектора, Vce Saturation Voltage – зависимость напряжения насыщения между коллектором и эмиттером от тока коллектора, Beta vs. Frequency – зависимость коэффициента передачи тока базы от частоты. Поочередно обращаясь к каждой характеристике можно ознакомиться с ними.

Рис. 3. Характеристики биполярного транзистора KT315_SO, представляемые программой МС9

а) – семейство выходных характеристик,

б) – зависимость коэффициента передачи постоянного тока от тока коллектора,

в) – зависимость напряжения насыщения между коллектором и эмиттером от тока коллектора,

г) – зависимость коэффициента передачи тока базы от частоты.

Следующим шагом по составлению схемы для измерения ВАХ биполярного транзистора является установка на рабочем поле батарейки в выходную цепь транзистора, пиктограмма которой расположена в верхней части основного окна программы МС9. После транспортировки изображения батарейки в выбранное место рабочего поля и щелчка левой мышки появится окно Battery, в котором в строке Value задается ее величина. Рекомендуется при составлении схемы для транзисторов серии КТ3… задать напряжение 5 В, в окошке Show поставить флажок, чтобы величина заданного напряжения отражалась на схеме.

Рис. 4. Окно заказа параметров батарейки.

Далее, установите на рабочем поле генератора тока во входной цепи. Пиктограмма генератора тока вынесена в верхнюю строку основной панели программы. После ее активизации и транспортировки генератора тока в выбранное место на рабочем поле, щелкните левой мышкой. Если направление тока не соответствует активному режиму работы транзистора, то, не отпуская левую мышь, щелкните правой мышкой. Каждый щелчок правой мышки разворачивает выделенный объект на 90о. Добейтесь правильного направления генератора тока, поставленного во базовую цепь транзистора. При работе в активном режиме базовый ток входит в транзистор со структурой n-p-n, а для транзисторов со структурой p-n-p – выходить.

При отпускании левой мышки появится окно Current Source заказа параметров генератора тока. По умолчанию программа МС9 предлагает работу генератора тока (аналогично и для генератора напряжения) в импульсном режиме (Pulse) с параметрами, представленными в нижней части данного окна. Но для моделирования статических ВАХ биполярного транзистора во входной цепи необходим генератор постоянного тока. Для изменения режима работы генератора тока щелкните левой мышкой по клавиатуре None, в результате окно Current Source примет вид, как показано на рис. 5.

Рис. 5. Окно заказа параметров генератора постоянного тока.

Закажите величину генератора тока 100 мкА (в окошке DC ввести 100u), а для показания данной величины на схеме проставьте флажок в окошке Show. Всегда можно просмотреть осциллограмму (Current vs. Time) заказанного генератора тока, для чего надо щелкнуть по клавиатуре Plot….

После установки на рабочем поле транзистора, батарейки и генератора тока проведите их соединения, используя пиктограмму проводник . Составленная схема для измерения ВАХ биполярного транзистора должна иметь вид, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Принципиальная схема для моделирования ВАХ транзистора КТ315А_SO

После составления на рабочем поле исследуемой схемы проверьте на отсутствия в ней ошибок. Элементарной проверкой является вызов присваиваемых номеров независимым узлам составленной схемы, для чего необходимо активизировать пиктограмму Node Numbers (условное изображение ), расположенную в верхней части основного окна программы МС9. В схеме, представленной на рис. 6, имеется два независимых узла (база, коллектор), которым программа присвоит номера 1 и 2 (эмиттер, который находится на «земле», присваивается номер 0 и на схеме не указывается).

Большую информацию можно получить, если провести расчет набранной схемы по постоянному току. Для этого следует обратиться к анализу Dynamic DC, по результатам которого будут определены напряжения во всех независимых узлах, токи в ветвях, рассеиваемые мощности на элементах, состояние полупроводниковых приборов. Результаты анализа Dynamic DC для схемы, представленной на рис. 6, показаны ниже.

Рис. 7. Результаты анализа Dynamic DC для транзистора KT315A_SO, включенного по схеме с общим эмиттером.

Согласно расчету схемы по постоянному току транзистор KT315A_SO при напряжении между коллектором и эмиттером Vce(Q1)=5B и базовом токе Ib(Q1)=100u (100мкА) работает в активном режиме (LIN), на нем рассеивается мощность pd=28.659 m (мВт), а напряжение между базой и эмиттером равно Vbe(Q1)=681.567m (мВ). При этом коэффициент передачи по постоянному току (параметр BF в модели транзистора) равен

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5