Расчет биполярного транзистора. Расчет параметров биполярного транзистора: анализ входных и выходных характеристик

Как рассчитать h-параметры биполярного транзистора. Какие существуют методы построения и анализа входных и выходных характеристик транзистора. Каков физический смысл основных параметров транзистора и как они связаны между собой.

Основные параметры и характеристики биполярного транзистора

Биполярный транзистор является ключевым элементом многих электронных схем. Для правильного применения транзисторов необходимо хорошо понимать их параметры и характеристики. Рассмотрим основные из них:

Статические характеристики транзистора

Основными статическими характеристиками биполярного транзистора являются:

• Входные характеристики — зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллектор-эмиттер: I_б = f(U_бэ) при U_кэ = const
• Выходные характеристики — зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы: I_к = f(U_кэ) при I_б = const

Эти характеристики позволяют оценить поведение транзистора в различных режимах работы и выбрать оптимальную рабочую точку.

h-параметры транзистора

Для анализа работы транзисторных схем широко используются h-параметры:

• h_11э — входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе
• h_21э — коэффициент передачи тока базы (статический коэффициент усиления по току)
• h_12э — коэффициент обратной связи по напряжению
• h_22э — выходная проводимость транзистора

h-параметры позволяют построить эквивалентную схему транзистора для расчета усилительных каскадов.

Методика расчета параметров транзистора по статическим характеристикам

Для расчета параметров транзистора необходимо выполнить следующие шаги:

1. Построить семейства входных и выходных характеристик транзистора
2. Выбрать рабочую точку на выходных характеристиках
3. Определить h-параметры графоаналитическим методом
4. Рассчитать дифференциальные параметры транзистора

Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов.

Построение статических характеристик транзистора

Для построения характеристик необходимо провести измерения токов и напряжений транзистора в различных режимах. Для этого собирают измерительные схемы:

• Для снятия входных характеристик измеряют зависимость I_б от U_бэ при фиксированных значениях U_кэ
• Для снятия выходных характеристик измеряют зависимость I_к от U_кэ при фиксированных значениях I_б

По результатам измерений строят графики характеристик.

Выбор рабочей точки транзистора

Рабочую точку выбирают в активной области выходных характеристик, обеспечивая требуемые значения тока коллектора I_к0 и напряжения коллектор-эмиттер U_кэ0. При этом необходимо учитывать предельно допустимые параметры транзистора.

Определение h-параметров транзистора

h-параметры транзистора можно определить графоаналитическим методом по статическим характеристикам:

Входное сопротивление h_11э

Входное сопротивление определяется по входной характеристике транзистора как:

h_11э = ΔU_бэ / ΔI_б при U_кэ = const

Для этого на входной характеристике выбирают две близкие точки и определяют отношение приращения напряжения к приращению тока.

Коэффициент передачи тока h_21э

Коэффициент усиления по току определяется по выходным характеристикам как:

h_21э = ΔI_к / ΔI_б при U_кэ = const

Для этого на выходных характеристиках при постоянном U_кэ определяют приращения токов коллектора и базы.

Коэффициент обратной связи h_12э

Коэффициент обратной связи по напряжению определяется как:

h_12э = ΔU_бэ / ΔU_кэ

при I_б = const

Обычно h_12э очень мал и им можно пренебречь.

Выходная проводимость h_22э

Выходная проводимость определяется по выходным характеристикам как:

h_22э = ΔI_к / ΔU_кэ при I_б = const

Для этого на выходной характеристике определяют отношение приращения тока коллектора к приращению напряжения коллектор-эмиттер.

Расчет дифференциальных параметров транзистора

На основе h-параметров можно рассчитать дифференциальные параметры транзистора:

• Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода: r_э = h_11э / (1 + h_21э)
• Объемное сопротивление базы: r_б = h_11э — r_э
• Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода: r_к = 1 / h_22э

Эти параметры используются при построении эквивалентных схем транзистора для расчета усилительных каскадов.

Практический пример расчета параметров транзистора

Рассмотрим пример расчета параметров транзистора 2N2369A по его статическим характеристикам:

Исходные данные

Даны семейства входных и выходных характеристик транзистора 2N2369A в схеме с общим эмиттером:

• Входные характеристики I_б = f(U_бэ) при U_кэ = 0 В и U_кэ = 11 В
• Выходные характеристики I_к = f(U_кэ) при I_б = 25, 50, 75, 100, 175 мкА

Выбор рабочей точки

Выберем рабочую точку в активной области выходных характеристик:

• I_к0 = 5 мА
• U_кэ0 = 5 В
• I_б0 = 50 мкА

Расчет h-параметров

Определим h-параметры графоаналитическим методом:

h_11э = ΔU_бэ / ΔI_б = (0.68 — 0.66) / (60 — 40) · 10^-6 = 1 кОм

h_21э = ΔI_к / ΔI_б = (6 — 4) · 10^-3 / (75 — 25) · 10^-6 = 100

h

22э = ΔI_к / ΔU_кэ = (5.2 — 4.8) · 10^-3 / (6 — 4) = 0.2 мА/В

Расчет дифференциальных параметров

Рассчитаем дифференциальные параметры транзистора:

r_э = h_11э / (1 + h_21э) = 1000 / (1 + 100) = 9.9 Ом

r_б = h_11э — r_э = 1000 — 9.9 = 990 Ом

r_к = 1 / h_22э = 1 / 0.2 · 10^-3 = 5 кОм

Заключение

Расчет параметров биполярного транзистора по его статическим характеристикам позволяет определить основные показатели, необходимые для проектирования электронных схем. Полученные h-параметры и дифференциальные параметры дают возможность построить эквивалентную схему транзистора и провести анализ его работы в усилительных каскадах.

Важно отметить, что параметры транзистора зависят от режима работы, температуры и других факторов. Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможный разброс параметров и проводить оптимизацию схем с учетом реальных условий эксплуатации.

Расчет параметров биполярного транзистора

Саратовский государственный технический университет

Методические указания

к самостоятельной работе студентов

под контролем преподавателя

по курсу «Промышленная электроника»

для специальности 1004

Одобрено

редакционно-издательским

советом СГТУ

Саратов 2006

Введение

В соответствии с действующей рабочей программой по дисцип­лине «Промышленная электроника» студенты специальности ЭПП должны выполнить 4 самостоятельных расчетно-графические работы под контролем преподавателя. В настоящих методических ука­заниях изложены материалы по первой работе «Расчет параметров биполярного транзистора.

В основных положениях указаний изложен минимальный объем информации, позволяющий студенту выполнить предлагаемое зада­ние.

Предполагается, что студент в процессе подготовки к непосредственному расчету должен изучить в полном объеме необходимый материал по рекомендуемым ниже учебникам и пособиям. При этом следует обратить внимание на физические явления, лежащие в основе работы транзистора, разобраться во взаимосвязи между его электрическими параметрами , хорошо представлять порядок величин параметров.

При сдаче работы со студентом проводится собеседование. Приведенные контрольные вопросы помогут студенту не только определить степень его готовности к выполнению расчетов, но и подготовиться к собеседованию.

Кроме формулировки задания, методические указания содержат справочные сведения по транзисторам, которыми студент обязан пользоваться.

Оформление выполненного задания в тетради должно быть аккуратным, с полной записью его условия. Графики выполняются с помощью графических принадлежностей.

Рекомендуются следующие учебники и пособия:

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. -М.:Высшая школа, 1982 /стр. 42-64/.

2. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат, 1988 /стр. 20-28/.

3. Основы промышленной электроники. / Под ред. проф. В.Г.Герасимова.-М.: Высшая школа, 1986 /стр. 28-34/.

1. Основные положения

1.1. Биполярный транзистор и схемы его включения

Биполярный транзистор представляет собой кристалл проводника, состоящий из трех слоев с различной проводимостью, как

условно показано на Рис.1. Каждый из слоев снабжён электродами, необходимыми для подключения к внешней цепи, которые называются эмиттер, база и коллектор. Возможны два типа транзисторов и в соответствии с основными носителями заряда в полупроводниковых материалах, используемых в крайних эмиттерном и коллекторном слоях, и в среднем-базовом слое. Как видно из

Рис.1., в биполярном транзисторе два перехода, которые называются эмиттерным и коллекторным.

Рис.1

Назначением эмиттерного слоя является формирование рабочих носителей заряда транзистора. Тип этих носителей определяется типом основного носителя эмиттерного слоя. Следовательно, в транзисторе типа рабочими носителями заряда являются дырки, а в транзисторе типа – электроны.

В коллекторном слое осуществляется сбор рабочих носителей заряда, которые в своем дрейфе от эмиттера к коллектору прохо­дят базовый слой. В базовом слое часть рабочих носителей заря­да нейтрализуется основными зарядами материала базового слоя. Биполярные транзисторы изготовлены так, что концентрация основ­ных носителей заряда в эмиттерном слое много больше концентрации основных носителей заряда базового слоя, поэтому в базовом слое нейтрализуется лишь малая часть носителей, поступающая из эмиттера, а 90-99 % рабочих носителей заряда доходят до коллектора.

Для обеспечения описанного выше процесса дрейфа рабочих носителей заряда в биполярном транзисторе необходимо между его электродами подать напряжение от источников ЭДС. Одна из схем включения транзистора типа приведена на Рис.2.

Рис.2

Чтобы поток рабочих носителей заряда (электронов) из эмиттерного слоя поступал в базовый, эмиттерный переход должен быть открыт, т.е. к эмиттерному электроду должен быть подан «минус», а к базовому -«плюс». С увеличением напряжения эмиттер — база увеличивается поток носителей заряда, а поэтому и ток эмиттера.

Восполнение дырок в базовом слое, которые нейтрализуют электроны, поступающие из эмиттерного слоя, осуществляется за счет источника внешней цепи. Это обуславливает протекание тока базы, величина которого значительно меньше тока эмиттера, вследствие малой доли потока рабочих носителей заряда, которая нейтрализуется в базовом слое.

Малая величина тока базы определяет функцию базового элект­рода как управляющего. Действительно, эффективное управление транзистором может быть только такое, которое потребляет малый уровень мощности.

Для достижения коллектора электронами эмиттера вошедшими в базовый слой, необходимо, чтобы источник ЭДС, включенный между коллекторным и базовым электродами, обеспечивал подачу на коллектор положительного потенциала относительно базы. Это иллюстрируется на Рис.2.

На Рис.2 представлено включение транзистора по схеме с общей базой. Наряду с такой схемой, на Рис.3. представлены еще две возможные схемы включения транзистора: с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Как видно из этого рисунка, схемы содержат две внешних цепи с соответствующими источниками ЭДС: входная (левые части схемы) и выходная (правые части). Наименование схемы

Рис.3

включения транзистора определяется электродом, который явля­ется общим для двух этих цепей. Во всех трех схемах базовый электрод входит в состав входной цепи, поскольку по базе происходит управление работой транзистора, и в эту цепь включается источник входного сигнала. Нагрузка включается в выходную цепь.

Входные и выходные токи в представленных схемах включения транзистора, а также напряжения между электродами транзистора, определяемые источниками ЭДС, различны и приведены в таблице 1.

Таблица 1

Токи и напряжения во входной и выходной цепях

схем включения транзистора

Схема включения	Входной ток	Входное напряжение	Выходной ток	Выходное напряжение
ОБ	IЭ	UЭБ	IК	UКБ
ОЭ	IБ	UБЭ	IК	UКЭ
ОК	IБ	UБК	IЭ	UЭК

Полярность напряжений источников ЭДС, показанная на Рис. 3. соответствует транзистору типа . При использовании транзистора типа в связи с изменением типа рабочего носителя заряда полярности напряжений источников должны быть изменены.

1.2. Характеристики и параметры транзистора в схеме ОЭ

Сведения о конкретном типе транзистора, необходимые для правильного выбора режима его работы, обычно приводятся в виде характеристик и систем параметров.

Транзистор, описывается, в первую очередь, семейством вход­ных и выходных характеристик. Входными называется семейство вольтамперных характеристик входной цепи схемы включения тран­зистора, построенных для ряда фиксированных значений напряже­ния выходной цепи. Выходными называется семейство вольтамперных характеристик выходной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений входного тока. Как видно из таблицы 1 каждой схеме включения транзистора соответствует определенное сочетание входных и выходных токов и напряжений. Поэтому и вход­ные и выходные характеристики транзистора будут определяться схемой его включения.

Ниже будут рассматриваться характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ. Эта схема включения нашла наибольшее распространение.

Типичные входная и выходная статические характеристики транзистора типа представлены на рис.4 и 5*. Входная характеристика — это семейство вольтамперных характеристик I_Б (U_БЭ), построенных при постоянных значениях напряжения U_КЭ. Обычно, как видно из рис.4, приводятся две характеристики: одна для U_КЭ=0 , а другая для значения напряжения U_КЭ ,соответ­ствующего центру рабочего интервала значений данного параметра. Это связано с тем, что вольтамперные характеристики входной цепи для рабочего интервала значений U_КЭ практически не отличаются друг от друга.

Выходная статистическая характеристика транзистора, как показано на Рис.5 – это семейство вольтамперных характеристик I_К(U_КЭ), построенных для ряда значений тока I_Б. На выходной характеристике обычно строится рабочая область, т.е. область значений выходных параметров, при которых допускается эксплуатация транзистора. Границы этой области представленной на Рис.5. связаны с тремя факторами:

__________­­__

*/ Для транзисторов типа напряжения U_БЭ и U_КЭ— отрицательной полярности.

Рис.4

Рис.5

— максимальным значением напряжения U_КЭмах , превышение которого приводит к электрическому пробою в коллекторном переходе транзистора;

— максимальным значением коллекторного тока I_Кмах , превышение которого может приводить к перегреву эмиттерного перехода;

— максимальным значением мощности, рассеиваемой в коллекторном переходе, превышение которого приводит к перегреву этого перехода, Р_Кмах.

На выходной характеристике, Рис.5., последнему фактору соответствует гипербола

(1)

Как видно из Рис.4 и 5, транзистор представляет собой нелинейный элемент, поскольку его входные и выходные вольтамперные характеристики нелинейные, а следовательно, величины входного и выходного сопротивлений зависят от соответствующих токов и напряжений. Однако на входных и выходных характеристиках транзистора можно выделить участки, где зависимости близки к линейным. В частности , линейными можно считать зависимости в рабочей области Рис.5 , если исключить малые значения напряжения коллектор – эмиттер. Область малых значений U_КЭ , где происходит резкое увеличение тока, не используются при работе транзистора в линейном режиме усилителей и генераторов.

Известно из ТОЭ, что на участках, где вольтамперные характеристики нелинейных элементов могут быть аппроксимированные отрезками прямых, эти элементы могут рассматриваться как линейные. Поэтому транзистор в рабочей области часто заменяется эквивалентным четырехполюсником, характеризующимся определенными значениями h параметров, которые являются коэффициентами в соотношениях, связывающих не величины токов и напряжений, а величины их приращений, т.е ∆I_Б, ∆I_K, ∆U_БЭ, ∆U_КЭ.

(2)

Из первого соотношения системы (2) при ∆U_КЭ=0 (или U_КЭ=const) следует

(3)

Из этого же соотношения при ∆I_Б=0 (или I_Б =const) следует

(4)

Аналогичным образом второе соотношение системы (2) позволяет записать:

(5)

(6)

Физический смысл h –параметров согласно соотношениям (3) – (6) следующий:

h₁₁ – входное сопротивление транзистора, при постоянном значении напряжения U_КЭ ;

h₁₂ – коэффициент обратной связи по напряжению;

h₂₁ – коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, характеризующий усилительные свойства транзистора при постоянном значении напряжения U_КЭ и часто обозначаемый через β;

h₂₂— выходная проводимость транзистора при постоянном токе базы.

1.3. Определение h параметров транзистора

Расчет значений h параметров производится для электрического режима транзистора, соответствующего рабочей точке (точке покоя) на его статических характеристиках. При работе в линейном режиме эта точка обычно располагается в центре ра­бочей области. Поэтому расчету значений h — параметров должно предшествовать определение рабочей области на выходной характеристике и выбор электрических параметров (I_БП , I_КП , U_БЭП , U_КЭП ), соответствующих рабочей точке.

Значения h— параметров определяются с помощью построений на выходной или входной статической характеристике и с использованием соотношений (3) – (6). При этом обозначения параметров транзистора, входящих в соответствующее соотношение, показывают, какую именно характеристику следует использовать для определения конкретного h— параметра.

Величины приращений электрических параметров транзистора в соотношениях (3) – (6) вычисляется как разность между двумя крайними значениями соответствующих параметров. Величина же параметра в рабочей точке должна располагаться в центре интервала между крайними значениями.

Расчет величины параметра h₁₁ проводится по соотношению (3), где приращения значений тока базы и напряжения база-эмиттер определяются как разность соответствующих координат двух точек (крайних) на зависимости I_Б(U_БЭ) входной характеристи­ки, показанной на Рис.6. Напряжение U_КЭ , для которого приводятся построения, должно совпадать с рабочей точкой транзистора.

Рис.6

Построения для расчета величины параметра h₂₂ с помощью соотношения (6) проводится аналогичным образом (см .Рис. 7) на выходной характеристике. Вольтамперная характеристика, на кото­рой выполняются построения, должна соответствовать току базы рабочей точки.

Рис.7

Расчет величины параметра h₂₁ (или β) проводится в два этапа. Сначала по выходным характеристикам строится зависимость I_К (I_Б) для значения напряжения коллектор-эмиттер в рабочей точ­ке. Фиксированные значения I_К этой зависимости, как видно из построения на Рис.8, определяются ординатами точек пересечения вертикальной прямой, проведенной через точку U_КЭП, с вольтамперными характеристиками для фиксированных значений I_Б. Затем по построенной кривой зависимости I_К (I_Б) (см. Рис.9) определяются приращения токов коллектора и базы для подстановки в соотношение (4).

Величина параметра h₁₂ близка к нулю. Об этом свидетельствует тот факт, что в рабочем интервале значений напряжения U_КЭ вольтамперных характеристики I_Б(U_БЭ) транзисторов практически не отличаются друг от друга. Обычно величина параметра h₁₂ не определяется.

1.4. Схема замещения транзистора и определении значений ее параметров

Рассмотренные выше h -параметры транзистора вводятся, в известной степени, формально. Поэтому для расчетов электрических схем на транзисторах предпочтительнее использовать схему

Рис.8

Рис.9

замещения полупроводникового прибора. Под схемой замещения пони­мают электрическую схему, составленную из линейных элементов (сопротивлений, ёмкостей, индуктивностей, генераторов тока или напряжений), по своим свойствам отличающихся от реального объекта (в данном случае — транзистора).

В соответствии с Рис.3 схему замещения транзистора целесооб­разно представить в виде Т-образной схемы. Такая простейшая схема приведена на Рис.10. Очевидно, схема замещения справедлива для тех участков статических характеристик транзистора, где вольтамперные характеристики можно считать линейными, т. е. для тех участков, для которых выше определялись значения h –параметров. В связи с этим на Рис.10 токи и напряжения, обозначенные прописными буквами, являются малыми величинами (по сравнению со значениями параметров в рабочей точке) и соответствуют приращениям токов и напряжений, которые использовались при расчете h –параметров.

Рис.10

Схема замещения Рис.10 справедлива для области низких час­тот к включает в себя три активных сопротивления, величины которых можно определить как отношение приращений напряжений в цепях транзистора к соответствующим им приращениям токов:

дифференциальное сопротивление эмиттерного p—n перехода,

численные значения которого обычно лежат в пределах от

единиц до десятков Ом;

объёмное сопротивление базы, величина которого в зависимости от типа транзистора составляет 100 — 400 Ом:

дифференциальное сопротивление коллекторного p—n перехода, величина которого при включении транзистора по схеме ОЭ составляет несколько кОм и выше.

Кроме того, схема замещения включает генератор тока в цепи коллектора, указывающий на то, что транзистор является активным элементом. Значение тока этого генератора пропорционально значению тока базы (βiб).

С целью учета частотных свойств транзистора в схеме замещения обычно предусматривается емкость коллекторного p—n перехода, шунтирующая источник тока. В связи с тем, что при низких частотах влияние этой емкости незначительно, определение величины этого параметра ниже не предусматривается. Поэтому на схеме Рис.10 присоединение емкости коллекторного перехода обозначено пунктиром.

Как видно из Рис.10 в схему замещения транзистора входят четыре элемента. Величину электрических параметров этих элементов можно связать с величинами четырех h –параметров. Для этого можно использовать законы Кирхгофа, рассмотрев схему замещения транзистора при тех же условиях, при которых были получены соотношения (3) – (6), т. е. при или .

При условии , т.е при коротком замыкании выходных клейм схемы 10 выходной ток, по существу, определяется только величиной тока источника, поскольку сопротивление весьма велико, а , т.е.

(7)

Так как i_kи i_бэквивалентны приращениям соотвествующих токов и

(8)

Таким образом, параметры h₂₁и β эквивалентны, о чем отмечалось выше.

С учетом эквивалентности параметров и второй закон Кирхгофа, записанный для входного контура схемы Рис.10, дает

(9)

Поскольку токи, протекающие через электроды транзистора, связаны между собой первым законом Кирхгофа

, (10)

а также в соответствии с соотношением (7)

(11)

После замены и эквивалентными им приращениями параметров соотношение (11) представляется в виде

(12)

Откуда

(13)

Условие I_Б=const эквивалентно режиму, при котором I_Б=0 . Для этого режима второй закон Кирхгофа для выходной цепи позволяет записать соотношение

(14)

С учетом того, что r_К(Э)>>r_Э , а величины и эквивалентны величинам приращений параметров и , из соотношения (14) следует

(15)

Второй закон Кирхгофа для входной цепи схемы Рис.10 в режиме с I_Б=const позволяет записать

(16)

Откуда вследствие соотношения (14) и эквивалентности и соответственно и получается

(17)

Из соотношений (8), (13), (15), (17) нетрудно получить выражения для определения параметров схемы замещения транзистора через его h—параметры

(18)

(19)

(20)

(21)

Расчёт статических параметров биполярного транзистора

Download 0,72 Mb. Sana 23.05.2022 Hajmi 0,72 Mb. #607629

Bog’liq
14var evas
4-Frances-Les-pronoms-toniques, llarda shaxs-son qo‘shimchalari (1), 2- mustaqil ish.Umirzoqov Elyor, Maqsetova Biybinaz 1-v imarat Qaraqalpoq tilinen, 1matematika, Amaliy-1, 2matematika, 1-mavzu., 4 savolga javob, Возрастная анатомия, физиология и гигиена костной системы, 476894.pptx, Gumanistik psixologiyada shaxs reja Gumanistik psixologiyaning -www.hozir.org, tarix abbos

Bu sahifa navigatsiya:

• ПРИМЕР РЕШЕНИЯ

Самотоятельная работа № 2 РАСЧЁТ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА Цель работы: понять физический смысл h – параметров биполярного транзистора (БТ), получить практические навыки расчета этих параметров для заданного биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ). 2N2369A ПРИМЕР РЕШЕНИЯ Исходные данные: Расчёт параметров транзистора2N2369A Построение семейства статических входных и выходных характеристик транзистора 2N2369A, соответствующих схеме с ОЭ. Снятие семейства входных характеристик транзистора 2N2369A, соответствующих схеме с ОЭ Iб = f(Uбэ) при Uкэ = 0 В и Uкэ = 1150 V. Для этого собрали схему рис. 1 для измерения параметров транзистора. Рис. 1.Снятие семейства входных характеристик транзистора Полученные значения IБ и UБЭ сведем в таблицу 1. По ним построим семейство статических входных характеристик транзистора 2N2369A. Таблица 1. Семейство статических входных характеристик транзистора 2N2369A соответствующих схеме с ОЭ Iб = f(Uбэ) при Uкэ = 0 В и Uкэ = 1150 V. Uкe=0V Uкe=1150V Ib, мкА UBE, мV Ib, мкА UBE, мV 25 546 25 652 10 566 10 673 75 578 75 685 100 587 100 694 125 593 125 701 110 599 110 706 175 603 175 711 200 607 200 71150 210 614 210 721 300 620 300 727 310 624 310 731 400 628 400 736 410 632 410 739 100 635 100 742 По соответствующим данным построим график Iб = f(Uбэ) входных характеристик транзистора (Рис. 2). Рис.2. График Iб = f(Uбэ) входных характеристик транзистора2N2369A Снятие семейства выходных характеристик транзистора, соответствующих схеме с ОЭ Iк = f(Uкэ) при Iб = const. Для этого соберем схему 2для измерения параметров транзистора. Ib = const Рис.3. Снятие семейства выходных характеристик транзистора Полученные значения тока коллектора транзистора Iк и напряжения между коллектором и эмиттером транзистора Uкэ при постоянном значении тока базы Iб = 25 мкА; Iб = 10мкА; Iб = 75 мкА; Iб = 10мкА; Iб = 175 мкА; сведем в таблицу 2. По ним построим семейство статических входных характеристик Iк = f(Uкэ) при Iб = const транзистора 2N2369A. Таблица 2. Семейство статических выходных характеристик транзистора 2N2369A соответствующих схеме с ОЭ Iк = f(Uкэ) при Iб = const. Uke, В Ib=0 Ib=90 мкА Ib=180 мкА Ib=270 мкА Ib=360 мкА Ib=410 мкА mA mA mA mA mA mA 0 0 0 0 0 0 0 0,125 0 5,971 11 16 19 23 0,25 0 9,01 16 22 27 31 0,5 0 9,517 17 23 29 33 1 0 10 19 26 32 37 2 0 12 22 31 38 44 3 0 14 26 35 44 51 4 0 16 29 40 10 59 5 0 18 33 45 56 66 6 0 19 36 5 62 73 7 0 21 39 55 68 81 8 0 23 43 60 75 88 9 0 25 46 65 81 95 10 0 27 10 69 87 102 1150 0 28 67 94 117 139 20 0 44 84 118 148 175 По соответствующим данным построим график Iк = f(Uкэ) выходных характеристик транзистора (Рис. 4). Рис.4. ГрафикIк = f(Uкэ) выходных характеристик транзистора2N2369A Определение h – параметров транзистора 2N2369A графическим путём с помощью полученных вольтамперных характеристик транзистора для схемы с общим эмиттером О пределим параметр h11э из семейства входных характеристик транзистора 2N2369AIб = f(Uбэ), полученных в пункте 1.1.1. По заданному току базы покоя Iбп=180 мкА, который определяет статический режим работы транзистора, на входной характеристике, соответствующей Uкэ=1150 V, найдем рабочую точку «А», соответствующую этому току. Координаты точки «А»: Iбп=180 мкАВыберем вблизи рабочей точки «А» две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение тока базы ΔIб и напряжения ΔUбэ, по которым найдем дифференциальное сопротивление по формуле: Рис. 5.Графическое определение параметра h11э Определим параметр h12э из семейства входных характеристик транзистора 2N2369AIб = f(Uбэ), полученных в пункте 1.1.1. Для этого из рабочей точки «А» проведем горизонтальную линию до пересечения с характеристикой, снятой при Uкэ=0В. Приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 2N2369A определим по формуле: ΔUкэ= Uкэ2 – Uкэ1=1150 V – 0В=1150 V Этому приращению ΔUкэ соответствует приращение напряжения между базой и эмиттером транзистора: ΔUбэ= Uбэп4 – Uбэ3=685мВ – 587мВ=98мВ Рис.6.Графическое определение параметра h12э Параметр h12э определим из формулы: Определим параметр h21э из семейства выходных характеристик транзистора 2N2369AIк = f(Uкэ) при Iб = const. Найдем рабочую точку «А» на выходных характеристиках транзистора как точку пересечения прямой нагрузки (Ек = 5В, Rк = 230 О) с выходной ветвью ВАХ для Iбп = 10 мкА. По оси токов Iк откладываем значение Ек/ Rк = 7.1428 мА По оси напряжения Uкэ откладываем Ек = 5В Рис.7.Графическое определение параметра h21э Получаем следующие координаты рабочей точки «А»: Iкп =5,5 мА, Uкэ=1,6В. Проведем из рабочей точки вертикальную прямую до пересечения с ветвями ВАХ при Iб1 = 25 мкА и Iб3 = 75 мкА. Рассчитаем приращение тока базы ΔIб, взятого вблизи заданного значения тока базы Iбп, по формуле: ΔIб = Iб3 – Iб1=75 мкА – 25 мкА=10мкА Приращению ΔIб будет соответствовать приращение коллекторного тока, которое можно вычислить по формуле: ΔIк = Iк2 – Iк1=21 mА – 7,3 mА = 13,7 mА Параметр h21э определим из формулы: Определим параметр h22э из семейства выходных характеристик транзистора 2N2369AIк = f(Uкэ)при Iб = 10 мкА. Для этого на ветви характеристики при Iбп = 10 мкА вблизи рабочей точки «А» выберем две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора: Рис.8.Графический способ нахождения параметра h22э ΔUкe= Uкe2 – Uкe1= 0,47V – 0,27V = 0,2 V Uкэ вызывает приращение коллекторного тока: ΔIк=Iк4 – Iк3=13,57mА – 7,8mА = 5,7745 mА Тогда параметр h22э будет равен: 1.3 Найдем входное и выходное сопротивление транзистора 2N2369A по формулам: 1.4 Определим коэффициент передачи по току транзистора 2N2369A β Ib = const Рис.3. Снятие семейства выходных характеристик транзистора Вывод В соответствии с действующей рабочей программой по дисцип­лине «Промышленная электроника» студенты специальности ЭПП должны выполнить 4 самостоятельных расчетно-графические работы под контролем преподавателя. В настоящих методических ука­заниях изложены материалы по первой работе «Расчет параметров биполярного транзистора. В основных положениях указаний изложен минимальный объем информации, позволяющий студенту выполнить предлагаемое зада­ние. Предполагается, что студент в процессе подготовки к непосредственному расчету должен изучить в полном объеме необходимый материал по рекомендуемым ниже учебникам и пособиям. При этом следует обратить внимание на физические явления, лежащие в основе работы транзистора, разобраться во взаимосвязи между его электрическими параметрами , хорошо представлять порядок величин параметров. При сдаче работы со студентом проводится собеседование. Приведенные контрольные вопросы помогут студенту не только определить степень его готовности к выполнению расчетов, но и подготовиться к собеседованию. Кроме формулировки задания, методические указания содержат справочные сведения по транзисторам, которыми студент обязан пользоваться. Оформление выполненного задания в тетради должно быть аккуратным, с полной записью его условия. Графики выполняются с помощью графических принадлежностей. Download 0,72 Mb. Do’stlaringiz bilan baham:

---

Ma’lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2022
ma’muriyatiga murojaat qiling

Транзисторы с биполярным соединением (анализ постоянного тока) -…

Библиотека уравнений

Уравнения, связанные с электроникой, и многое другое.

Clear

Electronics Reference

Bipolar Junction Transistor (BJT)

DC Currents
Common-Base Amplification Factor (Alpha, α)
Common-Emitter Forward Коэффициент усиления тока (бета, β)
Collector Current
Emitter Current
Collector Maximum Power Dissipation

 

Fixed-Bias Configuration

Base to Emitter Voltage
Ток базы
Ток коллектора
Напряжение между коллектором и эмиттером
Saturation Current

 

Emitter-Bias Configuration

Base to Emitter Voltage
Base Current
Collector to Emitter Напряжение
Ток насыщения

 

Конфигурация смещения делителя напряжения

Exact Analysis:

Base to Emitter Voltage
Thévenin Equivalent Network Resistor
Thévenin Equivalent Network Voltage
Base Current
Ток коллектора
Ток эмиттера
Напряжение между коллектором и эмиттером
Saturation Current

Approximate Analysis: 

Base to Emitter Voltage
Approximation
Base Terminal Voltage
Напряжение на клеммах эмиттера
Ток эмиттера
Базовый ток
Collector to Emitter Voltage
Saturation Current

 

Collector Feedback Configuration

Base to Emitter Voltage
Base Current
Ток коллектора
Ток эмиттера
Collector to Emitter Voltage

 

Emitter Follower Configuration

Base to Emitter Voltage
Base Current
Collector Current
Ток эмиттера
Напряжение между коллектором и эмиттером

 

Common-Base Configuration

Base to Emitter Voltage
Emitter Current
Base Current
Collector Current
Collector to Emitter Напряжение
Напряжение между коллектором и базой

 

Конфигурация Дарлингтона

Net Beta
Base to Emitter Voltages
Net Base to Emitter Voltage
Base Current (First Transistor)
Emitter Current (второй транзистор)
Напряжение на клеммах эмиттера (второй транзистор)
Напряжение на коллекторе (второй транзистор)
Коллекционер для эмиттерного напряжения (второй транзистор)

7

Конфигурация

Cascode Configuration

.

Второй транзистор)

Напряжение между базой и эмиттером

Напряжение на клеммах эмиттера (первый транзистор)

Терминальное напряжение эмиттера (второй транзистор)

Эмиттер и токи для коллектора

СЛОВА

СЛОВА

СЛОВА

СЛОВА

. SENTER DRANSIST

Терминальный терминал.

Токи резисторов смещения

Базовый ток (первый транзистор)

Base Current (Second Transistor)

 

Feedback Pair Configuration

Collector Current
Emitter to Base Voltage (First Transistor)
Base Ток (первый транзистор)
Напряжение на клеммах базы (первый транзистор)
Напряжение на клеммах базы (второй транзистор)
КОЛЛЕКТОРЫЕ ТЕРМИНАЛЬНЫЕ ПРЕДОСТАВЛЕНИЕ (Первый транзистор)
КОЛЛЕКТОРЫ (Первый транзистор)

 

Конфигурация с прямой связью

Напряжение база-эмиттер
Thévenin Equivalent Network Resistor
Thévenin Equivalent Network Voltage
Base Current (First Transistor)
Collector Current (First Transistor)
Напряжение на базовой клемме (второй транзистор)
Напряжение на эмиттерной клемме (второй транзистор)
Ток эмиттера (второй транзистор)
Напряжение между коллектором и эмиттером (второй транзистор)

 

Как выбрать

<Выбор транзисторов для обеспечения безопасной работы> | Основы электроники

При работе транзистор испытывает электрические и тепловые нагрузки. Срок службы транзистора будет коротким, если такие нагрузки превышают максимальные допуски, которые могут привести к поломке транзистора в худшем случае. Чтобы избежать этого, настоятельно рекомендуется проверить, есть ли какие-либо проблемы с управлением транзистором на этапе проектирования.

В этом разделе мы объясним метод определения того, можно ли использовать выбранный транзистор или нет. Пожалуйста, внимательно изучите этот материал, чтобы избежать потенциальных проблем и научиться безопасно использовать транзисторы.

 

Перед суждением: от выбора до монтажа

Выбор транзистора

Вы можете найти транзистор в нашем веб-каталоге и кратком каталоге.

• РОМ Н.П. ТР в Интернете.

Получить образцы и спецификации

Образцы можно приобрести на веб-сайте ROHM. Наличие образцов для чистой покупки постоянно расширяется.

Установка транзистора на оценочную плату или функциональная проверка

Контрольные точки:

• Убедитесь, что выбранный транзистор надежно работает в реальной схеме.
• Проверить, стабилен ли выбранный транзистор (т.е. работа в течение длительного времени обеспечивает надежность)
• Погрешность в конечной схеме не мешает схеме

Решение: годен или нет

Решение о том, можно ли использовать выбранный транзистор, должно быть сделано на основе следующих шагов.

 

Измерение фактической формы кривой тока и напряжения

Подтверждение тока и напряжения

Сначала проверьте с помощью осциллографа ток и напряжение, подаваемые на транзистор. Перечисленные в таблицах характеристики должны соответствовать измеренным значениям, перечисленным ниже параметрам следует отдавать приоритет.

Priority items:

Transister Type	Voltage	Current
Bipolar Transistor	Collector-Emitter Voltage :Vce	Collector current : Ic
Digital Transistor	Output voltage :Vo (GND-OUT)	Выходной ток: IO
MOSFET	Напряжение источника источника: VDS	Дорайн Ток: ID

Пример: волновая форма. 0003

Всегда ли соблюдается абсолютный максимальный рейтинг?

Подтверждение абсолютного максимального номинала

Проверьте, не превышают ли ток и напряжение (подтверждение тока и напряжения) абсолютного максимального номинала, указанного в техпаспорте. В приведенной выше таблице есть элементы, не отмеченные флажком, но все такие непроверенные элементы также должны оставаться ниже абсолютного максимального рейтинга.

Транзистор не может быть выбран, если пиковый ток или скачок напряжения могут даже на мгновение выйти за пределы абсолютного максимального диапазона номинальных значений. В противном случае существует вероятность ухудшения характеристик и разрушения устройства, если оно выходит за пределы абсолютного максимума.

Пример: Технический паспорт 2SD2673 (Описание абсолютного максимального номинала)

Пример: Случай, когда абсолютный максимальный номинал нарушается на мгновение (NG)

Используется ли транзистор в SOA?

Подтверждение безопасной рабочей области (SOA*), часть 1

SOA указывает область, в которой можно безопасно управлять транзистором. Однако SOA основан только на одном (One) импульсе. Следовательно, необходимо также проверить, остаются ли все импульсы в пределах SOA, если транзистор управляется повторяющимися импульсами, а также усредненный приложенный ток, который должен быть рассчитан в (Подтверждение области безопасной эксплуатации (SOA) — Часть 2), остается в пределах допустимого диапазона. номинальная мощность.

*1 Также называется ASO (область безопасной работы).

Проверка соответствия SOA

Проверьте, подтверждается ли форма волны в 1. Подтверждении тока и напряжения, остается ли она в пределах SOA. Оценка NG (Транзистор не используется) должна быть сделана, если пусковой/пиковый ток или скачок напряжения превышают абсолютный максимальный номинал даже на мгновение.
Также дважды проверьте, что SOA не был нарушен, даже если кривая в подтверждении абсолютного максимального рейтинга находится в пределах абсолютного максимального рейтинга, лучше перестраховаться, чем сожалеть. (См. пример ниже. )

Пример: 2SD273 БЕЗОПАСНАЯ РАБОЧАЯ ЗОНА

Ухудшаются ли номинальные характеристики TR в рамках SOA из-за температуры окружающей среды*1?

*1 Температура окружающей среды, в которой используется TR, или температура кристалла, когда температура TR повышается за счет его нагрева.

Подтверждение зоны безопасной эксплуатации (SOA), часть 2

Обычно SOA определяется комнатной температурой (25 градусов).

Способы отражения снижения номинальных характеристик в графике SOA:
・Биполярный TR / Цифровой TR
・МОП-транзистор
*Температура, требующая снижения номинальных характеристик, в основном соответствует температуре кристалла.

Пожалуйста, обратитесь к «Метод расчета температуры штампа», который подготовлен отдельно для получения подробной информации о расчете температуры штампа.

Метод снижения номинальных характеристик SOA по температуре

SOA (безопасная рабочая зона)

SOA (безопасная рабочая зона) требует снижения номинальных характеристик по температуре, когда температура окружающей среды превышает 25 град. или температура кристалла повышается за счет нагрева самого транзистора. Температура снижения номинальных характеристик — это температура окружающей среды для первого и температура кристалла для второго. Чтобы быть конкретным, линию SOA необходимо сместить в сторону, где ток меньше. Коэффициент снижения номинальных характеристик варьируется в зависимости от площади, как показано на рис.1 9.0003

Зона теплового ограничения

В этой зоне линия SOA имеет наклон вниз 45°. (Линия постоянной мощности) В этой области коэффициент снижения номинальных характеристик составляет 0,8%/град.

Вторичная область спада

Для транзисторов существует вторичная область спада из-за перегрева. СОА в этой области имеет наклон более 45° и коэффициент снижения номинальных характеристик 0,5%/град.

Пример Ta=100 град.

2-1. Снижение номинальных характеристик в зоне теплового ограничения При температуре окружающего воздуха 100 град.

Таким образом, решение должно приниматься с учетом смещения линии SOA на 60 % в сторону меньшего направления тока.

Снижение номинальных характеристик в зоне вторичного спада

Как и выше, расчет выполняется, как показано ниже.

Соответственно, решение должно приниматься с учетом смещения линии SOA на 37,5% в сторону меньшего направления тока.

Непрерывный импульс? Одиночный импульс?

Одиночный импульс

Внезапный бросок тока (например, от подачи питания) называется одиночным импульсом

Непрерывный импульс

В отличие от одиночного импульса, он называется «непрерывным импульсом», если импульсы загружаются повторно. В этом случае проверьте, не ниже ли

среднее энергопотребление номинальной мощности при температуре окружающей среды?

Подтверждение, когда мощность ниже номинальной

Мощность ниже номинальной при температуре окружающей среды = температура матрицы ниже максимальной номинальной 150 градусов. Номинальная мощность определяется как мощность, которая нагревает матрицу на 150 градусов.

(Для получения дополнительной информации см. метод расчета температуры кристалла, подготовленный отдельно.

Метод расчета мощности

В принципе, усредненная мощность представляет собой значение, полученное в результате деления интегрирования тока и напряжения на время, т.е. ,

Теперь рассмотрим, например, следующее поведение при переключении

В этом случае вычисление должно быть выполнено путем деления одного цикла на четыре

При вычислении фактического интегрирования см. «Формулу интегрирования», подготовленную отдельно
В качестве примера сделаем расчет формы волны, наблюдаемой в (1.Подтверждение тока и напряжения).

Когда ВЫКЛ. —> ВКЛ.

ВКЛ. период

Когда ВКЛ. —> ВЫКЛ.

Когда ток почти отсутствует Когда ВЫКЛ. , а потребление тока как 0 (ноль) в состоянии ВЫКЛ. Из приведенного выше расчета, если мы разделим весь результат интегрирования для каждой зоны на 400 мкс, что является продолжительностью цикла, среднее потребление тока будет вычислено как

Ранее мы взяли пример биполярного транзистора 2SD2673, чтобы выполнить интегральный расчет тока коллектора Ic и напряжения коллектор-эмиттер Vce.