Входная и передаточная характеристики биполярного транзистора

 

Биполярный транзистор (БТ) - это полупроводниковый прибор с тремя областями с чередующимися типами проводимости и с двумя p-n-переходами, позволяющий усиливать электрические сигналы. Для n-p-n-транзисторов средняя р-область - базовая (Б) - имеет проводимость, противоположную крайним n-областям: эмиттерной (Э) и коллекторной (К) (рис. 3.1, а).

а)                                                               б)

Рис. 3.1

 

При использовании транзистора в режиме усиления управляющий переход база-эмиттер (Б-Э) смещен в прямом направлении, то есть открыт, а управляемый переход база-коллектор (Б-К) - в обратном, то есть закрыт. Электроны из эмиттера через открытый переход инжектируются в область базы. При достаточно малой ширине базы небольшое количество инжектируемых электронов рекомбинирует с дырками в базе, создавая базовый ток I_b.

Основная часть инжектируемых электронов не успевает рекомбинировать с носителями в области базы и достигает коллекторного перехода. Происходит перенос электрических зарядов из эмиттерной области в коллекторную через базу. Эмиттерный ток I_e равен сумме базового тока I_b (входной) и коллекторного тока I_с (выходной):

Токи I_e, I_b, I_c связаны соотношениями:

,

где α - коэффициент передачи тока из эмиттера в коллектор, α = 0,95 .. 0,99

,

где β - основной усилительный параметр транзистора, показывающий во сколько раз ток I_c больше I_b.

Схема включения транзистора, по которой проводится измерение его входной и передаточной характеристик, представлена на рис. 3.1, б.

Для обеспечения рабочего режима транзистора по постоянному току к его базе через токоограничивающий резистор R1 подключается источник постоянного напряжения V1, открывающий переход Б-Э, а к коллектору - источник напряжения V2, запирающий переход Б-К.

Транзистор заданного преподавателем типа, например, 2N2102ON назначается по команде Component > Analog Primitives > Active Devices > NPN.

Входная характеристика отражает зависимость базового (входного) тока транзистора I_b от входного напряжения V1: I_b = f(V1), передаточная - зависимость коллекторного(выходного) тока I_c от входного напряжения V1: I_c = f(V2).

Для построения графиков входной и передаточной характеристик в схеме рис. 3.1, б варьируется ток базы транзистора путем изменения величины R1 в заданных пределах через определенный интервал при нескольких значениях напряжения V1.

Переход в режим построения характеристик осуществляется по команде Analysis > DC.

В открывшемся диалоговом окне задания на расчет (рис. 3.2) в строке Variable 1 в ячейке Name указывается имя варьируемой переменной, а в ячейке Range - диапазон его изменения - максимальное и минимальное значения напряжения. Необходимо включить опцию Stepping.

Рис. 3.2

 

В нижней части окна указываются имена переменных, откладываемых по горизонтальной (X Expression) и вертикальной (Y Expression) осям графика при построении функций. Для графика входной характеристики это, соответственно, напряжение между базой и эмиттером V1 и ток базы I_b. Для графика передаточной функции это напряжение V1 и ток коллектора I_c. При использовании данного типа транзистора в ячейке X Range для напряжения V1 рекомендуется установить пределы отображения 0,85V, 0,4V. Для токов I_b, I_c в ячейке Y Range рекомендуется установить пределы 2.5mA,0 и 15mA,0 соответственно. Для задания значений варьируемого резистора R1 нажатием клавиши Stepping на верхней панели основного диалогового окна задания на расчет DC Analysis Limits открывается дополнительное окно Stepping (см. рис. 3.3).

Рис. 3.3

 

В строке Step What (какой шаг) указывается имя варьируемого параметра R1. На последующих строках отмечаются пределы его изменения: From (от), To (к), Step value (шаг).

В графе Step it (шаг это) включается кнопка Yes. Ввод значений варьируемого параметра заканчивается нажатием клавиши ОК.

Построение графиков выполняется при нажатии кнопки RUN (запуск) диалогового окна. Результат изображен на рис. 3.4.

Рис. 3.4

На каждом из построенных графиков (рис. 3.4) по заданному преподавателем значению входного напряжения V_be1 транзистора и приращению напряжения ΔV_be отмечаются координаты двух точек при использовании режима электронного курсора (нажатием кнопки F8 или выбором пиктограммы ). В нижней части каждого графика указываются следующие значения:

- Координаты маркеров (под заголовком Left – для левого маркера и Right – для правого)

- Разности координат (под заголовком Delta), т.е. приращение токов ΔI и напряжений ΔU

- Отношение приращений (под заголовком Slope - наклон)

Измеренные значения координат заносятся в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Входное напряжение		Входная характеристика		Передаточная характеристика
		Ток базы		Ток коллектора
Vbe (мВ)	ΔVbe (мВ)	Ib (мкА)	ΔIb (мкА)	Iс (мА)	ΔIс (мА)

 

Задание

С помощью полученных данных по приведенным ниже формулам рассчитываются:

- статическое r_be и динамическое r_be’ входные сопротивления транзистора:

,

;

- коэффициенты передачи тока из эмиттера в коллектор α, статический и динамический коэффициенты усиления тока Β и β:

,

,

;

- крутизна S передаточной характеристики в области выбранной рабочей точки (измеряется в Сименсах – См):

Если воспользоваться понятием крутизны входной характеристики транзистора:

,

То можно сказать, что крутизна передаточной характеристики равна крутизне входной характеристики, помноженной на коэффициент усиления тока.

Расчетные данные сводятся в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Входное сопротивление		Коэффициент			Крутизна
Статич.	Динамич.	передачи тока	усиления тока		Входной х-ки	передаточной х-ки
			Статич.	Динамич.
rbe	rbe’	α	Β	β

Лабораторная работа № 4

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 480; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!