Схема прибора для определения характеристик биполярных транзисторов: Биполярные транзисторы, определение, вольт — амперные характеристики, принцип работы и классификация полупроводниковых приборов

Содержание

Прибор для измерения параметров биполярных транзисторов для начинающих и не только… - Измерения - Другое - Каталог статей и схем

В радиолюбительских условиях для проверки пригодности транзисторов не обязательно пользоваться мультиметром (типа М830…), имеющего режим  измерения коэффициента усиления по току β.  Такие приборы имеют очень неудобные гнезда для подключения выводов триода, но главное – неизвестны параметры, при которых транзистор тестируется (ток базы, напряжение и ток коллектора и др.).
        В лучшем случае они стабилизированы по току базы или эмиттера при напряжении питания мультиметра  (обычно 9 В)  и не  могут быть изменены при измерении разных типов транзисторов, их величины всегда постоянны. Между тем условия и данные заводских измерений, устанавливаемые  ГОСТом, всегда приводятся в справочниках и даташитах для сравнения параметров транзисторов, их отбора и отбраковки. Причем в пределах разных классов, типов и групп условия измерения транзисторов  тоже не всегда одинаковые…

Таким образом, сопоставление полученных при измерении результатов с табличными справочными данными становится неправомерным.

 В любительских условиях вполне достаточно определить обратные токи коллекторного и эмиттерного переходов (Iкбо, Iэбо), начальный ток коллектора (Iк.н. или Iк), а также коэффициент усиления по току (β), включенного по схеме с общим эмиттером. Измерение обратного тока эмиттерного перехода (Iэбо) проводят, собрав схему по рис.1.

Рис.1
          Коллекторная цепь при этом должна быть разомкнутая.

 На рис.2 изображена схема для определения обратного тока коллекторного перехода (Iкбо).

Рис.2
         При этом измерении цепь эмиттер-база должна быть разомкнутая.

Коэффициент усиления по току β транзистора, включенного по схеме с  общим эмиттером (ОЭ), можно определить после измерений, проведенных по схеме на рис.3.

 Рис.3
          С помощью переменного резистора R устанавливают коллекторный ток Iк в несколько миллиампер и микроамперметром регистрируют значение тока базы Iб. Коэффициент усиления транзистора по току приблизительно вычисляют по формуле:

  β=Iк/Iб

 Для определения β можно обойтись только одним миллиамперметром, подбирая сопротивление резистора R в цепи базы.

Т.к. сопротивление перехода эмиттер-база ничтожное в сравнении и величиной сопротивления смещения R, ток базы определяется именно сопротивлением R:

 Iб=Uк/R,

где Uк (или Uкэ) напряжение батареи.

  Измеряя  ток коллектора Iк по схеме на рис.3 определяют коэффициент усиления транзистора β.

Если максимально ожидаемый коэффициент усиления транзистора (верхний предел измерения) βмакс., а наибольший коллекторный ток Iк.макс., то сопротивление смещения

  R= βмакс.U/ Iк.макс.

 Например, мы имеем миллиамперметр на максимальный ток 50 мА (Iк.макс.=0,05 А). Пусть верхний предел измерения βмакс.=500. Источником питания является батарейка на 1,5 В. Тогда сопротивление резистора будет R=500 х 1,5/0,05=15000 Ом.

При таком сопротивлении, понятно, шкала миллиамперметра будет представлять собой шкалу значений β до 500 и являться кратной ей, что, естественно, удобно.

Для измерения коэффициента усиления транзисторов по току транзисторов с n-p-n переходом в подобных приборах применяют коммутацию источника питания и измерительного прибора (реверс подключения).

Такая схема приведена на  рис.4. Сопротивление R1 здесь определяют так, как указано выше, а резистор R2 (шунт прибора) подбирают до расчетной величины:

  R2=Rпр.Iпр./(Iк.макс.-Iпр.),

 где Rпр. – сопротивление рамки измерительного прибора, а Iпр.  – ток полного отклонения стрелки прибора.
         
         Рис.4.

 Описанный прибор имеет существенный недостаток. Дело в том, что коэффициент передачи тока при подключении транзистора по схеме с ОЭ h31e=ΔIк/ΔIб, и таким образом коэффициент передачи тока β в значительной степени зависит от режима работы транзистора, и в первую очередь от тока эмиттера (здесь ΔIк – изменение тока коллектора в зависимости от изменения тока базы ΔIб).
           Коэффициент передачи тока h31e маломощных транзисторов обычно измеряют при токах эмиттера 0,5 мА (низкочастотные малошумящие), 1 мА (другие НЧ), 5 мА (ВЧ), 10 мА (для работы в импульсных режимах). Напряжение между коллектором и эмиттером при измерении этого параметра обычно равняется 5 В.

При этом, параметр h31e очень слабо зависит от напряжения Uкэ и поэтому у маломощных транзисторов его можно измерять при неизменном значении. Упоминаемые токи в описанном приборе при измерениях однотипных транзисторов всегда будут отличаться. А это означает, что сопоставление полученных при измерении результатов с табличными справочными данными становится неправомерным.

Фото 1

В предлагаемом приборе эквивалентной схемой выбрана схема,  представленная на рис.3. По шкале миллиамперметра считываются показания тока  коллектора Iк при заданном токе базы Iб (устанавливается резистором R по показаниям микроамперметра), и далее определяется β расчетом по формуле. Такая схема дает возможность при неизменном напряжении питания прибора (можно также подобрать необходимое) установить то значение тока базы, при котором приводятся справочные данные и, таким образом, иметь сопоставимые результаты измерений. А также промоделировать «поведение» транзистора при изменении тока базы.
          Полная схема прибора приведена на рис. 5.

 

Рис.5

 

 В схему добавлена функция измерения еще одного важного параметра – Iкбо (cекция переключателя S1.1). Введена возможность измерения параметров транзисторов с разными p-n переходами (S1.2). Защита при подключении испытуемого транзистора осуществляется путем замыкания цепи базы только в режиме измерения (кнопка SN1 «Пуск»).

Еще одна функция – подключение внешних источника питания (желательно регулируемого) и измерителя Iк (разъем Х2). Это позволяет измерять транзисторы малой и большой мощности и даже тиристоры, выбирая напряжение источника питания (Uкэ)  и считывать показания с более удобной, широкой шкалы стрелочного прибора или по цифровому миллиамперметру. Введенная в цепь коллектора в виде нагрузки лампочка La1 при проверке транзисторов средней и  большой мощности, тиристоров  служит индикатором их исправности.

 В качестве источника питания можно применить встроенный в прибор (внутренний) простейший выпрямитель (его схема не показана), собранный на трансформаторе от старого зарядного устройства сотового телефона, диодного моста типа КЦ407А, и интегрального стабилизатора на  микросхеме 7805.

Можно питать прибор через внешний разъем Х2 от батареи или регулируемого источника. При этом включенные в обратном направлении диоды VD1 и VD2 позволяют избежать их шунтирование элементами схемы внутреннего источника питания (ИП).

При компактном размещении элементов схемы прибора возможно влияние магнитного поля трансформатора (в целях электробезопасности бестрансформаторные ИП применять нельзя!) на чувствительную головку микроамперметра. В таком случае, кроме экранировки и (или) применения трансформатора на торе, можно питать прибор от зарядного устройства (ЗУ) сотового телефона, изготовленного на основе понижающего трансформатора. Такие ЗУ почти всегда имеют необходимые параметры: напряжение 4,7-5,6 В, ток 300мА >.

Оптимальным вариантом, конечно же, является применение регулируемого стабилизированного ИП.

Прибором можно проверять исправность тиристоров. Для этого тиристор подключают к зажимам разъема Х1: коллектор – к аноду, эмиттер – к катоду, база – к управляющему электроду проверяемого тиристора.

Положения переключателя:  S1.1  - измерение β, S1.2 – n-p-n, S1.3 – мощный. Переключатель S2 – в зависимости от мощности тиристора в положении, например, 0,6 А. Регулятором «Ток базы» устанавливаем (повышаем) такой ток через управляющий электрод, при котором тиристор открывается – загорается лампочка-индикатор. Тиристор исправен.

В приборе в качестве S1 применяются многосекционные независимые переключатели типа П2К, собранные в линейку (как показано на фото).

 Фото 2                                                         

Фото 3

Микроамперметр и миллиамперметр – любые (все зависит от габаритов корпуса и размеров измерительных головок. Например, как видно на фото, у автора установлена переделанная измерительная головка от старого магнитофона, шкала градуирована в мкА. Шунты – подобранные  самодельные проволочные. В общем, при сборке прибора все зависит от возможностей и творческого подхода радиолюбителя.

Фото 4

Фото 5

Прибор для определения цоколевки и структуры биполярных транзисторов.

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Прибор для определения цоколевки и структуры биполярных транзисторов.

Пожалуй, всем радиолюбителям знакома ситуация, когда требуется оперативно проверить работоспособность транзистора или быстро определить назначение его выводов, а справочника под рукой нет. Проверка тестером на мой взгляд, неудобна, да и не всегда дает однозначный ответ об исправности прибора. В таких ситуациях я предпочитаю использовать специализированное устройство.

Определение цоколевки транзистора и его структуры в данном устройстве, схема которого приведена на рисунке, происходит в результате включения транзистора в стандартные схемы ключа и эмиттерного повторителя. Подавая периодический сигнал на предполагаемую базу и анализируя сигналы на предполагаемых эмиттере и коллекторе путем перебора всех возможных комбинаций удается однозначно определить назначение выводов и структуру транзистора.

Для анализа транзистора используется 9 линий ввода/вывода микроконтроллера ATMega8. Они разделены на 3 группы по 3 вывода, в рамках каждой группы к выводу подключен резистор на 100 Ом, 1 кОм или 3 кОм. Назовем условно резистор 3 кОм "базовым", 1 кОм - "коллекторным", а 100 Ом, соответственно, "эмиттерным" (эти резисторы расположены в разных группах выводов!). Будем рассматривать n-p-n транзистор. Подадим на вывод контроллера, к которому подключен коллекторный резистор, уровень логической единицы, а на вывод эмиттерного резистора - уровень логического нуля. Остальные выводы введем в высокоимпедансное состояние для исключения их влияния. Таким образом, мы получили транзистор, включенные по схеме ключа. Если теперь подавать на базовый резистор периодический сигнал, то через резистор 100 Ом, подключенный к коллектору, можно считывать получаемый на этом выводе транзистора сигнал и, если он инверсный по отношению к базовому, говорить о работоспособности транзистора, порядке следования его выводов и структуре. Для однозначного определения этих параметров следует дополнительно включить транзистор как эмиттерный повторитель, для чего следует подать единичный уровень на резистор 100 Ом на коллекторе и нулевой уровень на резистор 1 кОм на эмиттере и через резистор 100 Ом на эмиттере снимать сигнал, который в данном случае должен повторять базовый.

Если хотя бы одна из этих проверок не удалась, следует сделать другое предположение относительно расположения выводов транзистора и заново провести цикл измерения. Всего существует 6 сочетаний расположения выводов транзистора для каждой из структур, т. е. в общей сложности за 1 акт тестирования происходит перебор 12 возможных вариантов. Состояние битов регистров портов контроллера в случае анализа транзистора структуры n-p-n для всех 6 вариантов приведено в таблице Excel в архиве.

Результат работы прибора отображается на трехразрядном семисегментном индикаторе из трех АЛС324Б1. Индикация динамическая, для экономии выводов контроллера (хотя здесь это не очень актуально) и упрощения разводки выполнена с помощью 16-битного расширителя портов с управлением по I2C PCF8575, линии Р0-Р7 задействованы для управления сегментами, линии Р15-Р17 - для управления анодными транзисторами.
Транзистор поключается к точкам 1-3 на схеме. Соответственно, название ноги транзистора, подключенного к первой точке отображается на первом семисегментнике, второй - на втором и т.

д.
Прибор может работать в двух режимах: FreeRun - происходит постоянный опрос транзистора и вывод результата (500 мс - распиновка, 500 мс - структура) или режим опроса по кнопке, когда опрос и смена типа показаний происходит после нажатия кнопки.
Если прибор находится в режиме FreeRun однократное нажатие на кнопку (каждое нажатие подтверждается звуковым сигналом) приводит к переключению в режим опроса по кнопке, нажатие и удержание кнопки приводит к переходу в режим FreeRun, подтверждаемому двойным звуковым сигналом. Режим FreeRun индицируется запятой в старшем разряде, режим опроса по кнопке - запятой в среднем разряде.
Если в ходе проверки произошла ошибка (транзистор неисправен или отсутствует) выводится сообщение "Err" - Error.
Все резисторы SMD 0805, кроме pull-up на I2C - 1206. Транзисторы KT3129 (3 шт) и КТ3130 (1 шт) или аналоги. Мега в TQFP-32.

Фотографии устройства:

В архиве печатная плата уже подправлена, так что дополнительных проводов как на фото не понадобится, КРЕНка на плате не разведена, я ее добавил в последний момент навесным монтажом - места хватает.
В этом архиве находятся схема в RusPlan 4, отзеркаленная под утюг печатка в SprintLayout, в этом - проект CodeVision AVR (hex там найдете, я думаю), а вот в этом - экселевский файл с описанием настройки регистров порта микроконтроллера.
Из замеченных проблем: недостаточная яркость индикаторов (надо было брать импортные, но уж очень хотелось эти использовать, а то лежит целая коробка), прибор не всегда работает с транзисторами с низким коэффициентом усиления (меньше 20-30: плохо открывается, возможно стоит уменьшить "базовые" резисторы до 1 кОм).

Все вопросы как обычно в форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Исследование биполярного транзистора (2) (Лабораторная работа)

Лабораторная работа 2

Тема: Исследование биполярного транзистора

Цель: Получение входных и выходных характеристик транзистора

Приборы и элементы: биполярный транзистор 2N3904; источник постоянной ЭДС; источник переменной ЭДС; амперметры; вольтметры; осциллограф; резисторы.

Ход работы:

1. Получение выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

Рисунок 1. Включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером

Таблица 1. Результат эксперимента

Ек(В)

Еб(В)

Iб(мкА)

0,1

0,5

1

5

10

20

1,66

9,341

-783,3

-1,604

-1,612

-1,637

-1,749

-1,901

2,68

19,23

-1,656

-3,453

-3,469

-3,595

-3,753

-4,069

3,68

29,32

-2,479

-5,209

-5,233

-5,422

-5,657

-6,129

4,68

39,02

-3,269

-6,903

-6,934

-7,182

-7,439

-8,115

5,7

49,15

-4,042

-8,568

-8,606

-8,914

-9,299

-10,07

2. Получение входной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

а) На схеме (рис. 2) установить значение напряжения источника Ек равным 10 В и провести измерения тока базы iБ, напряжения база-эмиттер U6э, тока эмиттера IЭ для различных значений напряжения источника Eg в соответствии с таблицей 10.2 в разделе "Результаты экспериментов". Обратить внимание, что коллекторный ток примерно равен току в цепи эмиттера.

б) В разделе "Результаты экспериментов" по данным таблицы 10.2 построить график зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер.

Рисунок 2

в) Построить схему, изображенную на рис 3. Включить схему. Зарисовать входную характеристику транзистора, соблюдая масштаб, в разделе "Результаты экспериментов".

Рисунок 3

г) По входной характеристике найти сопротивление rВХ при изменении базового тока с 10 µA до 30 µА. Результат записать в раздел "Результаты экспериментов".

Контрольные вопросы

1. Дать определение транзистора.

2. Виды и типы транзисторов.

3. Режимы работы транзисторов.

Исследование биполярного транзистора | Лаборатория Электронных Средств Обучения (ЛЭСО) СибГУТИ

Лабораторная работа выполняется с помощью учебного лабораторного стенда LESO3.

1 Цель работы

С помощью учебного лабораторного стенда LESO3 ознакомиться с принципом действия биполярного транзистора (БТ). Изучить его вольтамперные характеристики в схемах включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ). Изучить особенности работы простейшего усилителя на биполярном транзисторе.

2. Задание к работе

2.1 Исследование входных характеристик биполярного транзистора в схеме с общей базой

2.1.1 Собрать схему исследования входных характеристик БТ. На рисунке 1 приведена схема исследования для n-p-n транзистора. В дальнейшей работе предполагается, что исследуется n-p-n транзистор. При исследовании p-n-p транзистора следует изменить полярности источников напряжения и знак предела шкалы графопостроителя.

Рисунок 1 – Схема исследования входных характеристик БТ в схеме с ОБ.   Рисунок 2 – Вид собранной на стенде схемы.

2.1.2 Установить диапазон регулирования источника E1 0..-1 В, источника E2 0..+5 В. По вертикальной оси графопостроителя выбрать миллиамперметр mA1, диапазон: нижняя граница 0, верхняя +10 мА, по горизонтальной оси графопостроителя выбрать V1, диапазон: левая граница 0, правая граница -1 В.

2.1.3 Снять две входные характеристики Iэ = f (Uэб) , для Uкб = 0 и Uкб = 5 В. Для этого с помощью источника E2 установить фиксированное напряжение V2. Далее плавно поворачивать ручку управления источника E1 против часовой стрелки до тех пор, пока ток эмиттера (mA1) не достигнет 10 мА. Результат измерения показан на рисунке 3.

Рисунок 3 – Входные характеристики БТ в схеме с ОБ.

2.1.4 Сохранить графики.

2.2 Исследование выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общей базой

2.2.1 Собрать схему исследования выходных характеристик в схеме с ОБ (рисунок 4).

Рисунок 4 – Схема исследования выходных характеристик БТ в схеме с ОБ.   Рисунок 5 – Вид собранной на стенде схемы.

2.2.2 По горизонтальной оси графопостроителя выбрать V2, установить диапазон: левая граница -1 В, правая +10 В. По вертикальной оси графопостроителя выбрать mA2, установить диапазон: нижняя граница -1 мА, верхняя граница +10 мА. Установите диапазон регулирования источника E1: 0..-10 В. Диапазон E2: -1..10 В.

2.2.3 Снимите 5 выходных характеристик в схеме с ОБ Iк = f (Uкб) при фиксированных тока Iэ, равных 0, 2, 4, 6, 8 мА. Для этого сначала с помощью источника E2 установить ток mA2 равный -1 мА. Затем установите значение тока эмиттера Iэ = 2 мА с помощью источника E1, контроль осуществляется по mA1. Плавно вращая ручку регулирования E2 по часовой стрелке до тех пор пока V2 не станет равным 10 В. На графопостроителе Вы получите требуемую характеристику. Для более точного позиционирования регулятора E2 можно менять диапазон регулирования. Затем, не изменяя напряжение источника E1, плавно поворачивая ручку регулятора E2 против часовой стрелки установить ток mA2 равный -1 мА. Установить следующее значение тока эмиттера Iэ = 4 мА с помощью источника E1. Вновь измерьте характеристику и так далее.
Сохранить графики. Образец выходных характеристик показан на рисунке 6.

Рисунок 6 – Выходные характеристики БТ в схеме с ОБ. Образец.

2.3 Исследование входных характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

2. 3.1 Соберите схему исследования входных характеристик БТ в схеме с ОЭ (рисунок 7).

Рисунок 7 – Схема исследования входной характеристики БТ в схеме с ОЭ.   Рисунок 8 – Вид собранной на стенде схемы.

2.3.2 Установите диапазон регулирования источника E1 0..+1 В, источника E2 0..+5 В. По горизонтальной оси графопостроителя следует выбрать V1, установите диапазон 0..+1 В, по вертикальной оси графопостроителя нужно выбрать mA1, установите диапазон 0..0,1 мА. Переключите шунт амперметра для измерения малых токов, для этого следует нажать кнопку , на кнопке появится надпись "мкА".

2.3.3 Снимите две входные характеристики Iб = f (Uбэ) при Uкэ = 0 В и Uкэ = +5 В.Для этого следует поворачивать ручку регулирования источника E1 до тех пор пока ток мА1 не достигнет 100 мкА, контроль можно вести по mA1. Оба графика должны быть построены на одних осях, как показано на рисунке 9.
Сохраните графики.

Рисунок 9 – Входные характеристики БТ в схеме с ОЭ. Образец.

2.4 Исследование выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

2.4.1 Собирите схему для исследования выходных характеристик в схеме с ОЭ (Рисунок 10)

Рисунок 10 – Схема исследования выходных характеристик БТ в схеме с ОЭ.   Рисунок 11 – Вид собранной на стенде схемы.

2.4.2 Установите диапазон регулирования E1 0..+10 В, E2 0..+10 В. По горизонтальной оси графопостроителя нужно выбрать V2, установите диапазон 0..+10 В, по вертикальной оси поставьте mA2, установите диапазон 0..+10 мА. Пределы вертикальной шкалы можно скорректировать после измерения характеристик.

2.4.3 Снимите семейство выходных характеристик в схеме с ОЭ и Iк = f (Uкэ) для различных фиксированных токов базы. Предварительно определите экспериментально максимальный ток базы Iб max при котором ток выходной характеристики не выходит за пределы 10 мА. Ток базы задается источником E1 и контролируется по mA1. Устанавливая фиксированные значения тока базы в диапазоне 0 .. Iб max , с равным шагом получите десять выходных характеристик. Выходная характеристика получается путем регулирования E2 от 0 до 10 В.
Сохраните полученные графики. На рисунке 12 показан пример выходных характеристик для транзистора П308.

Рисунок 12 – Выходные характеристики БТ в схеме с ОЭ. Образец.

2.4.4 Исследовать зависимость выходных характеристик БТ от температуры. Для этого снять две характеристики при комнатной и повышенной температурах. Повышения температуры можно добиться, прикоснувшись на несколько секунд пальцами руки к корпусу транзистора.
Сохраните графики.

2.5 Исследование передаточной характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

2.5.1 Собририте схему, показанную на рисунке 10. По вертикальной оси графопостроителя нужно выбрать mA2, и установить диапазон 0. .+10 мА. По горизонтальной оси графопостроителя выберите mA1, диапазон 0 .. Iб max . С помощью источника E2 установить напряжение V2, равное 5 В. При необходимости переключить шунт mA1.

2.5.2 Снять передаточную характеристику Iк = f(Iб), при Uкэ = 5 В.
Сохраните графики.

Рисунок 13 – Передаточная характеристика БТ в схеме с ОЭ. Образец.

2.6 Исследование усилителя на биполярном транзисторе в схеме с общим эмиттером

2.6.1 Собририте схему, показанную на рисунке 14.

Рисунок 14 – Схема исследования усилителя на БТ.   Рисунок 15 – Собранная схема усилителя.

2.6.2 Переведите графопостроитель в режим временных характеристик.

2.6.3 Установите диапазон регулирования E2 от 0..+10 В. Выберите по вертикальной оси верхнего экрана графопостроителя V1, диапазон: 0..+10 В; по вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя - V2, диапазон 0. .+10 В.

2.6.3 Установите напряжение источника питания усилителя E2 = 10 В.

2.6.4 Регулируя источник E1 (амплитуду и постоянную составляющую) нужно подобрать такие параметры синусоидального входного сигнала, что бы на выходе был неискаженный синусоидальный сигнал с амплитудой близкой к 5 В.
Сохраните полученные графики.

Рисунок 16 – Сигнал на входе и выходе усилителя. Образец.

2.6.5 Не изменяя параметров входного сигнала установите на вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя mA1, получите осциллограмму входного тока усилителя.
Сохраните осциллограммы.

Рисунок 17 – Осциллограмма входного тока усилителя. Образец.

2.6.6 Выбрерите по вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя mA2, получите осциллограмму выходного тока усилителя.

Сохраните осциллограммы.

Рисунок 18 – Осциллограмма выходного тока усилителя. Образец.

2.6.7. Выберите по вертикальной оси нижнего экрана графопостроителя mA2, диапазон 0. .+10 мА. Изменяя постоянную составляющую входного сигнала, анализируя искажения синусоиды по осциллограмме выходного сигнала установите режим работы транзистора вблизи отсечки и вблизи насыщения. Установите рабочую точку транзистора посередине рабочего участка подайте на вход усилителя такой сигнал, что бы были видны ограничения сигнала на выходе снизу и сверху. Для каждого случая сохранить полученные графики.

Рисунок 19 – Осциллограмма выходного тока усилителя при искажениях снизу. Образец.   Рисунок 20 – Осциллограмма выходного тока усилителя при искажениях сверху. Образец.   Рисунок 21 – Осциллограмма выходного тока усилителя при искажениях сверху и снизу. Образец.

3 Содержание отчета
  1. Схемы исследования.
  2. Выходные и входные характеристики БТ в схеме с ОБ (каждую характеристику подписать!).
  3. Семейство выходных характеристик БТ в схеме с ОБ (подписать каждую характеристику в семействе).
  4. Входные характеристики БТ в схеме с ОЭ.
  5. Семейство выходных характеристик БТ в схеме с ОЭ (каждую характеристику семейства подписать).
  6. Результаты исследования зависимости выходной характеристики БТ в схеме с ОЭ от температуры.
  7. Передаточная характеристика БТ в схеме с ОЭ.
  8. Результаты исследования усилителя.
  9. По характеристикам транзистора определить его дифференциальные h-параметры для схем с ОБ и ОЭ.
  10. По осциллограммам усилителя определить коэффициент усиления усилителя по напряжению, току и мощности.

Понятие рабочей точки (РТ) - Club155.ru

 

Анализ работы любого усилительного устройства удобно начинать с изучения его вольт-амперных характеристик. Основной характеристикой, используемой при таком анализе, является выходная характеристика, представляющая собой зависимость выходного тока от выходного напряжения:

\({I}_{вых} = {f}{(}{{U}_{вых}}{)}\left|{\atop{{I}_{вх}={const}{, } { U}_{вх}={const}}}\right. \)

 

Рис. 3.1. Семейство выходных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ

 

На рис. 3.1 приведено семейство выходных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ. В них в качестве выходного тока выступает ток коллектора \(I_К\), а в качестве выходного напряжения — напряжение между коллектором и эмиттером \(U_{КЭ}\). Заметим, что приблизительно так же будут выглядеть и выходные характеристики при включении с ОБ и ОК (рис. 3.12,б), а также выходные характеристики схем с полевыми транзисторами. Разница будет лишь в названиях электродов транзистора, выступающих в качестве выходных.

Очевидно, что при работе усилительного прибора величины входного напряжения и тока не остаются неизменными, а претерпевают некоторые колебания по закону изменения усиливаемого сигнала в определенном, задаваемом внешними цепями, диапазоне значений. При этом в каждый момент времени на семействе выходных характеристик можно указать единственную точку, соответствующую текущему состоянию усилительного прибора.

Если рассмотреть и другие характеристики усилителя (характеристики управления, входные характеристики, характеристики передачи), то окажется, что и на них эта точка всегда однозначно определена, если известны токи и напряжения на входных и выходных электродах.

Точка на плоскости выходных (или других) характеристик усилительного прибора, связывающая текущие значения напряжений и токов в нем, называется рабочей точкой. Заметим, что даже при отсутствии входного полезного сигнала усилительный каскад продолжает находиться в некотором вполне конкретном состоянии, которому соответствует некоторая вполне конкретная рабочая точка, ее обычно называют исходной рабочей точкой или рабочей точкой по постоянному току, если речь идет о транзисторном усилителе, предназначенном для усиления малых по амплитуде переменных токов и напряжений.

В дальнейшем все постоянные составляющие токов и напряжений на электродах усилительного прибора будем отмечать дополнительным индексом "0", а их переменные составляющие — дополнительным индексом "~" в соответствии с описанными в разделе 2.3 правилами. Т.е., например, значение коллекторного тока транзистора, соответствующее исходной рабочей точке (рабочей точке по постоянному току), будет обозначаться \(I_{К_0}\), при этом полный ток коллектора в каждый момент времени будет равен \(I_К = I_{К_0} + I_{К_{\sim}}\), где в случае гармонического входного воздействия \(I_{К_{\sim}} = I_{К_m}\sin\left({\omega t + \varphi}\right)\).

Взаимосвязь изменений выходного тока и напряжения и изменений входного сигнала должна быть не только причинно-следственной, но и по возможности линейной. Только при линейной (пропорциональной) функциональной зависимости возможно неискаженное воспроизведение усиливаемого сигнала на выходе каскада при работе на линейную резистивную нагрузку. Косвенным признаком возможности неискажающей работы усилительного прибора является эквидистантность (равномерная плотность) графиков выходных характеристик, представленных на рис. 3.1. Очевидно, что условие эквидистантности выполняется лишь в ограниченной области значений токов и напряжений. Область выходных характеристик усилительного прибора, где указанное условие выполняется с приемлемой для практики точностью, называется усилительной областью (областью линейного усиления). На выходных характеристиках биполярных транзисторов (рис. 3.1) эта область ограничивается с одной стороны так называемой линией насыщения (переход за эту линию означает переход транзистора в режим насыщения), а с другой — линией отсечки (переход в режим отсечки). При выходе рабочей точки транзистора за указанные пределы не только нарушается пропорциональная зависимость изменений выходного сигнала от изменений входного сигнала, но вообще прекращается управляющее воздействие входного сигнала на выходной ток и напряжение, т.е. транзистор полностью теряет усилительную функцию. Считается, что транзистор работает в усилительном режиме (класс усиления А), если в процессе усиления рабочая точка не соприкасается с линиями насыщения и отсечки.

Напряжения и токи, а также внешние по отношению к усилительному прибору электрические цепи, обеспечивающие заданное положение рабочей точки по постоянному току, называются соответственно напряжениями, токами и цепями смещения. Напряжения и токи смещения также часто называют начальными.

 

 

< Предыдущая   Следующая >

3. Исследование биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

1 Цель работы

Цель работы - достичь понимания свойств и характеристик биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером, приобрести навыки экспериментального определения семейств их статических вольт - амперных характеристик (ВАХ) и научиться использовать их для практического определения соответствия параметров биполярных транзисторов техническим условиям или справочным данным.

2 Задачи работы

2.1 Изучить теоретический материал по биполярным транзисторам, схемам их включения и семействам ВАХ.

2.2 Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.

2.3 По результатам проведенных работ оформить отчет и защитить его.

3 Программа работ

3.1 Ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению данной работы.

3.2 Изучить теоретические сведения по электрофизическим явлениям в биполярных транзисторах, свойствам и параметрам полупроводниковых биполярных транзисторов, включенных в схеме с общим эмиттером по конспекту лекций по дисциплине "Полупроводниковые приборы " и литературе [1-4].

3.3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.

3.4 Ознакомиться с устройством модернизированного лабораторного стенда по методическому пособию «Универсальный компьютерный лабораторный стенд» и подготовить его к работе.

3.5 Снять семейство входных статических ВАХ биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.

3.6 Снять семейство выходных ВАХ этого же транзистора.

3.7 Построить графики полученных ВАХ.

3.8 Выбрать рабочую точку на прямолинейном участке одной из ВАХ семейства выходных характеристик и определить для этой точки значения h-параметров.

3.9 Рассчитать по семействам выходных ВАХ зависимости статического Rcи динамического Rдсопротивлений, а также выделяемой в транзисторе мощности Рот тока коллектора.

3.10 Определить по справочнику параметры предельных режимов работы транзистора и отметить их на семействах ВАХ.

3.11 Построить нагрузочную прямую на семействе выходных ВАХ для нагрузки сопротивлением R=250 Ом при напряжении питанияU=15 В. Определить напряжение насыщения и отсечки, а также токи при этих напряжениях. Построить зависимость выделяемой в транзисторе мощности от входного тока при переводе транзистора из режима отсечки в режим насыщения.

3.12 Сравнить параметры исследованного транзистора с техническими условиями или со справочными данными.

3.13 Используя экспериментальные данные, полученные при определении семейств входных и выходных ВАХ, построить семейства статических ВАХ прямой передачи тока и обратной связи по напряжению.

3.14 Закончить оформление отчета и сделать выводы о степени соответствия исследованного транзистора техническим условиями.

3.15 Защитить отчет.

4 Методические рекомендации

4.1 При изучении теоретического материала обратить внимание на принцип работы биполярного транзистора, свойства биполярных транзисторов в различных схемах включения и их параметры. Повторить условные обозначения элементов в электрических цепях и их буквенные обозначения по действующим ГОСТам.

4.2 Работа выполняется на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 "ЛУЧ". При выполнении экспериментальной части лабораторной работы необходимо использовать сменный планшет №6. Рекомендуемые приборы: 1) генератор тока (ГТ 0-10 мА) и генератор напряжения ГН2 (0,5-15 В), находящиеся на нижней панели стенда, 2) мультиметры, находящиеся на правой и левой панелях стенда, 3) биполярный транзистор, выдаваемый преподавателем (типа n-p-nлибоp-n-p), 4) соединительные провода.

4.3 Для точного получения результатов при малых значениях измеряемых величин необходимо устанавливать переключатели приборов на как можно меньшие диапазоны измерения.

4.4 При снятии входных ВАХ необходимо обратить внимание на полярности источников и приборов, указанные на схеме планшета (рисунки 1 и 2) и собрать схему в строгом соответствии с этими полярностями. Переключатель мультиметра – измерителя напряжения установить в положение 0,2 В, а измерителя тока в положение 0,5 мА. Для измерения выходных напряжений использовать мультиметр – измеритель напряжения, переключив его на соответствующий предел (20 В). Перед началом эксперимента подключить стенд к сети 220 В, 50 Гц. Установить рукоятки источников ГТ и ГН2 "ГРУБО" и "ТОЧНО" в крайнее положение против часовой стрелки.

Рисунок 1 – Схема снятия входных характеристик p-n-pтранзистора

Рисунок 2 - Схема снятия входных характеристик n-p-nтранзистора

После проверки собранной схемы преподавателем включить стенд, поставив включатель «Сеть» в положение "I". При этом должна загореться подсветка включателя. Вращая рукоятки "ГРУБО" и "ТОЧНО" генератора тока, снять показания мультиметров в 10 -12 точках в диапазоне тока базы от 0 до 0,5 мА. Поскольку семейство входных характеристик должно сниматься при постоянном выходном напряжении, то при изменении тока базы необходимо периодически следить с помощью мультиметра – вольтметра за тем, чтобы выходное напряжение не изменялось. При обнаружении его изменения необходимо ручкой регулятора ГН2 восстановить первоначально установленную его величину. Рекомендуется семейство входных ВАХ снимать при следующих постоянных напряжениях коллектор-эмиттер¾0; 0,5; 5; 10; 15 В. Затем выключить стенд, полученные значения токов и напряжений занести в таблицу.

4.5 Перед проведением эксперимента по определению семейства выходных ВАХ необходимо разобрать схему, собранную для проведения предыдущего эксперимента и установить все рукоятки регуляторов в исходное положение.

4.6 Для определения выходных статических ВАхбиполярного транзистора ток коллектора рекомендуется измерять на пределе мультиметра 20 мА. После проверки собранной схемы (рисунок 3 или 4 в зависимости от типа транзистора) необходимо включить стенд, задать с помощью генератора тока ГТ ток базы и поддерживать его постоянным в ходе эксперимента по определению каждой выходной ВАХ всего семейства. Рекомендуемый ряд задаваемых в этом эксперименте токов базы - 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мА. Контролировать ток необходимо мультиметром – амперметром, включаемым вместо перемычки П.

Рисунок 3 - Схема снятия выходных характеристик p-n-pтранзистора

При каждом из этих значений тока базы необходимо снять 10-15 точек ВАХ в диапазоне изменения напряжения коллектор-эмиттер от 1 до 15 В. Поскольку ток коллектора наиболее круто возрастает в диапазоне от 0 до 1 В, то в этом диапазоне рекомендуется снять 10 точек с шагом 0,1 В. Не следует забывать о поддержании тока базы постоянным.

Рисунок 4 - Схема снятия выходных характеристик n-p-nтранзистора

4. 7 Определить начальный ток эмиттера при 10 В напряжения коллектор-эмиттер и разомкнутой цепи базы. Эксперимент проводить как можно быстрее во избежание излишнего саморазогрева транзистора.

4.8 После окончания экспериментов отключить стенд. Построив от руки в рабочей тетради графики полученных семейств ВАХ, показать преподавателю.

4.9 Построить графики семейства зависимостей статического коэффициента передачи тока базы от тока коллектора.

4.10 Построить графики семейства зависимостей мощности рассеяния на транзисторе от напряжения коллектор-эмиттер. При расчетах учитывать потери не только от тока коллектора, но и от тока базы.

4.11 На графиках семейства выходных ВАХ отметить границы предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора.

4.12 Рассчитать h-параметры рабочей точки, выбранной на одной из выходных ВАХ при напряжении 10 В, определив также ее координаты на соответствующей входной ВАХ. Расчет рекомендуется вести графо-аналитическим способом. При этом следует иметь в виду, что значения приращения тока коллектора, используемые при расчете параметров h31 и h32 имеет различную величину, также как и приращения входного напряжения при определении h21 и h22.

4.13 При оформлении отчета руководствоваться требованиями к оформлению отчетов по лабораторным работам кафедры «Промышленная электроника».

5 Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие разделы:

·цель и программа работ,

·описание методики, принципиальных электрических схем для определения семейств ВАХ транзистора в схеме с ОЭ с приведением всех используемых приборов, разъемов и их буквенных обозначений, а также таблиц со значениями экспериментальных данных.

·графики семейств статических ВАХ транзистора в схеме с ОЭ с обозначенными на них границами предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора.

·справочные данные исследуемого транзистора и его эскизы с указанием названия электродов,

·расчет h-параметров

·расчет коэффициента β прямой передачи тока базы и графики его изменения,

·расчет мощности, выделяемой в транзисторе и графики ее изменения,

·выводы по работе,

·список литературы, использованной при проведении работы.

6 Вопросы для самоконтроля

6.1 Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы.

·В чем заключается цель лабораторной работы?

·Какие приборы используются при выполнении лабораторной работы?

·Как определяется семейства входных ВАХ транзистора?

·Как определяется семейства выходных ВАХ диода?

·Какие пределы измерения выставляются на приборах при определении входных и выходных ВАХ транзистора?

·Как определить начальный ток эмиттера?

6.2 Вопросы для защиты лабораторной работы

·В чем заключается принцип действия биполярного транзистора и особенности физических процессов в нем при различных режимах?

·Каковы особенности работы биполярного транзистора в схеме с ОЭ по сравнению с другими схемами включения?

·Какими причинами объясняется нелинейный характер ВАХ ?

·Какие параметры биполярного транзистора в схеме с ОЭ ВЫ знаете?

·Что такое предельные режимы работы транзистора?

·Какие области на графиках семейств ВАХ каким режимам соответствуют?

·Как по двум различным семействам ВАХ построить остальные семейства?

·Каковы области применения транзисторов в схеме с ОЭ ?

·В чем заключаются методики проведения экспериментальной и расчетной частей лабораторной работы ?

·Как биполярные транзисторы маркируются и обозначаются в схемах электрических цепей ?

·Каковы схемы замещения биполярных транзисторов ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА: Исследование кремниевого биполярного транзистора

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Исследование кремниевого биполярного транзистора

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование биполярного транзистора на основе кремния, включенного по схеме с общим эмиттером, снятие и анализ входных и выходных характеристик; определение основных параметров.

ТЕОРИЯ

1. Общие сведения о биполярном транзисторе

Биполярным транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода и три внешних вывода, и предназначенный в основном для усиления и преобразования электрических сигналов. Работа биполярного транзистора основана на взаимодействии электронов и дырок с электрическим полем.

Широко распространены биполярные транзисторы, изготовленные по диффузионной технологии (рис.1. а).

Рис. 1. Структурная схема а) и типы биполярных транзисторов б).

Биполярный транзистор в своей структуре имеет три области полупроводника. Две крайние области имеют одинаковый тип проводимости, а средняя область – противоположный крайним областям. В зависимости от типа проводимости областей различают транзисторы с n-p-n- и p-n-p-структурой (рис. 1. б).

Наибольшее распространение получили транзисторы n-p-n-структуры, которые, благодаря более высоким значениям подвижности и коэффициента диффузии электронов по сравнению с дырками (>; >), обладают большим усилением и меньшей инерционностью, чем транзисторы p-n-p- структуры.

Одна из крайних областей транзистора, имеющая наименьшие размеры, называется эмиттером (Э). Эмиттер предназначен для создания сильного потока основных носителей заряда, пронизывающего всю структуру транзистора. Поэтому эмиттер имеет высокий степень легирования (=1019-1020 см-3). Другая крайняя область транзистора, называется коллектором (К). Он предназначен для собирания потока носителей, идущих из эмиттера. Поэтому коллектор имеет большие размеры. Легируется коллектор значительно слабее эмиттера. Средняя область транзистора называется базой (Б). Она предназначена для управления потоком носителей, движущихся из эмиттера в коллектор. Степень легирования базы очень низкая - на 3...4 порядка ниже, чем у эмиттера (<<). Толщина базовой области делается очень маленькой, меньше чем диффузионная длина (<<), Эти два условия способствуют уменьшению в базе, инжектированных из эмиттера носителей при рекомбинации с основными носителями в базе.

Режимы работы транзистора

В зависимости от полярности приложенного напряжения, характеризующего состояние переходов, различают четыре режимы работы транзистора. Основным режимом, используемым в усилительных схемах, является активный режим. В этом режиме эмиттерный переход находится в открытом состоянии, а коллекторный - в закрытом. В инверсном режиме эмиттерный переход закрыт, а коллекторный - открыт, в режиме насыщения оба перехода открыты, и наконец в режиме отсечки оба перехода закрыты.

Схемы включения биполярного транзистора

В транзисторе имеется только три вывода, поэтому для представления его в качестве четырехполюсника необходимо один из выводов транзистора сделать общим для входной и выходной цепей. Исходя из того, какой вывод является общим, различают схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). На рисунке 2 показаны полярности напряжений между электродами и направления токов, соответствующие активному режиму в различных схемах включения транзистора.

В схеме с общей базой (рис. 2,а) входной цепью является цепь эмиттера, а выходной - цепь коллектора. Схема с ОБ наиболее проста для анализа, поскольку в ней каждое из внешних напряжений прикладывается к конкретному переходу: напряжение прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение - к коллекторному.

Рис.2. Схемы включения биполярного транзистора.

Падениями напряжений на областях эмиттера, базы и коллектора можно в первом приближении пренебречь, поскольку сопротивления этих областей значительно меньше сопротивлений переходов. При указанных на рисунке полярностях напряжений (>0; <0) эмиттерный переход находится в открытом состоянии, а коллекторный - в закрытом состоянии, что соответствует активному режиму работы транзистора.

В схеме с общим эмиттером (рис. 2,б) входной цепью является цепь базы, а выходной - цепь коллектора. В схеме с ОЭ напряжение >0 прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу и отпирает его. Напряжение распределяется между обоими переходами: =+. Для того, чтобы коллекторный переход был закрыт, необходимо =<0.

В схеме с общим коллектором (см. рис.2,в) входной цепью является цепь базы, а выходной - цепь эмиттера.

Принцип работы биполярного транзистора

Рассмотрим транзистор n-p-n структуры, включенный с схеме с ОБ в активном режиме (рис.3).

Рис.3. Механизмы токов в биполярном транзисторе.

Допустим, что переходы являются плоскими и их поперечные размеры во много раз превышают толщину переходов, а также потоки носителей движутся только в направлении, перпендикулярной плоскостям переходов (плоская одномерная модель). Так как в реальных транзисторах (рис.1а) ширина базы значительно меньше поперечных размеров переходов, плоская одномерная модель достаточно хорошо отражает процессы, протекающие в транзисторе.

Через открытый эмиттерный переход инжектируются в базу основные носители заряда. Инжекцию можно считать односторонней, то есть достаточно рассматривать только поток электронов, инжектируемых из эмиттера в базу. Этот поток экспоненциально (сильно) зависит от напряжения на эмиттерном переходе . Инжектированные в базу электроны оказываются в ней избыточными (неравновесными) неосновными носителями заряда. Вследствие диффузии они движутся через базу к коллекторному переходу, частично рекомбинируя с основными носителями - дырками. Достигнувшие коллекторного перехода электроны захватываются полем закрытого коллекторного перехода и перебрасываются в коллектор.

Поскольку коллекторный переход не представляет потенциальный барьер для электронов, движущихся из базы, этот поток (если не учесть эффект Эрли) не зависит от напряжения на коллекторном переходе . Таким образом, в активном режиме всю структуру транзистора от эмиттера до коллектора пронизывает сквозной поток электронов, создающий во внешних цепях эмиттера и коллектора токи и (рис.3). Ток коллектора является выходным током транзистора. Он не зависит от выходного напряжения и им очень эффективно управляется входным напряжением , что составляет основу принципа работы биполярного транзистора и позволяет использовать транзистор для усиления электрических сигналов.

Теперь рассмотрим, каким образом осуществляется усиление по напряжению в усилительном каскаде на транзисторе, включенном по схеме ОБ. В этой схеме источник переменного напряжения включается в эмиттерную цепь, а в коллекторную цепь включен нагрузочный резистор (рис.4.). Переменное напряжение складывается с напряжением, подаваемым от источника постоянного смещения, и воздействует на ток коллектора.

Рис. 4. Схема с ОБ с источником переменного сигнала

При этом коллекторный ток приобретает переменную составляющую , которая может изменяться очень сильно при изменении на малую величину, за счет эффективного управления, как было сказано выше. При протекании переменного тока через нагрузочный резистор на нем выделяется переменное напряжение = Это напряжение при достаточно большом сопротивлении может значительно превосходить величину входного переменного напряжения (>>). Таким образом, транзистор, включенный по схеме с ОБ, усиливает электрические сигналы по напряжению. Что касается усиления по току, то рассмотренная схема его не обеспечивает, поскольку входной и выходной токи примерно равны друг другу.

В активном режиме запертый коллекторный переход значительно шире открытого эмиттерного перехода. Некоторая доля электронов, инжектированных из эмиттера, не доходят до коллекторного перехода, а рекомбинируют с дырками в базе. Для восполнения потери дырок, из-за их рекомбинации, дырки из внешней цепи поступают в базу. Эти потоки создают во внешних цепях эмиттера и базы дополнительные составляющие токов. Также дополнительный ток создает неосновные носители заряда, образующие тепловой ток обратносмещенного коллекторного перехода (поток электронов, движущихся из базы в коллектор, и поток дырок, движущихся из коллектора в базу). Каждый из рассмотренных составляющих дополнительных токов вносит свой вклад в токи, протекающие во внешних цепях эмиттера, коллектора и базы. При этом только сквозной ток электронов является единственным полезным в транзисторе, поскольку определяет возможность усиления электрических сигналов. Все остальные токи в усилении сигнала не участвуют, и поэтому являются побочными.

Для того чтобы транзистор имел высокие усилительные свойства, необходимо, чтобы побочные токи были как можно слабее по сравнению с полезным сквозным током. С учетом того, что база транзистора делается очень узкой и слабо легируется, потери электронов на рекомбинацию в базе очень невелики, и <<, а .

Полные токи транзистора могут быть представлены в виде:

;

;

, (1)

где и побочные (дополнительные) дырочные токи переходов и токи, обусловленные рекомбинацией в базе. Эти токи замыкаются каждый через свой переход и не могут передаваться из эмиттера в коллектор. Наличие этих токов приводит только к потерям энергии. – полезный ток, обусловленный переносом электронов из эмиттера в коллектор.

Коэффициенты передачи токов

Количественно эффективность передачи эмиттерного тока из эмиттера в коллектор оценивают с помощью статического коэффициента передачи тока эмиттера α:

(2)

при =0. Смысл условия =0 заключается в том, что при этом дополнительный ток коллекторного перехода =0. Значение α близко к единице.

Статический коэффициент передачи тока базы β

(3)

Если α=0,99, то β=α/(1-α) =99, а при α =0,98 - β=49.

Статические характеристики биполярного транзистора

Любой четырехполюсник характеризуется четырьмя величинами: входным и выходным напряжениями и входным и выходным токами (, , , ). Функциональные зависимости между этими величинами называются статическими характеристиками. Чтобы установить функциональные связи между этими величинами, необходимо две из них взять в качестве независимых переменных, а две оставшиеся выразить в виде функций этих независимых переменных. На практике удобнее использовать функции одной переменой. Для перехода к таким функциям необходимо вторую переменную, называемую в этом случае параметром характеристики, поддерживать постоянной.

Применительно к транзисторам получаются четыре типа характеристик:

  1. входная характеристика:

при ;

  1. характеристика обратной передачи (связи) по напряжению:

при ;

  1. характеристика (прямой) передачи тока, называемая также управляющей или передаточной характеристикой:

при ;

  1. выходная характеристика:

при .

Статические характеристики транзистора могут задаваться соответствующими аналитическим выражениями, а могут быть представлены графически. Несколько характеристик одного типа, полученные при различных значениях параметра, образуют семейство характеристик. Семейства входных и выходных характеристик транзистора считаются основными и приводятся в справочниках. Конкретный вид статических характеристик зависит от схемы включения транзистора. Рассмотрим статические характеристики транзистора в наиболее распространенных схемах ОБ и ОЭ.

Статические характеристики в схеме с ОБ

В схеме с ОБ входным током является ток эмиттера , а выходным - ток коллектора , соответственно, входным напряжением является напряжение , а выходным - напряжение .

Входная характеристика в схеме ОБ представляет собой зависимость

при .

Однако, реально в справочниках приводится обратная зависимость

при .

Выходная характеристика транзистора в схеме ОБ представляет собой зависимость

при .

Статические характеристики в схеме ОЭ

В схеме с общим эмиттером (рис. 2,б) входным током является ток базы , а выходным - ток коллектора , соответственно, входным напряжением является напряжение , а выходным - напряжение .

Входная характеристика в схеме ОЭ представляет собой зависимость

при .

Однако, реально в справочниках приводится обратная зависимость

при .

Выходная характеристика в схеме ОЭ представляет собой зависимость

при .

Рис.5. Входные и выходные характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

Особенностью выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ по сравнению с характеристикой в схеме с ОБ, является то, что она целиком лежит в первом квадранте (рис 5). Это связано с тем, что в схеме с ОЭ напряжение распределяется между обоими переходами, и при < напряжение на коллекторном переходе меняет знак и становится прямым, в результате транзистор переходит в режим насыщения при >0. В режиме насыщения характеристики сливаются в одну линию, то есть ток коллектора не зависит от тока базы. Так же, как и в схеме с ОБ, в идеализированной модели характеристика в активном режиме не зависит от напряжения . Реально имеет место заметный рост тока с ростом , связанный с эффектом Эрли.

h параметры транзистора

В режиме усиления малых сигналов транзистор, включенный по схеме с ОЭ, эквивалентно представляют в виде линейного четырехполюсника (рис.6), входные и выходные параметры которого связаны следующими уравнениями:

,

.

Рис.6. Эквивалентная схема биполярного транзистора

Физический смысл h параметров состоит в следующем:

- входное сопротивление в режиме короткого замыкания на выходе.

- коэффициент внутренней обратной связи в режиме холостого хода на входе.

- коэффициент передачи тока в режиме короткого замыкания на выходе.

- выходная проводимость транзистора в режиме холостого хода на входе.

Рассчитывают h параметры для схемы с ОЭ по формулам:

при (4)

при (5)

при (6)

при (7)

Для определения проводят через рабочую точку А, касательную к входной характеристике и строят треугольник ВCД (рис.7а). Рабочая точка транзистора в схеме с ОЭ на входных и выходных характеристиках выбирается посередине прямолинейного участка на активной области и характеризуются следующими параметрами: .

Тогда, согласно формуле (4)

Для определения выбирают две входные характеристики, снятые при двух значениях напряжений между коллектором и эмиттером (рис.3б), и проводят через точку А линию , соответствующую холостому ходу на входе транзистора. Затем точки пересечения этой линии с характеристиками проецируют на ось , определяют , находят и рассчитывают по формуле (5).

Для определения семейство выходных характеристик вблизи точки А пересекают линией (рис.3в), что соответствует короткому замыканию на выходе транзистора. Затем по формуле (6) рассчитывают , определив графически как разность и .

Рис.7.

Для определения выбирают из семейства выходную характеристику, снятую при . Находят приращение тока коллектора , вызванное приращением напряжения на нем при постоянном токе базы (рис.7, г) и по формуле (7) рассчитывают .

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Задание

Снять экспериментально и построить графики четырех семейств характеристик биполярного транзистора n-р-n типа.

Порядок выполнения экспериментов

1. Соберите цепь согласно схеме (рис. 8, 9). Потенциометр 1 кОм используется для регулирования тока базы, резисторы 100 и 47 кОм - для ограничения максимального тока базы. Регулирование напряжения UКЭ осуществляется регулятором источника постоянного напряжения. Для предотвращения подачи обратного напряжения на транзистор в цепь коллектора включён диод. Переход эмиттер база также защищен шунтирующим диодом. Измерение тока базы и напряжения UБЭ производятся мультиметрами на пределах 200 А и 2 В соответственно, Пределы измерения тока коллектора IК и напряжения Uкэ изменяются в ходе работы по мере необходимости. При сборке схемы предусмотрите перемычки для переключения амперметра из одной ветви в другую.

2. Установите первое значение тока базы 20 А, переключите миллиамперметр в цепь коллектора и, изменяя напряжение UКЭ согласно значениям, указанным в табл. 1, снимите зависимости IКЭ(UКЭ) и UБЭ(UКЭ). Повторите эти измерения при каждом значении IБ указанном в таблице.

Примечание характеристики транзистора изменяются в ходе работы из-за его нагрева. Поэтому для большей определенности рекомендуется установить нужные значения IБЭ и UКЭ, выключить на 30 с блок генераторов напряжений, затем включить его и быстро записать показания приборов VI и А2.


Рис. 8


Рис. 9

Таблица 1.

3. На рис. 10 постройте графики семейства выходных характеристик IК(UКЭ) и семейство характеристик обратной связи UБЭ(UКЭ), не забыв указать какому току базы соответствует каждая кривая.

4. Установите UКЭ=0 и изменяя ток базы в соответствии со значениями, указанными в табл. 2, снимите зависимость UБЭ(IБ), Увеличьте напряжение UКЭ до 5 В и снова снимите зависимость UБЭ(IБ), а также и IК(IБ). Повторите этот опыт также при UК=15 В. (При проведении этих измерений также учитывайте примечание к предыдущему опыту).

5. На рис. 10 постройте графики входных IБ(UБЭ) и регулировочных IК(IБ) характеристик, указав для каждой кривой соответствующие значения UКЭ

Таблица 2

Рис. 10

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1. Какова структура биполярного транзистора, размеры областей эмиттера, коллектора базы и концентрации носителей в них?

  2. Объясните принцип работы биполярного транзистора.

  3. Какой ток в биполярном транзисторе является полезным, а какие токи - побочными?

  4. Что понимается под входной и выходной характеристиками в схеме с ОЭ?

  5. Перечислите режимы работы биполярного транзистора и в чем их различие?

  6. Каков физический смысл - параметров и при каких условиях их определяют?

  7. Почему значительно больше 1?

  8. Какие параметры транзистора, включенного с ОЭ, характеризуют его рабочую точку?

  9. Почему входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ больше чем в схеме с ОБ?

  10. Почему схема включения транзистора с ОЭ наиболее распространена?

Биполярный транзистор

- обзор

8.4.3 Силовые транзисторы

Транзистор представляет собой трехслойное трехполюсное устройство. Это может быть биполярный переходной транзистор (BJT) или металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET). Обычно производители классифицируют транзисторы в соответствии с их областью применения:

Малосигнальные транзисторы общего назначения предназначены для работы с малой и средней мощностью (менее 1 Вт) или для коммутации.

Силовые транзисторы предназначены для работы с большими токами и / или большими напряжениями.

RF (радиочастота) транзисторы предназначены для высокочастотной работы, например, в системах связи.

BJT представляет собой транзистор NPN или PNP, показанный на рис. 8.40, с тремя выводами: базой, коллектором и эмиттером. BJT иногда считают двумя диодами, соединенными последовательно, чтобы получить структуру n-p-n или p-n-p.

Рисунок 8.40. BJT: структура (вверху) и символ схемы (внизу), транзистор NPN (слева) и транзистор PNP (справа)

Протекание тока базы (I B ) позволяет увеличить ток коллектора (I C ) для поток. Ток эмиттера - это сумма токов базы и коллектора. BJT действует как усилитель тока, хотя во многих случаях этот ток пропускается через резистор для создания напряжения. Соединяя BJT с резисторами (и конденсаторами), полученные схемы могут обеспечивать усиление как тока, так и напряжения.

MOSFET представляет собой транзистор nMOS или pMOS, показанный на рис. 8.41, с тремя выводами: затвор, сток и исток. Некоторые полевые МОП-транзисторы также имеют четвертое соединение, основную часть или подложку, но с трехконтактным устройством основная часть внутренне соединена с истоком транзистора.

Рисунок 8.41. MOSFET: структура (вверху) и обозначение схемы (внизу), nMOS-транзистор (слева) и pMOS-транзистор (справа)

Приложение напряжения между затвором и истоком (V GS ) MOS-транзистора (напряжение больше чем пороговое напряжение для транзистора) позволяет протекать току стока (I D ).Вход затвора в транзистор является емкостным, и в устройстве протекает только небольшой ток затвора (ток утечки в неидеальном конденсаторе). (В простом анализе этот ток затвора предполагается равным нулю для идеального конденсатора.) МОП-транзистор использует входное напряжение для управления выходным током. Во многих случаях этот ток пропускается через резистор для создания напряжения. Соединяя полевой МОП-транзистор с резисторами (и конденсаторами), полученные схемы могут обеспечивать выход напряжения и тока.

И BJT, и MOSFET могут использоваться для создания схем усилителя или аналоговых фильтров (линейные приложения) или коммутационных приложений (нелинейные приложения).Примеры применения силовых транзисторов:

Управление двигателем постоянного тока

Управление двигателем переменного тока

Управление ступенчатым двигателем

усилители звука (усилители звука усилителя, управляющего динамиками)

импульсных источников питания

Для силового транзистора безопасная рабочая область (SOAR) определяет безопасные пределы работы транзистора с точки зрения рабочих напряжений и токи для непрерывной работы (уровни постоянного тока и напряжения), а также для уровней, которые превышают область непрерывной работы в течение ограниченного периода времени.При использовании в качестве переключателя (особенно применимо для управления двигателем) время включения и выключения также необходимо учитывать, чтобы гарантировать правильную работу схемы, в которой используется транзистор. Если схема пытается слишком быстро включать и выключать транзистор, транзистор не может реагировать достаточно быстро, и результатом будет неправильная работа схемы.

Выбор силового транзистора для использования зависит от ряда факторов:

наличие транзистора, способного работать до требуемых уровней напряжения, тока и температуры

максимальный транзистор рассеиваемая мощность

подходящий корпус - корпус транзистора (два примера показаны на рисунке 8.42) требуется для крепления транзистора к печатной плате или корпусу и для отвода тепла, выделяемого внутри корпуса.

Рис. 8.42. Примеры корпусов силовых транзисторов

размер транзистора

Материал корпуса

(пластик, керамика или металл) - когда в корпусе корпуса используется металл, один из выводов устройства должен быть электрически подключено к корпусу

Сопротивление включения и выключения - когда полевой МОП-транзистор используется в качестве переключателя

стоимость

Когда транзистор используется в качестве усилителя, создается схема усилителя. один из пяти классов усилителя (Таблица 8.13). Каждый класс имеет рейтинг эффективности, который описывает количество мощности, подаваемой на нагрузку схемы (например, электродвигателя), в процентах от мощности, подаваемой на усилитель. 100-процентный КПД означает, что усилитель не рассеивает мощность (в виде тепла), но 100-процентный КПД недостижим.

Таблица 8.13. Классы усилителя

Класс усилителя Описание
Класс A Транзистор проводит в течение всего периода входного сигнала.КПД низкий, максимум 25%.
Класс B Транзистор проводит в течение одной половины периода входного сигнала. КПД выше, максимум около 78%.
Класс AB Усилитель работает где-то между классом A и классом B.
Класс C Транзистор проводит менее половины периода входного сигнала. КПД приближается к 100%, но дает большие искажения входного сигнала.
Класс D Транзистор используется в качестве переключателя (ВКЛ или ВЫКЛ) и производит усилитель с хорошим КПД. Их часто называют переключающими усилителями или переключаемыми усилителями.

Силовые транзисторы могут использоваться в управлении двигателем, чтобы обеспечить управление скоростью, положением или крутящим моментом двигателя. Пример схемы транзисторного усилителя для управления скоростью электродвигателя постоянного тока показан на рисунке 8.43:

Рисунок 8.43. Регулирование скорости двигателя без обратной связи

Схема работает от двухканального источника питания, где + V S - положительное напряжение источника питания, а –V S - отрицательное напряжение источника питания.

Пользователь устанавливает положение потенциометра для получения напряжения, которое представляет требуемую скорость двигателя.

Выход потенциометра буферизируется с помощью операционного усилителя.

Выход операционного усилителя управляет усилителем класса B.

Усилитель класса B управляет двигателем постоянного тока.

В усилителе класса B используется один транзистор NPN и один транзистор PNP.Когда входное напряжение (выходное напряжение операционного усилителя) положительно (относительно общего узла), NPN-транзистор проводит. Ток течет от положительного источника питания к общему узлу через двигатель, и двигатель вращается в одном направлении. Когда входное напряжение (выходное напряжение операционного усилителя) отрицательное (по отношению к общему узлу), транзистор PNP проводит. Ток течет от общего узла к отрицательному источнику питания через двигатель, и двигатель вращается в другом направлении.Два диода с обратным смещением подключены к узлам коллектор-эмиттер транзистора и используются для защиты транзисторов от высоких напряжений, которые могут возникнуть из-за быстро меняющихся токов в индуктивных катушках двигателя.

Это пример системы без обратной связи, в которой напряжение, приложенное к двигателю от схемы контроллера, заставляет двигатель вращаться. Изменение напряжения двигателя приведет к тому, что двигатель будет вращаться с другой скоростью. Одна потенциальная проблема с этим устройством заключается в том, что скорость двигателя изменяется в зависимости от различных нагрузок, подключенных к выходному валу двигателя, даже когда приложенное напряжение является постоянным.

Если скорость вала двигателя измеряется с помощью тахогенератора, напряжение генерируется в соответствии с фактической скоростью двигателя. Если это напряжение затем подается обратно в схему контроллера, как показано на рисунке 8.44, создается замкнутая система, и этот сигнал обратной связи может использоваться для автоматического увеличения или уменьшения скорости двигателя. Здесь усилитель мощности (символ треугольника) представляет собой схему транзисторного усилителя. Пользовательский ввод устанавливает требуемую скорость, а схема контроллера автоматически регулирует скорость двигателя до правильного значения.Динамика результирующей системы управления зависит от динамики двигателя и используемого алгоритма управления.

Рисунок 8.44. Управление скоростью двигателя с обратной связью

Система управления, показанная на рисунке 8.44, может быть реализована путем разработки цифровой схемы управления с аналоговым входом и выходом. Базовая компоновка показана на Рисунке 8.45. Здесь CPLD реализует алгоритм цифрового управления, такой как пропорционально-интегральное (PI) управление. Скорость двигателя устанавливается пользователем с помощью аналогового напряжения.Полярность вводимой команды определяет направление вращения вала двигателя, а величина определяет скорость вращения вала двигателя.

Рисунок 8.45. Пример управления двигателем постоянного тока через CPLD

Цифровой выход контроллера обеспечивает ввод данных в n-разрядный ЦАП. Выходное напряжение ЦАП подается через схему преобразования сигнала на базе операционного усилителя, которая обеспечивает вход для усилителя класса B. Схема преобразования сигнала на основе ОУ создает выходное напряжение в диапазоне, требуемом для каскада усилителя мощности.Выход усилителя обеспечивает напряжение и ток, необходимые для вращения двигателя в любом направлении.

Тахогенератор вырабатывает напряжение постоянного тока с полярностью, определяемой направлением вращения вала двигателя, и величиной, определяемой скоростью вращения вала двигателя. Это напряжение является входом для схемы преобразования сигнала на базе операционного усилителя, которая изменяет уровни напряжения тахогенератора до уровней, требуемых n-разрядным АЦП. АЦП преобразует напряжение обратно в цифровое значение, которое обеспечивает цифровое представление напряжения аналогового тахогенератора.

Схема в CPLD обеспечивает функции цифрового алгоритма управления, который управляет напряжением, подаваемым на двигатель.

Каждый АЦП и ЦАП в конструкции требует своего собственного опорного сигнала (обычно напряжения).

Последней частью схемы является источник питания, который получает доступное напряжение источника питания и выдает уровни напряжения источника питания, необходимые для каждой части конструкции.

Примером коммерческого биполярного силового транзистора является транзистор 2N3772 NPN от ST Microelectronics.Это мощный кремниевый транзистор, помещенный в металлический корпус TO-3, и находит применение в таких областях, как линейные усилители и устройства индуктивной коммутации. В Таблице 8.14 приведены типичные абсолютные максимальные характеристики силового транзистора в различных условиях эксплуатации.

Таблица 8.14. Типовой паспорт абсолютных максимальных значений

Примером коммерческого силового МОП-транзистора является N-канальный транзистор STF2NK60Z от ST Microelectronics.Это мощный кремниевый транзистор, доступный в следующих корпусах: TO-92, TO-220, IPAK и TO-220FP. Внутри транзистора находятся защитные стабилитроны. Приложения включают маломощные зарядные устройства, импульсные источники питания и управление люминесцентными лампами.

Характеристики схемы транзистора PNP, работа, применение

В этом руководстве мы попытаемся понять основы работы транзистора PNP. Мы плохо знакомы с его работой, контактами, базовой схемой, идентификацией клемм, примером и несколькими приложениями.

Введение

PNP-транзистор - это еще один тип биполярного переходного транзистора (BJT). Структура транзистора PNP полностью отличается от транзистора NPN. Два диода с PN-переходом в структуре транзистора PNP перевернуты по отношению к транзистору NPN, например, два легированных полупроводниковых материала P-типа разделены тонким слоем легированного полупроводникового материала N-типа.

В транзисторе PNP основными носителями тока являются дырки, а неосновными носителями тока являются электроны.Все полярности напряжения питания, приложенного к транзистору PNP, поменяны местами. В PNP ток поступает на базовый терминал. Малый базовый ток в PNP имеет возможность управлять большим током эмиттер-коллектор, потому что это устройство, управляемое током.

Стрелка для BJT-транзисторов всегда находится на выводе эмиттера и также указывает направление обычного тока. В транзисторе PNP эта стрелка обозначается как «указывающая внутрь», а направление тока в транзисторе PNP полностью противоположно направлению тока транзистора NPN.Структура транзистора PNP полностью противоположна транзистору NPN. Но характеристики и работа транзистора PNP практически такие же, как и у транзистора NPN с небольшими отличиями. Символ и структура транзистора PNP показаны ниже.

На рисунке выше показаны структура и обозначение транзистора PNP. Этот транзистор в основном состоит из 3 выводов: эмиттера (E), коллектора (C) и базы (B). Здесь, если вы заметили, ток базы течет из базы, в отличие от транзистора NPN.Напряжение эмиттера положительно относительно базы и коллектора.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Рабочий транзистор PNP

Схема подключения транзистора PNP с питающим напряжением приведена ниже. Здесь вывод базы имеет отрицательное смещение относительно эмиттера, а вывод эмиттера имеет положительное напряжение смещения относительно как базы, так и коллектора из-за транзистора PNP.

Здесь противоположны полярности и направления тока по сравнению с NPN-транзистором.Если транзистор подключен ко всем источникам напряжения, как показано выше, то базовый ток протекает через транзистор, но здесь базовое напряжение должно быть более отрицательным по отношению к эмиттеру для работы транзистора. Здесь переход база-эмиттер действует как диод. Небольшой ток в базе управляет протеканием большого тока через эмиттер в область коллектора. Базовое напряжение обычно составляет 0,7 В для Si и 0,3 В для германиевых устройств.

Здесь клемма базы действует как вход, а область эмиттер-коллектор действует как выход.Напряжение питания V CC подключено к выводу эмиттера, а нагрузочный резистор (R L ) подключен к выводу коллектора. Этот нагрузочный резистор (R L ) используется для ограничения максимального тока, протекающего через устройство. Еще один резистор (R B ) подключен к клемме базы, которая используется для ограничения максимального тока, протекающего через клемму базы, а также на клемму базы подается отрицательное напряжение. Здесь ток коллектора всегда равен вычитанию тока базы из тока эмиттера.Подобно транзистору NPN, транзистор PNP также имеет значение усиления по току β. Теперь давайте посмотрим, как связаны токи и коэффициент усиления по току β.

Коллекторный ток (I C ) определяется как,

I C = I E - I B

Коэффициент усиления постоянного тока (β) для транзистора PNP такой же, как у транзистора NPN. .

Коэффициент усиления постоянного тока = β = Выходной ток / Входной ток

Здесь выходной ток - это ток коллектора, а входной ток - базовый ток.

β = I C / I B

Из этого уравнения получаем,

I B = I C / β

I C = β I B

А также мы определяем коэффициент усиления по току как,

Коэффициент усиления по току = ток коллектора / ток эмиттера (в транзисторе с общей базой)

α = I C / I E

Соотношение между α и β определяется выражением,

β = α / (1- α) и α = β / (β + 1)

Коллекторный ток в транзисторе PNP определяется выражением,

I C = - α I E + I CBO где I CBO - ток насыщения.

Так как I E = - (I C + I B )

I C = - α (- (I C + I B )) + I CBO

I C - α I C = α I B + I CBO

I C (1- α) = α I B + I CBO

I C = (α / (1- α)) I B + I CBO / (1- α)

Поскольку β = α / (1- α)

Теперь мы получаем уравнение для тока коллектора

I C = β I B + (1+ β) I CBO

Выходные характеристики транзистора PNP такие же, как характеристики транзистора NPN.Небольшая разница в том, что характеристическая кривая PNP-транзистора поворачивается на 180 0 для вычисления значений напряжения и тока обратной полярности. Линия динамической нагрузки также присутствует на характеристической кривой для расчета значения Q-точки. Транзисторы PNP также используются в схемах переключения и усиления, таких как транзисторы NPN.

НАЗАД

Пример транзистора PNP

Рассмотрим транзистор PNP, который включен в цепь с питающими напряжениями V B = 1.5V, V E = 2V, + V CC = 10V и –V CC = -10V. А также эта схема соединена с резисторами R B = 200 кОм и R E = R C (или R L ) = 5 кОм. Теперь рассчитайте текущие значения усиления (α, β) транзистора PNP.

Здесь

В B = 1,5 В

В E = 2 В

+ V CC = 10 В и –V CC = -10 В

R B = 200 кОм

R E = R C (или R L ) = 5 кОм

Базовый ток,

I B = V B / R B = 1.5 / (200 * 10 3 ) = 7,5 мкА.

Ток эмиттера,

I E = V E / R E = (10-2) / (5 * 10 3 ) = 8 / (5 * 10 3 ) = 1,6 мА .

Ток коллектора,

I C = I E - I B = 1,6 * 10 -3 - 7,5 * 10 -6 = 1,59 мА.

Теперь нам нужно вычислить значения α и β,

α = I C / I E = 1,59 * 10 -3 / 1,6 * 10 -3 = 0.995

β = I C / I B = 1,59 * 10 -3 / 7,5 * 10 -6 = 212

Наконец, мы получаем текущие значения усиления рассматриваемого транзистора PNP:

α = 0,995 и β = 212

НАЗАД

Согласование транзисторов BJT

Согласование транзисторов - это не что иное, как соединение транзисторов NPN и PNP в единой конструкции для генерации высокой мощности. Эта структура также называется «согласованной парой».Транзисторы NPN и PNP называются дополнительными транзисторами. В основном эти согласованные парные схемы используются в усилителях мощности, таких как усилители класса B. Если мы подключим дополнительные транзисторы, которые имеют одинаковые характеристики, то будет очень полезно управлять выходными каскадами в двигателях и крупномасштабном оборудовании, непрерывно производя высокую мощность.

Транзистор NPN проводит только в положительном полупериоде сигнала, а транзистор PNP проводит только в отрицательном полупериоде сигнала, поэтому устройство работает непрерывно.Эта непрерывная работа очень полезна в силовых двигателях для выработки постоянной мощности. Дополнительные транзисторы должны иметь одинаковое значение коэффициента усиления по постоянному току (β). Эти согласованные парные схемы используются в системах управления двигателями, робототехнике и усилителях мощности.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Идентификация транзисторов PNP

Обычно мы идентифицируем транзисторы PNP по их структуре. У нас есть некоторые различия в структурах транзисторов NPN и PNP при сравнении.Еще одна вещь для идентификации транзистора PNP: обычно транзистор PNP находится в состоянии ВЫКЛ для положительного напряжения и во включенном состоянии при небольшом выходном токе и отрицательном напряжении на его базе по отношению к эмиттеру. Но чтобы идентифицировать их наиболее эффективно, мы используем другую технику, вычисляя сопротивление между тремя выводами, такими как база, эмиттер и коллектор.

У нас есть несколько стандартных значений сопротивления для идентификации транзисторов NPN и PNP. Необходимо проверить каждую пару клемм в обоих направлениях на значения сопротивления, поэтому всего требуется шесть тестов.Этот процесс очень полезен для простой идентификации транзистора PNP. Теперь мы видим, как работает каждая пара терминалов.

  • Клеммы эмиттер-база: Область эмиттер-база действует как диод, но проводит только в одном направлении.
  • Клеммы коллектор-база: Область коллектор-база также действует как диод, который проводит ток только в одном направлении.
  • Клеммы эмиттер-коллектор: Область эмиттер-коллектор выглядит как диод, но он не будет проводить ни в одном направлении.

Теперь давайте посмотрим на таблицу значений сопротивления, чтобы идентифицировать как NPN-, так и PNP-транзисторы, как показано в следующей таблице.

НАЗАД К НАЧАЛУ

Транзистор PNP как переключатель

Схема на приведенном выше рисунке показывает транзистор PNP как переключатель. Работа этой схемы очень проста, если входной контакт транзистора (база) подключен к земле (т.е. отрицательное напряжение), тогда транзистор PNP находится в состоянии «ВКЛ», теперь напряжение питания на эмиттере проходит, а выходной контакт подтягивается. к большему напряжению.Если входной вывод подключен к высокому напряжению (то есть положительному напряжению), тогда транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ», поэтому выходное напряжение должно быть низким (нулем). Эта операция показывает условия переключения транзистора PNP из-за их состояний ВКЛ и ВЫКЛ.

ВЕРНУТЬСЯ В НАЧАЛО

Приложения
  • PNP-транзисторы используются для источника тока, т. Е. Ток течет из коллектора.
  • Транзисторы PNP используются в качестве переключателей.
  • Они используются в схемах усиления.
  • Транзисторы PNP используются, когда нам нужно что-то выключить нажатием кнопки. т.е. аварийное отключение.
  • Используется в парных схемах Дарлингтона.
  • Используется в схемах согласованных пар для обеспечения непрерывной мощности.
  • Используется в тяжелых двигателях для управления током.
  • Используется в роботизированных приложениях.

НАЗАД

ПРЕДЫДУЩИЙ - ТРАНЗИСТОР NPN

СЛЕДУЮЩИЙ - КОНФИГУРАЦИИ ТРАНЗИСТОРА

ECE 291 Лаборатория 10: Транзистор, сравнение двух основных типов:

и BIPOLAR

ЗАДАЧИ

Знакомство с MOSFET, наиболее часто используемым типом транзисторов на сегодняшний день, и его сравнение с BJT.Демонстрирует чрезвычайно высокий импеданс затвора полевого МОП-транзистора по постоянному току. Изучение линейных характеристик и поведения транзисторов при переключении. MOSFET в качестве устройства, управляемого напряжением, и BJT, в качестве устройства, управляемого током. Аналоговый переключатель MOS.

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня существует два наиболее распространенных типа транзисторов: металл-оксидный полупроводник или MOS и биполярный переходный транзистор или BJT. MOS также обозначается как MOSFET, потому что это полевой транзистор (FET).Подавляющее большинство обоих типов изготовлено из кремния (Si) и небольшая часть (около 2%) из арсенида галлия (GaAs). Первоначально BJT доминировал на рынке, но теперь большинство транзисторов, особенно в интегральных схемах, относятся к типу MOS. BJT по-прежнему сохраняет свои позиции, особенно в некоторых аналоговых цепях и схемах большой мощности. В то время как большинство транзисторов любого типа сегодня изготавливаются как элементы интегральных схем (ИС), которые могут содержать миллионы элементов схемы, одиночные или дискретные транзисторы по-прежнему используются во многих приложениях, таких как высокочастотные или силовые блоки.

В этой лаборатории мы концентрируемся на МОП-транзисторе и сравниваем его с БЮТ. Подчеркивается важное различие между импедансом затвора MOS и базовым импедансом BJT. Вы будете экспериментировать с N-канальным мощным MOSFET в режиме улучшения и BJT типа npn.

PRELAB

  1. МОП-транзистор характеризуется очень высоким входным сопротивлением (затвором). Означает ли это, что к воротам никогда не протекает заметный ток? Объяснять.
  2. Изобразите схемы схем для экспериментов с MOSFET, описанных в разделах 1, 2 и 3 ниже.

ЛАБОРАТОРИЯ

Необходимое оборудование со склада: Протоплата аналоговая универсальная измеритель, коробка замены сопротивления, провода, щуп.

1. ПОЛЯРНОСТЬ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Проверить переходы база-коллектор и база-эмиттер омметром. (используйте шкалу кОм). На самом деле вы не измеряете сопротивление, но можете определить полярность переходов транзистора. Убедитесь, что транзистор npn имеет соответствующие переходы между эмиттером (n-тип) и базой (p-тип), а также между базой и коллектором (n-тип).


Рис. 9.1: Клеммные соединения для MOS (слева) и BJT (справа) транзисторов.

2. ТРАНЗИСТОР КАК ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

2.1 BJT

Соберите схему (показанную ниже), в которой npn BJT используется для переключения включить и выключить небольшую лампу накаливания. Резистор R 1 должен быть от 220 до 390 Ом, чтобы защитить базу транзистора от чрезмерного тока.R x может быть коробкой замены сопротивления.

Рис. 9.2 Схема транзисторного переключателя.

В этом приложении небольшой ток в базовой цепи управляет большим ток в цепи коллектора (лампы). Таким образом, транзисторы большой мощности может использоваться для управления большими токовыми нагрузками.

Найдите номинал базового резистора R x , позволяющий включить лампу на полную яркость.Измерьте базовое напряжение V b , когда лампа «включена», и вычислите базовый ток, который использовался для полного включения BJT. Какое эквивалентное сопротивление между базой и эмиттером транзистора в этой конфигурации? Также измерьте ток лампы и напряжение коллектора. Вычислите также эквивалентное сопротивление между эмиттером и коллектором, когда транзистор включен.

2.2 МОП-транзистор

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Вы собираетесь работать с полевым МОП-транзистором, устройством, очень чувствительным к статическому электричеству.Не прикасайтесь к выводу затвора рукой, не дотронувшись до одного из двух других выводов транзистора той же рукой. Когда транзистор вставлен в макетную плату, сначала «заземлите» свое тело, прикоснувшись к печатной плате, прежде чем касаться электрода затвора. Когда транзистор не используется, держите его вставленным в черную прокладку из токопроводящей пены.

Замените BJT на полевой МОП-транзистор с n-канальным режимом улучшения: вывод затвора заменяет базу, исток заменяет эмиттер, а сток - коллектор (см.рис.9.1) Включите и выключите лампу, подключив резистор R x либо к плюсовой клемме источника питания, либо к земле.

Теперь сюрприз: отключите резистор затвора либо от земли, либо от источника питания. Коснитесь свободного конца резистора (или вывода затвора транзистора) одной рукой, а другой рукой коснитесь заземления или положительного вывода. Когда лампа загорится, уберите руки и подождите. Через некоторое время пальцами «отшлифуйте» ворота.С этого момента вы должны помнить, что никогда не оставляйте затвор MOSFET неподключенным. Что вы можете сказать о входном сопротивлении этой цепи? Вам нужен большой ток, чтобы включить транзистор? Сравните с BJT!

Измерьте также ток лампы и напряжение стока. Какое выходное сопротивление (сопротивление между истоком и стоком) этой цепи?

ПРИМЕЧАНИЕ: Транзистор, используемый в этих экспериментах, представляет собой силовой полевой МОП-транзистор, способный выдерживать большой ток и имеющий относительно низкое сопротивление канала.Полевой МОП-транзистор, обычно используемый в цифровых схемах, не включает лампочку; его сопротивление канала слишком велико. Однако он может управлять светодиодом (светоизлучающим диодом), который требует гораздо меньше тока, чем лампочка.

2.3. ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ МОП-транзистора.

Замените лампочку в цепи полевого МОП-транзистора двумя параллельными резисторами на 100 Ом. Подайте прямоугольный сигнал от генератора сигналов на вашем стенде к затвору через резистор 10 кОм.Амплитуда должна быть достаточно большой для включения и выключения транзистора, но используйте также регулировку смещения постоянного тока генератора, чтобы получить выход с одной полярностью (проверьте на осциллографе). Увеличьте частоту примерно с 1 кГц и наблюдайте за входным сигналом на затворе и выходным сигналом на стоке. Зачем вам действительно нужен зонд? Часть входного сигнала должна иметь вид RC-кривой. Попробуйте оценить емкость затвора.

ПРИМЕЧАНИЕ. Входная цепь, состоящая из резистора и затвора, более сложна, чем простая RC-цепь, поскольку на нее влияет напряжение на стоке.Когда напряжение стока меняется, оно влияет на напряжение затвора (обратная связь), и эффект выглядит как изменение емкости затвора. Это объясняет несколько странную форму наблюдаемых сигналов.

Чтобы определить, насколько быстро может переключаться транзистор, устраните сопротивление затвора и подключите затвор непосредственно к генератору сигналов. Остерегайтесь статического электричества!
Увеличьте частоту и наблюдайте за формами волны. Измерьте время «включения» и «выключения» как на входе, так и на выходе. Что ограничивает скорость переключения? Есть ли сопротивление во входной цепи?

3. ТРАНЗИСТОР КАК УСИЛИТЕЛЬ

3,1 полевой МОП-транзистор

Поскольку затвор MOSFET практически не потребляет ток, выходной ток этого устройства регулируется напряжением затвора. Чтобы изучить этот эффект, измерьте ток стока как функцию напряжения затвора с заземленным истоком.Используйте схему на рис. 9.3, где резистор стока R d может быть 1 кОм. Увеличьте напряжение затвора V g от нуля, контролируя напряжение стока. В г . Рассчитайте ток стока и постройте его зависимость от V g . Определите пороговое напряжение транзистора.

Рис. 9.3: Схема MOSFET с общим истоком.
3.2 БЮТ

BJT может управляться током базы, и цель этого измерения - продемонстрировать так называемое «усиление тока» транзистора или отношение тока коллектора к току базы. Коэффициент усиления по току (β или h FE ) не является хорошим параметром транзистора, потому что он зависит от условий эксплуатации и широко варьируется для разных образцов одного и того же типа, но он демонстрирует важную функцию транзистора: усиление .

Измерьте коэффициент усиления транзистора по току для нескольких значений I B , используя схему, показанную на рисунке 9.4 ниже.

Рис. 9.4 Схема измерения коэффициента усиления по току.

У вас есть несколько вариантов выполнения этих измерений. Измеряя V b и V bb с помощью цифрового вольтметра, вы можете определить ток базы, если известно значение резистора базы (4.7к на рис. 9.4). В качестве альтернативы вы можете измерить базовый ток напрямую с помощью цифрового амперметра. Ток коллектора можно определить путем измерения напряжения коллектора V c или напрямую, подключив аналоговый амперметр последовательно с резистором 1 кОм. Цифровой измеритель понадобится для измерения V b или тока в базе.

Выполните измерения для нескольких значений базового тока I B , изменив V bb . Составьте таблицу результатов, включая напряжение база-эмиттер В BE и напряжение коллектор-эмиттер В CE , а также расчетные значения усиления по току ( h FE или beta ).


4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

С помощью измерителя кривой протестируйте МОП- и БЮТ-транзисторы в режиме общего истока или эмиттера, соответственно. Характеристические кривые включают ток стока (коллектора) как функцию напряжения стока (коллектора) для различных значений напряжения затвора (тока базы).Выберите диапазоны напряжения и тока, которые включают значения, которые вы измерили в части 3. Нарисуйте наблюдаемые кривые, маркируя оси, и укажите приблизительные масштабы осей. Свяжите кривые со значениями, измеренными в части 3.

5. МОП-транзистор КАК АНАЛОГОВЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Очень полезная схема, невозможная с BJT, может быть построена с MOSFET, используемыми в качестве переключателей аналоговых сигналов. Они действуют как твердотельные реле, управляемые напряжением затвора, в то время как стандартные реле управляются током в их катушках.Такие схемы, используемые в системах сбора данных, служат аналоговыми мультиплексорами, которые позволяют выбирать один из нескольких входов данных. В других приложениях они могут изменять коэффициент усиления операционного усилителя или коэффициент затухания путем переключения различных резисторов, используя уровни управляющего напряжения, обычно устанавливаемые цифровыми схемами. Существуют специальные аналоговые переключатели CMOS, выполненные в виде интегральных схем в нескольких блоках, также называемых воротами передачи. Здесь мы начинаем эксперимент с аналоговыми переключателями, используя наш силовой MOSFET.

Создайте аналоговый переключатель с использованием полевого МОП-транзистора. Подайте сигнал на исток и снимите выходной сигнал с резистора (от 10 кОм до 100 кОм), подключенного между стоком и землей. Управляющее напряжение должно подаваться на затвор через обычный однополюсный переключатель. Подайте сигнал, передавая некоторое смещение постоянного тока от генератора на вход, и наблюдайте за выходом на осциллографе, изменяя положение переключателя. Отрегулируйте регулятор смещения постоянного тока на генераторе и понаблюдайте за его эффектом. Каким должно быть соотношение между уровнем управляющего напряжения, подаваемого на затвор, и уровнем входного напряжения, чтобы это устройство работало?

ОТЧЕТ

  • Включите все схемы со значениями компонентов.
  • Представьте наглядно все графики.
  • Решите все проблемы и вопросы, выделенные жирным шрифтом в тексте.
  • Какие основные различия вы заметили в работе MOSFET и BJT?

2. Учебное пособие по Multisim с использованием схемы на биполярном транзисторе - моделирование и проектирование схемы с использованием документации Multisim 1.0

Обновлено 10 февраля 2014 г.

Это краткое руководство для обучения студентов ELEC 2210, как используйте Multisim для моделирования схемы биполярного транзистора.Написано так, что никаких предварительных знаний Multisim не требуется.

Мой опыт преподавания SPICE и Multisim в ELEC2210 это живые уроки, сделанные в классе оказался самым эффективным по сравнению с письменными учебниками и видеоуроками, и это то, на что мы будем полагаться в более поздней части этого класса для КМОП схем. Я по-прежнему предоставлю встроенные скриншоты в примечаниях к соответствующим главам.

С Multisim нет бесплатной версии, это затрудняет обучение в классе.Если вы приобрели студенческую версию, вы можете принести свой ноутбук для класса.

Multisim доступен в ECE 308 и 310 компьютерных лабораторий с драйверами Элвиса. Также имеется в подвале. колледж инженерных компьютерных лабораторий, он может не иметь водители Элвиса. Это, вероятно, означает, что все другие инженерные компьютерные лаборатории должны также есть, например в лабораториях Shelby или Aerospace.

В некоторых случаях использовать его проще, чем другие тренажеры на базе SPICE, например Перец, но может быть труднее использовать в других случаях.Одна практическая причина использования Multisim в том, что он поддерживает моделирование виртуальных инструментов, который будет полезен как новые лаборатории 2210 используют новый прототип NI ELVIS II + печатная плата.

2.1. Цель

  1. Введение в использование Multisim для SPICE-подобного моделирования схем
  2. Схема захвата
  3. Схема анализа с примерами развертки по постоянному току
  4. Вложенные развертки (используйте источник 2)
  5. Контроль продукции с помощью графитового устройства
  6. Редактирование параметров модели биполярного транзистора
  7. Общие сведения о ВАХ биполярного транзистора

2.2. Требуемые предыдущие учебные пособия по Multisim

Нет.

2.3. Начало работы

Сначала запустите Multisim из программ - это зависит от конфигурация вашего ПК, ниже приведен пример запуска Multisim:

Рисунок 1: запуск Multisim

Среда разработки должна появиться следующим образом:

Новый файл дизайна со значением по умолчанию «Дизайн 1» создается с помощью пустой лист схемы, также называемый «Проект 1». Слева находится панель навигации.

Обратите внимание на панели инструментов стандартных компонентов, панель инструментов виртуальных компонентов и панели инструментов виртуальных инструментов. В учебных целях мы сначала будем использовать виртуальные компоненты. К сожалению, по умолчанию панель виртуальных компонентов не отображается, поэтому нам понадобится чтобы включить это следующим образом:

Эти панели инструментов пригодятся при размещении компонентов и сэкономят много времени. набор текста, прокрутка, поиск и щелчок.

2.4. Схема захвата

2.4.1. Размещение компонентов

2.4.1.1. Реальные и виртуальные компоненты

Любая деталь, которую можно разместить на схеме, называется компонентом. Есть как настоящие, так и виртуальные компоненты:

  • реальный компонент привязан к детали, которую вы можете купить, и у них есть свойства, которые нельзя изменить, например бета транзистора. У них также есть известный и фиксированный физический размер, который будет важно рассмотреть, если мы собираемся построить печатную плату (PCB). Нам понадобится использовать реальный компонент, когда моделирование схемы с помощью детали, которую мы используем в физической лаборатории, например.грамм. 2N3904 биполярный транзистор.
  • виртуальный компонент предназначен только для моделирования. Например, виртуальный транзистор может иметь любую бета-версию, например 100, 200 или 10, или 4.2210 - это мы так хотим. Мы можем моделировать конструкции с непрерывными даже гипотетическими значениями параметры. Виртуальный компонент также особенно полезен для обучение и преподавание, поскольку мы можем использовать упрощенные параметры модели, чтобы облегчить сравнение между теория первого порядка и схемотехническое моделирование.
2.4.1.2. Процедуры

Обычно можно использовать панель инструментов компонента для поиска компонентов. Для этого урока воспользуемся панелью инструментов виртуального компонента.

Давайте теперь разместим несколько компонентов, чтобы мы могли смоделировать выходные кривые биполярного транзистора.

  1. Разместите виртуальный транзистор NPN следующим образом:

    Рисунок 4: размещение виртуального NPN-транзистора

  2. Поместите источник постоянного тока, который мы будем использовать для подачи базового тока, следующим образом:

    Рисунок 5: разместить базовый источник тока

    В последней версии Multisim удалено слово «VIRTUAL» из названия виртуальные части.Снимок сделан с предыдущей версии.

  3. Поместите источник постоянного напряжения, который мы будем использовать для установки напряжения коллектор-эмиттер VCE, как показано ниже:

    Рисунок 6. Поместите источник постоянного напряжения VCE

  4. И последнее, но не менее важное: разместить следующим образом:

    Рисунок 7: Заземление

  5. Выберите и перемещайте компоненты по своему вкусу.

    1. Щелкните отдельный компонент, чтобы выбрать его.Esc, чтобы отменить выбор.
    2. Удерживайте Shift, затем щелкните, чтобы выбрать несколько компонентов.

Источник напряжения постоянного тока - это источник постоянного тока в Multism

Источник постоянного напряжения на самом деле называется источником постоянного тока. если ты воспользовавшись функцией поиска и набрав источник постоянного напряжения, поиск будет не вернули никакого результата.

Всегда кладите землю!

Земля находится под Power_sources в Multisim. Как и другие симуляторы схем на основе SPICE, обязательно иметь надлежащее заземление, которое является ориентиром для всех смоделированные узловые напряжения.Эта земля известна как узел 0 в большинстве симуляторов на основе SPICE.

2.4.2. Электропроводка

Электромонтаж очень прост и особенно сложно в Multisim. Шанс это то, что вы сначала найдете проводку проще или проще, чем другие программы, которые вы использовали раньше, по крайней мере для простые схемы. Когда курсор находится рядом с неподключенным концом любого компонента, он превратится в маленькую черную точку соединения и перекрестие. Щелчок на конце компонента запускает проводку.Переместите курсор туда, куда вы хотите его подключить. Прокладка провода по умолчанию автоматический, но возможна ручная настройка.

Очень важным ограничением является то, что один из двух выводов или концов компонентов, которые вы пытаетесь провода вместе должны быть неподключенными . Если оба контакта подключены, что может легко произойти, вы столкнетесь с проблемой того, что существующие соединения сломан по мере добавления новой проводки. Я воспользовался проблема в течение 3 минут после первого изучения Multisim, весна 2011 г., при оценке Multisim и NI Elvis для нашего потенциального обновления лаборатории ECE.К счастью, решение было найдено, и мы его адрес в другом руководстве. Сейчас я хочу тебя чтобы знать об этой проблеме, если вы с ней столкнетесь.

Чтобы решить проблему, рекомендую на всегда найти и сначала нажмите на клемму неподключенного компонента для подключения .

Подключите компоненты вместе следующим образом:

Рисунок 8: Схема для моделирования выходной кривой принудительного IB

2.4.3. Используйте лучшие сетевые имена

Хорошая практика моделирования схем состоит в том, чтобы обозначать узлы схемы (цепи) осмысленно.По умолчанию все узлы именуются численно или с некоторыми условности понимаются только сама программа. В этом случае мы хотим переименовать базовый узел b и узел-сборщик c. Таким образом, позже мы можем ссылаться на базовое напряжение через v (b) в выражениях, так что мы не нужно помнить, что узел 2 является базовым. Позже в сложных логических элементах CMOS, где у нас может быть 20 или 30 цепей, это не будет можно даже попытаться запомнить значения всех сетей по номерам.

Лучший способ просмотреть всю информацию о сетях - это перейти на вкладку «Сети» в в виде электронной таблицы, как показано ниже:

Рисунок 9: вид сетей в виде таблицы

Просто щелкните имя сети, чтобы внести изменения, включая имя и цвет.Изменение цвета понадобится позже. А пока давайте просто изменим имя следующим образом:

Рисунок 10: процедуры изменения имени сети

Теперь ваша схема выглядит так:

Рисунок 11: Схема со значимыми именами цепей

2.4.4. Изменить значения компонентов

Часто необходимо изменить значения компонентов по умолчанию. Например, параметры модели транзистора должны быть изменено, о чем мы поговорим подробнее ниже. На данный момент мы замечаем значение по умолчанию для текущего источника, который мы используем. для привода базы - 1А, что слишком много для большинства, если не для всех транзисторы.Давайте для начала изменим это значение на 1uA. Как правило, двойной щелчок по компоненту открывает окно для изменение значений его свойств. Попробуйте это на базовом источнике тока:

Рисунок 12: Схема с понятными именами цепей для базового тока 1 мкА

Давайте использовать параметры модели транзистора по умолчанию, чтобы продолжить I-V моделирование. Мы скоро вернемся к модели транзистора.

2.4.5. Общее редактирование

Большая часть обычных привязок клавиш редактирования в другие компьютерные программы будут работать в Multisim, в том числе:

  • Ctrl + C для копирования
  • Ctrol + X для резки
  • Ctrl + V для пасты
  • Удалить для удаления
  • Ctrl + Z для отмены
  • Ctrl + Y для повтора
  • Ctrl + S для сохранения

Когда существует несколько экземпляров существующего компонента, e.грамм. заземление или источник напряжения, необходимы. Мы можем использовать Копировать и Вставить.

2,5. Анализ развертки постоянного тока

Хотя Multisim предоставляет такие «инструменты», как моделирование, мы рассмотрим позже, у этих «инструментов» часто есть ограничения. У нас может быть больше контроль или гибкость с помощью анализа в разделе «Моделирование». Это близко к анализу в других симуляторах на основе SPICE.

Один из лучших способов понять работа транзистора или схемы состоит в том, чтобы изучить, как интересующий результат реагирует на изменение возбуждения.Для рассматриваемого NPN-транзистора мы хотим изучить, как выходной ток, в этом случае, ток коллектора, изменяется, когда напряжение коллектор-эмиттер VCE, которое устанавливается V1, развертки говорят от 0 до 1 В для заданного фиксированного базового тока 1 мкА, мы устанавливаем ранее. Этого можно достичь, развернув V1 и выполнив DC анализ на каждом V1.

2.5.1. Развертка с одним источником

Процедуры развертки V1 (VCE) для данного I1 (IB) следующие:

  1. Из главного меню, выберите Simulate -> Analyses -> DC Sweep следующим образом:

    Рисунок 13: поиск настройки развертки по постоянному току

  2. Настройте вкладку «Параметры анализа» следующим образом:

    Рисунок 14: Настройка развертки по постоянному току для кривой Ic-Vce моделирование под одним входом Ib

  3. Щелкните вкладку Выход, выберите I (Q1 [IC]), нажмите Добавить, чтобы добавить его в Выбранная переменная для анализа, как показано ниже:

    Рисунок 15: Настройка вкладки выхода развертки постоянного тока для моделирования кривой Ic-Vce

  4. Щелкните Simulate, окно графического редактора появится после завершения моделирования, показывает выбранный нами ранее вывод, IC of Q1:

    Рисунок 16: Кривая Ic-Vce, смоделированная для Ib = 1 мкА

  5. Вы можете изменить черный фон, нажав на следующий значок, как показано ниже:

    Рисунок 17: как изменить фон графика

    Рисунок 18: Кривая Ic-Vce, смоделированная для Ib = 1 мкА с белым фоном

Практика

Изобразите VBE и VBC на другом графике.Обратите внимание, что эмиттер заземлен. Вам нужно будет использовать выражения для вычисления VBC.

Решение

В Grapher выберите из меню, График -> Добавить кривые из последних результатов моделирования. Появится новое окно. Отметьте К новому графику. Добавьте выражения. Ваш результат должен выглядеть так:

Рисунок 19: Vbe и Vbc, два смещения перехода как функция VCE для Ib = 1uA

В этом случае наличие значимых имен цепей значительно упрощает построение выражений.

2.5.2. Вложенная двухуровневая развертка

Мы получили график зависимости IC от VCE для данного IB. Затем мы хотели бы знать, как эта кривая изменяется при изменении базового тока. Что нам нужно сделать, так это повторить приведенную выше развертку постоянного тока V1. для разных значений I1, который контролирует IB.

Для этого просто вернитесь на вкладку Параметры анализа, и проверьте использование источника 2. Затем установите начало, остановку и приращение второй источник, в данном случае I1, как показано ниже:

Рисунок 20: как сделать вложенную двухуровневую развертку по постоянному току, IC-VCE для нескольких IB, например

Результатом является семейство кривых IC-VCE для указанной базы. токи:

Рисунок 21: Выходные кривые IC-VCE для нескольких IB

Примечание

Красные прямоугольники добавлены не графическим редактором.

Легенды внизу указывают значения второй источник, в данном случае I1 или IB.

Имя вкладки и заголовок можно изменить. Вы можете масштабировать по вертикали и горизонтали с помощью инструментов масштабирования.

2,6. Моделирование устройств

2.6.1. Почему моделирование

Нет никаких сомнений в том, что компьютерное моделирование с использованием Программы, подобные SPICE, такие как Multisim, абсолютно необходимы. Однако точность моделирования схем составляет лишь хорошо, как точность моделей устройств, используемых внутри для описания электрических характеристик устройства.

Самая большая ошибка схемотехнического моделирования - это отсутствие необходимого внимания к моделированию устройства. Слишком часто студенты и инженеры просто Предположим, что модели были загружены из Интернета или получены другими способами. находятся исправить для устройств, которые они используют для построения цепей, то есть модели могут точно воспроизводить измеренные электрические характеристики при по крайней мере, для рассматриваемого условия смещения и частоты срабатывания. К сожалению, в большинстве случаев такие модели НЕ проходят тщательную калибровку по измеренные электрические характеристики.

Извлечение или иногда корректировка параметров необходима модель устройства, соответствующая измерению . Как только у нас есть откалиброванная модель устройства, наши результаты моделирования схемы будут довольно точный. Одно из направлений моих исследований - моделирование устройств, которое включает не только извлечение параметров модели для соответствия измеренным данным, но и разработка новые модели, основанные на физике, когда существующие модели просто не работают, как бы параметры извлекаются. Мой последний проект по моделированию устройств - успешно разрабатывать новые модели транзисторов, позволяющие проектировать интегральные схемы на широкий температурный диапазон от 43К до 393К.Модели использовались для разработать интегрированную электронику, которая может работать в космосе без теплых боксов.

Ну и что делать, если у меня нет хорошей модели? Скорее всего, результат моделирования просто мусор. Многие называют эту фигню мусором.

В нашей лекции я попытался объяснить основы физики твердого тела биполярного транзистора и разработка основные уравнения I-V, которые лежат в основе модели биполярных транзисторов, используемые во всех имитаторах схем. У вас есть знания, чтобы понять основную модель транзистора. уравнения и список параметров.

Вы можете задаться вопросом, как универсальная модель виртуального транзистора может представлять любой транзистор? Я задавался вопросом, будучи второкурсником. Ответ: не может возможно так и сделаю. В так называемых реальных компонентных транзисторах часто используются одни и те же уравнения модели транзистора, но с разными параметрами модели, извлеченными для этого транзистор. Однако, как правило, серьезные дизайнеры по-прежнему откалибровать параметры модели по измерениям. Если калибровка невозможна, по крайней мере мы хотим выяснить, соответствует ли моделирование измерению характеристик представляет интерес.

В качестве первого шага к успешному моделированию схем, мы хотим знать, как узнать, какая модель устройства используется в нашем симуляторе, и как изменить параметры модели. Например, мы можем измерить прямое бета BF транзистора и обратное бета BR, ток насыщения IS и поместите их в Multisim, а не полагайтесь на общие значения по умолчанию для биполярного транзистора.

2.6.2. Редактирование параметра модели в Multisim

Для редактирования параметров модели транзистора,

  1. дважды щелкните транзистор

  2. нажмите Изменить модель

    Рисунок 22: как редактировать параметры модели транзистора

Первая запись в таблице параметров модели - IS, ток насыщения.Вторая запись - BF, форвардная бета. Третья запись - NF, фактор идеальности продвижения вперед, неправильно названный. «Коэффициент выбросов прямого тока». Вы также можете увидеть обратную бета-версию BR и обратный коэффициент идеальности NR.

Как видите, модель транзистора имеет намного больше параметров, чем то, что мы используем. в ручном анализе.

Здесь вы можете редактировать значение параметра модели.

В одной конструкции можно использовать несколько разных транзисторов. Они потребуются разные параметры модели.Важно знать, какие параметры использует каждый транзистор.

Самый удобный способ изучения моделей и / или параметров каждой модели транзистор используется для просмотра списка соединений.

В главном меню выберите вид -> Spice Netlist Viewer. Появится окно списка соединений. Вы можете скопировать список соединений в буфер обмена. Список соединений для вышеуказанной схемы показан ниже:

 ** bjt_tutorial **
*
* Экспорт NI Multisim в список цепей SPICE
* Создано: GuofuNiu
* Вс, 5 июня 2011 г. 23:08:39
*

* ## Компонент Multisim V1 ## *
vV1 c 0 постоянного тока 12 переменного тока 0 0
+ distof1 0 0
+ distof2 0 0

* ## Multisim Component I1 ## *
iI1 0 b постоянного тока 1e-006 переменного тока 0 0
+ distof1 0 0
+ distof2 0 0

* ## Компонент Multisim Q1 ## *
qQ1 c b 0 IDEAL_4T_NPN__TRANSISTORS_VIRTUAL__1__1


.МОДЕЛЬ IDEAL_4T_NPN__TRANSISTORS_VIRTUAL__1__1 NPN
+ IS = 1e-015 VAF = 1e + 030 IKF = 1e + 030 BR = 10 VAR = 1e + 030 IKR = 1e + 030 IRB = 1e + 030
+ RBM = 0 VTF = 1e + 030
 

Вы можете заметить, что список параметров не такой длинный, как в таблице параметров модели, которую мы видели ранее. Это просто потому, что только параметры с значения, отличные от значений по умолчанию, необходимо быть заявленным. Если параметр не отображается, он принимает значение по умолчанию.

2,7. Домашнее задание Проблемы и решения

Лучший способ научиться - это экспериментировать.Ниже приведены некоторые домашние задания. Тебе понадобится использовать выражение.

2.7.1. Домашние задания

Используйте Virtual NPN, отредактируйте модель так, чтобы IS = 1e-15, BF = 200, BR = 10. Сначала прочтите (и следуйте) новое руководство. Выполните следующие задачи моделирования и построения графиков. Вам необходимо создать принципиальную схему, которая спроектирован таким образом, чтобы в первую очередь выполнить необходимое моделирование. Вы также можете прочитать ошибки, допущенные бывшими учениками, указанные ниже в конце этот учебник.

  1. Имитация IC и IB как функции VBE, когда VBC установлен на ноль.Диапазон VBE составляет от 0,2 до 1,0 В с шагом 0,01 В. Используйте шкалу журнала для оси Y (текущая ось). Этот тип участка известен как Gummel Plot широко используется. в экспериментальной характеризации транзисторов.

    Ваша принципиальная схема должна выглядеть так для графика Гаммеля. моделирование:

    Рисунок 23: Схема для моделирования характеристик Gummel

  2. Используя результаты моделирования на предыдущем шаге, Постройте бета-версию как функцию VBE, определяемую как отношение IC к IB с использованием выражений.

    Прокомментируйте, соответствует ли смоделированная бета-версия введенному вами значению BF.

  3. Имитация IC как функции VCE для нескольких значений VBE. VBE составляет от 0,65 до 0,7 В с шагом 0,01 В. VCE составляет от 0 до 3 В с шагом 0,001 В. Обратите внимание, что свипирование VCE является первичным, т. Е. Первым источником для свипирования.

    Укажите область прямого смещения и область насыщения на графике выходного сигнала IC-VCE. Ваша схема должна выглядеть так:

    Рисунок 24: Схема для моделирования выходных характеристик принудительного VBE (или управления напряжением)

    Ваш результат должен выглядеть как на графике ниже, но ваши числа будут другими:

    Рисунок 25: примерные графики выходных характеристик принудительного VBE (или привода напряжения)

    Вам нужно будет использовать VBE в качестве источника 2.Этот тип графика известен как график принудительного вывода VBE .

  4. Моделируйте IC как функцию VCE для различных значений IB. Это известно как с принудительной выходной характеристикой IB . IB составляет от 0,1 мкА до 1 мкА с шагом 0,1 мкА. VCE составляет от 0 до 1,5 В с шагом 0,01 В.

    Укажите область прямого смещения и область насыщения на графике IC-VCE.

Нужны скриншоты:

  1. схема
  2. Список параметров модели
  3. , вы можете прикрепить список соединений для этого
  4. настройки параметров анализа
  5. все графики результатов моделирования с соответствующими метками

2.7.2. Ошибки и решения

Ниже приведены ошибки, которые я видел, помогая студенты отлаживают моделирование Multisim.

  1. Неправильная конфигурация цепи. Например, VCB находится между C и E.

  2. Использовать для компонентов значения по умолчанию. Например, когда вы добавляете источник напряжения и используете его для VCB, значение по умолчанию 12 В тоже высокий, и транзистор выходит из строя.

  3. Постройте вместе токи IB и IC, а также отношение IC / IB.В общем, смысла в этом нет. Используйте новый график, как показано выше для построения графиков VBE и VBC в выходной цепи принудительного IB.

  4. Выражение, например beta = ic / ib, необходимо создать. Пример того, как это сделать:

    Рисунок 26: как создать новую трассу с помощью выражений после моделирования

  5. Использовать метки по умолчанию. На этикетках по умолчанию часто указывается напряжение, даже если вы рисуете токи. Измените их вручную, чтобы избежать путаницы.

    Рисунок 27: график Гаммеля в прямом режиме, т.е.е. IC и IB против VBE. VBC = 0

  6. Ваша бета (IC / IB) должна выглядеть как htis:

    Рисунок 28: как создать и добавить новую трассу с помощью выражений после моделирования

% PDF-1.2 % 13544 0 объект > эндобдж xref 13544 521 0000000016 00000 н. 0000010800 00000 п. 0000011053 00000 п. 0000011199 00000 п. 0000011275 00000 п. 0000011310 00000 п. 0000011371 00000 п. 0000016209 00000 п. 0000016396 00000 п. 0000016468 00000 п. 0000016644 00000 п. 0000016741 00000 п. 0000016945 00000 п. 0000017129 00000 п. 0000017288 00000 п. 0000017441 00000 п. 0000017609 00000 п. 0000017775 00000 п. 0000017912 00000 п. 0000018078 00000 п. 0000018244 00000 п. 0000018382 00000 п. 0000018574 00000 п. 0000018690 00000 п. 0000018816 00000 п. 0000018953 00000 п. 0000019098 00000 п. 0000019245 00000 п. 0000019387 00000 п. 0000019529 00000 п. 0000019670 00000 п. 0000019819 00000 п. 0000019966 00000 п. 0000020130 00000 н. 0000020268 00000 п. 0000020418 00000 п. 0000020564 00000 п. 0000020756 00000 п. 0000020857 00000 п. 0000020996 00000 н. 0000021162 00000 п. 0000021327 00000 п. 0000021474 00000 п. 0000021617 00000 п. 0000021751 00000 п. 0000021907 00000 п. 0000022099 00000 н. 0000022290 00000 н. 0000022404 00000 п. 0000022507 00000 п. 0000022698 00000 п. 0000022810 00000 п. 0000022913 00000 п. 0000023066 00000 п. 0000023177 00000 п. 0000023280 00000 п. 0000023421 00000 п. 0000023622 00000 п. 0000023763 00000 п. 0000023905 00000 п. 0000024013 00000 п. 0000024116 00000 п. 0000024256 00000 п. 0000024377 00000 п. 0000024510 00000 п. 0000024721 00000 п. 0000024901 00000 п. 0000025067 00000 п. 0000025211 00000 п. 0000025352 00000 п. 0000025495 00000 п. 0000025632 00000 п. 0000025769 00000 п. 0000025961 00000 п. 0000026062 00000 п. 0000026205 00000 п. 0000026347 00000 п. 0000026483 00000 п. 0000026673 00000 п. 0000026774 00000 п. 0000026966 00000 п. 0000027116 00000 п. 0000027238 00000 п. 0000027341 00000 п. 0000027480 00000 п. 0000027625 00000 н. 0000027779 00000 п. 0000027943 00000 п. 0000028088 00000 п. 0000028235 00000 п. 0000028387 00000 п. 0000028517 00000 п. 0000028666 00000 п. 0000028828 00000 п. 0000028978 00000 п. 0000029141 00000 п. 0000029312 00000 п. 0000029465 00000 п. 0000029643 00000 п. 0000029803 00000 п. 0000029939 00000 н. 0000030040 00000 п. 0000030169 00000 п. 0000030301 00000 п. 0000030487 00000 п. 0000030689 00000 п. 0000030806 00000 п. 0000030909 00000 п. 0000031046 00000 п. 0000031183 00000 п. 0000031317 00000 п. 0000031447 00000 п. 0000031597 00000 п. 0000031719 00000 п. 0000031868 00000 п. 0000032023 00000 п. 0000032163 00000 п. 0000032293 00000 п. 0000032419 00000 п. 0000032558 00000 п. 0000032699 00000 н. 0000032834 00000 п. 0000032980 00000 п. 0000033114 00000 п. 0000033265 00000 п. 0000033406 00000 п. 0000033546 00000 п. 0000033685 00000 п. 0000033820 00000 п. 0000033942 00000 п. 0000034069 00000 п. 0000034238 00000 п. 0000034369 00000 п. 0000034473 00000 п. 0000034626 00000 п. 0000034760 00000 п. 0000034903 00000 п. 0000035050 00000 п. 0000035186 00000 п. 0000035288 00000 п. 0000035411 00000 п. 0000035542 00000 п. 0000035686 00000 п. 0000035825 00000 п. 0000035971 00000 п. 0000036103 00000 п. 0000036252 00000 п. 0000036386 00000 п. 0000036522 00000 п. 0000036628 00000 п. 0000036734 00000 п. 0000036837 00000 п. 0000036940 00000 п. 0000037044 00000 п. 0000037148 00000 п. 0000037253 00000 п. 0000037358 00000 п. 0000037463 00000 п. 0000037568 00000 п. 0000037673 00000 п. 0000037778 00000 п. 0000037883 00000 п. 0000037988 00000 п. 0000038093 00000 п. 0000038198 00000 п. 0000038303 00000 п. 0000038408 00000 п. 0000038513 00000 п. 0000038618 00000 п. 0000038723 00000 п. 0000038828 00000 п. 0000038933 00000 п. 0000039038 00000 п. 0000039143 00000 п. 0000039248 00000 п. 0000039353 00000 п. 0000039458 00000 п. 0000039563 00000 п. 0000039668 00000 п. 0000039773 00000 п. 0000039878 00000 п. 0000039983 00000 н. 0000040088 00000 п. 0000040193 00000 п. 0000040298 00000 н. 0000040403 00000 п. 0000040508 00000 п. 0000040613 00000 п. 0000040718 00000 п. 0000040823 00000 п. 0000040928 00000 п. 0000041033 00000 п. 0000041138 00000 п. 0000041243 00000 п. 0000041348 00000 п. 0000041453 00000 п. 0000041558 00000 п. 0000041663 00000 п. 0000041768 00000 п. 0000041873 00000 п. 0000041978 00000 п. 0000042083 00000 п. 0000042188 00000 п. 0000042293 00000 п. 0000042398 00000 п. 0000042503 00000 п. 0000042608 00000 п. 0000042713 00000 п. 0000042818 00000 п. 0000042923 00000 п. 0000043028 00000 п. 0000043133 00000 п. 0000043238 00000 п. 0000043343 00000 п. 0000043448 00000 н. 0000043553 00000 п. 0000043658 00000 п. 0000043763 00000 п. 0000043868 00000 п. 0000043973 00000 п. 0000044078 00000 п. 0000044183 00000 п. 0000044288 00000 п. 0000044393 00000 п. 0000044498 00000 п. 0000044603 00000 п. 0000044708 00000 п. 0000044813 00000 н. 0000044918 00000 п. 0000045023 00000 п. 0000045128 00000 п. 0000045233 00000 п. 0000045338 00000 п. 0000045443 00000 п. 0000045548 00000 п. 0000045653 00000 п. 0000045758 00000 п. 0000045863 00000 п. 0000045968 00000 п. 0000046073 00000 п. 0000046178 00000 п. 0000046283 00000 п. 0000046388 00000 п. 0000046493 00000 п. 0000046598 00000 п. 0000046703 00000 п. 0000046808 00000 п. 0000046913 00000 п. 0000047018 00000 п. 0000047123 00000 п. 0000047228 00000 п. 0000047333 00000 п. 0000047438 00000 п. 0000047543 00000 п. 0000047648 00000 п. 0000047753 00000 п. 0000047858 00000 п. 0000047963 00000 н. 0000048068 00000 п. 0000048173 00000 п. 0000048278 00000 н. 0000048383 00000 п. 0000048488 00000 н. 0000048593 00000 п. 0000048698 00000 п. 0000048803 00000 п. 0000048908 00000 н. 0000049013 00000 п. 0000049118 00000 п. 0000049223 00000 п. 0000049328 00000 п. 0000049433 00000 п. 0000049538 00000 п. 0000049643 00000 п. 0000049748 00000 п. 0000049853 00000 п. 0000049958 00000 н. 0000050063 00000 п. 0000050168 00000 п. 0000050273 00000 п. 0000050378 00000 п. 0000050483 00000 п. 0000050588 00000 п. 0000050693 00000 п. 0000050798 00000 п. 0000050903 00000 п. 0000051008 00000 п. 0000051113 00000 п. 0000051218 00000 п. 0000051323 00000 п. 0000051428 00000 п. 0000051533 00000 п. 0000051638 00000 п. 0000051743 00000 п. 0000051848 00000 п. 0000051953 00000 п. 0000052058 00000 п. 0000052163 00000 п. 0000052268 00000 п. 0000052373 00000 п. 0000052478 00000 п. 0000052583 00000 п. 0000052688 00000 п. 0000052793 00000 п. 0000052898 00000 п. 0000053003 00000 п. 0000053108 00000 п. 0000053213 00000 п. 0000053318 00000 п. 0000053423 00000 п. 0000053528 00000 п. 0000053633 00000 п. 0000053738 00000 п. 0000053843 00000 п. 0000053948 00000 п. 0000054053 00000 п. 0000054158 00000 п. 0000054263 00000 п. 0000054368 00000 п. 0000054473 00000 п. 0000054578 00000 п. 0000054683 00000 п. 0000054788 00000 п. 0000054893 00000 п. 0000054998 00000 н. 0000055103 00000 п. 0000055208 00000 п. 0000055313 00000 п. 0000055418 00000 п. 0000055523 00000 п. 0000055628 00000 п. 0000055733 00000 п. 0000055838 00000 п. 0000055943 00000 п. 0000056048 00000 п. 0000056153 00000 п. 0000056258 00000 п. 0000056363 00000 п. 0000056468 00000 п. 0000056573 00000 п. 0000056678 00000 п. 0000056783 00000 п. 0000056888 00000 п. 0000056993 00000 п. 0000057098 00000 п. 0000057203 00000 п. 0000057308 00000 п. 0000057413 00000 п. 0000057518 00000 п. 0000057623 00000 п. 0000057728 00000 п. 0000057833 00000 п. 0000057938 00000 п. 0000058043 00000 п. 0000058148 00000 п. 0000058253 00000 п. 0000058358 00000 п. 0000058463 00000 п. 0000058568 00000 п. 0000058673 00000 п. 0000058778 00000 п. 0000058883 00000 п. 0000058988 00000 н. 0000059093 00000 п. 0000059198 00000 п. 0000059303 00000 п. 0000059408 00000 п. 0000059513 00000 п. 0000059618 00000 п. 0000059723 00000 п. 0000059828 00000 п. 0000059933 00000 н. 0000060038 00000 п. 0000060143 00000 п. 0000060248 00000 п. 0000060353 00000 п. 0000060458 00000 п. 0000060563 00000 п. 0000060668 00000 п. 0000060773 00000 п. 0000060878 00000 п. 0000060983 00000 п. 0000061088 00000 п. 0000061193 00000 п. 0000061298 00000 п. 0000061403 00000 п. 0000061508 00000 п. 0000061613 00000 п. 0000061718 00000 п. 0000061823 00000 п. 0000061928 00000 п. 0000062033 00000 п. 0000062138 00000 п. 0000062243 00000 п. 0000062348 00000 п. 0000062453 00000 п. 0000062558 00000 п. 0000062663 00000 п. 0000062768 00000 п. 0000062873 00000 п. 0000062978 00000 п. 0000063083 00000 п. 0000063188 00000 п. 0000063293 00000 п. 0000063398 00000 п. 0000063503 00000 п. 0000063608 00000 п. 0000063713 00000 п. 0000063818 00000 п. 0000063923 00000 п. 0000064028 00000 п. 0000064133 00000 п. 0000064238 00000 п. 0000064343 00000 п. 0000064448 00000 н. 0000064553 00000 п. 0000064658 00000 п. 0000064763 00000 п. 0000064868 00000 н. 0000064973 00000 п. 0000065078 00000 п. 0000065183 00000 п. 0000065288 00000 п. 0000065393 00000 п. 0000065498 00000 п. 0000065603 00000 п. 0000065708 00000 п. 0000065813 00000 п. 0000065918 00000 п. 0000066023 00000 п. 0000066128 00000 п. 0000066233 00000 п. 0000066338 00000 п. 0000066443 00000 п. 0000066548 00000 п. 0000066654 00000 п. 0000066760 00000 п. 0000066866 00000 п. 0000066972 00000 н. 0000067078 00000 п. 0000067184 00000 п. 0000067290 00000 н. 0000067396 00000 п. 0000067502 00000 п. 0000067608 00000 п. 0000067714 00000 п. 0000067820 00000 н. 0000067926 00000 п. 0000068032 00000 п. 0000068138 00000 п. 0000068244 00000 п. 0000068350 00000 п. 0000068456 00000 п. 0000068562 00000 п. 0000068668 00000 п. 0000068774 00000 п. 0000068880 00000 п. 0000068986 00000 п. 0000069092 00000 н. 0000069198 00000 п. 0000069304 00000 п. 0000069410 00000 п. 0000069516 00000 п. 0000069622 00000 п. 0000069728 00000 п. 0000069834 00000 п. 0000069940 00000 н. 0000070046 00000 п. 0000070152 00000 п. 0000070258 00000 п. 0000070364 00000 п. 0000070470 00000 п. 0000070576 00000 п. 0000070682 00000 п. 0000070788 00000 п. 0000070894 00000 п. 0000071000 00000 п. 0000071106 00000 п. 0000071212 00000 п. 0000071318 00000 п. 0000071424 00000 п. 0000071530 00000 п. 0000071636 00000 п. 0000071742 00000 п. 0000071848 00000 п. 0000071954 00000 п. 0000072060 00000 п. 0000072166 00000 п. 0000072272 00000 п. 0000072378 00000 п. 0000072484 00000 п. 0000072590 00000 н. 0000072696 00000 п. 0000072802 00000 п. 0000072908 00000 п. C2G`uT2c.'

CH02.dvi

% PDF-1.3 % 1 0 obj> эндобдж 2 0 obj> поток Acrobat Distiller 7.0 (Windows) 2014-09-03T18: 41: 51 + 05: 30Adobe Illustrator CS5.12014-09-03T18: 41: 51 + 05: 30

  • 208256JPEG / 9j / 4AAQSkZJRgABAgEASABIAAD / 7QAsUGhvdG9MAAAASAQAQAkAucaaGaaaaqaaaaaaaaaaaaaaaaa AQBIAAAAAQAB / + 4ADkFkb2JlAGTAAAAAAf / bAIQABgQEBAUEBgUFBgkGBQYJCwgGBggLDAoKCwoK DBAMDAwMDAwQDA4PEA8ODBMTFBQTExwbGxscHx8fHx8fHx8fHwEHBwcNDA0YEBAYGhURFRofHx8f Hx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8fHx8f / 8AAEQgBAADQAwER AAIRAQMRAf / EAaIAAAHAQEBAQEAAAAAAAAAAAQFAwIGAQAHCAkKCwEAAgIDAQEBAQEAAAAAAAAA AQACAwQFBgcICQoLEAACAQMDAgQCBgcDBAIGAnMBAgMRBAAFIRIxQVEGE2EicYEUMpGhBxWxQiPB UtHhMxZi8CRygvElQzRTkqKyY3PCNUQnk6OzNhdUZHTD0uIIJoMJChgZhJRFRqS0VtNVKBry4 / PE 1OT0ZXWFlaW1xdXl9WZ2hpamtsbW5vY3R1dnd4eXp7fh2 + f3OEhYaHiImKi4yNjo + Ck5SVlpeYmZ qbnJ2en5KjpKWmp6ipqqusra6voRAAICAQIDBQUEBQYECAMDbQEAAhEDBCESMUEFURNhIgZxgZEy obHwFMHR4SNCFVJicvEzJDRDghaSUyWiY7LCB3PSNeJEgxdUkwgJChgZJjZFGidkdFU38qOzwygp 0 + PzhJSktMTU5PRldYWVpbXF1eX1RlZmdoaWprbG1ub2R1dnd4eXp7fh2 + f3OEhYaHiImKi4yNjo + DlJWWl5iZmpucnZ6fkqOkpaanqKmqq6ytrq + v / aAAwDAQACEQMRAD8A7PmzeedirsVdirsVdirs VdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVQ8zNzK9tskGuRWGQ8ePbDTG0y0Bm / Tdutfh 5Nt / sTlWb6C5OkP70KGSYOxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2K qM8tQY6fT + OSAa5S6LOY9PhT6fprhpF7UmXl + X / cxbx0 / bff / YnKcw9JcnSS / eAMl / w1pf8AK / 8A wWYvjydl + Txu / wANaX / K / wDwWPjyX8njd / hrS / 5X / wCCx8eS / k8bv8NaX / K // BY + PJfyeN3 + GtL / AJX / AOCx8eS / k8bv8NaX / K // AAWPjyX8njd / hrS / 5X / 4LHx5L + Txu / w1pf8AK / 8AwWPjyX8njd / h rS / 5X / 4LHx5L + Txu / wANaX / K / wDwWPjyX8njd / hrS / 5X / wCCx8eS / k8bv8NaX / K // BY + PJfyeN3 + GtL / AJX / AOCx8eS / k8bv8NaX / K // AAWPjyX8njd / hrS / 5X / 4LHx5L + Txu / w1pf8AK / 8AwWPjyX8n jd / hrS / 5X / 4LHx5L + Txu / wANaX / K / wDwWPjyX8njd / hrS / 5X / wCCx8eS / k8bv8NaX / K // BY + PJfy eN3 + GtL / AJX / AOCx8eS / k8bv8NaX / K // AAWPjyX8njd / hrS / 5X / 4LHx5L + TxoK60XS0doxESRT4i x + eWRyyaZ6bGDVKf6G0zgF9Lp35N / XD4smP5eFckXp + l2EV3HJFFRwWKvyJ6g ++ QnkkQ24cEBIEB Osx3OdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVQF1T126duw8Pc5bH k48 + ajt7fcv9cLBVtafWF6d / DwPhglyZw5phlTkOxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2Kux V2KuxV2KuxV2KuxV2Kpdd0 + sNt4fqGWx5ONk5qW3h + vCxVrSn1hNvHx8DglyZ4 + aYZU5DsVdirsV dirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqX3rReow / b2qffb + GWwtx8hFqQaH0 + / Ohrt37Yd2FilWyMfqrv8e / b2wTZ46tMMqch3KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2Kux V2KuxV2KuxV2KuxVL70Req38 + 337fwy2N04 + SrUQsXDf7dD9 / bDuwoUqWQT1l / n3 / VgnyZY6tMsq cl2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVL7sD13qR2618PbLY8nG yc1IBadV / wCGwsVW0C + ulCO / Svh74JcmePmmGVOQ7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7 FXYq7FXYq7FXYq7FXYql92lZ2 + jx8PllsTs4 + QbqQjNP7D / TDbClW0QidPDfx8D7YJHZnjG6YZU5 DsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqX3yKJGblVjTbw2plsC42 UbqCovpci +++ 38MlbADZWsVHqKxbcVHH6MjNniG6Y5U5LsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirs VdirsVdirsVdirsVdirsVdiqW3I5XjLWg2 / 4jlseTjTFyUWUCXgDUbb5LowI3VrZeN4ig16 / qORl yZwFSTLKnJdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVSe + u4FvZYy5 DoAzAKTQcQa7DLojZxMkhxFDjULRiKSVr0 + Ft / wyfCWvxAr6dfWst5GkcnJjWgoR0B8RkZxIDPFM GQTnKHMdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVYrrDAardgsU + AA d61QbfTmVj + kOuzh2lLkPExnkVIauwJ49N8saAjNC5DWYQV4mrim5pRG2yGT6W3T / wB4GX5iOzdi rsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVYnrhA1Wc + IUdj1QDMrH9Lrd R9ZS81BUbbfI9RXLGhHaGjfpaBxyMfKQBj0rwY / fTIZPpbtOPWGXZiOzdirsVdirsVdirsVdirsV dirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVYnrrEanOOx4f8QGZWP6XW6j6yl7N + 8AC0Hw / CQd + l fDrljQTuj9FBOr27Egk8yaAdCr + Hv + GV5PpLfg + sfjvZbmK7J2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2K uxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVi2uRsdSkbifiKAHsfhGw2zJxnZ12oHrS5yDQk7ihHXtt + rLG ko3Qj / uVgooQfHsK7 / C3iTkMn0tmn + sMtzFdm7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXY q7FXYq7FXYq7FXYqxjW1B1F / i6OhZd9hwX4uuZOPk6 / P9SAoxITYH6O5puTljSidCC / pS3oST8ZN f9Vshk + ktmn + sMtzFdk7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYqxX XC36UkAYD4kIBp1CLucysf0uu1h2oAAkMRuFBavhTJtKO0QMNUhUjdeW + 9aFCflTfIZPpbsh2hle YrsXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FWK64FOqSkoPh5VrX4v hGZWP6XXaj6ygRsjbmjCnFR79 + mTaUdogB1SFtwTyND2 + A1HT7vbIZPpbsh2hlWYrsXYq7FXYq7F XYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FUn1C1tnu5HdAXNKnfwGXQJpxMsQZKUe nWpYEoAoO5JNMkZFgMYVrKzt4r6NkUVAbcEnqDkZSJDPHACQTfKXLdirsVdirsVdirsVdirsVdir sVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVS67dxcOAxA22B9stiNnGyE2pAM7VJ2HUk5JjzVLYUvFA NRvv9ByMuTKA9SZZU5LsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqAu pWWdwO1O7eHsctiNnHnLdR5c2AbbsDU9 / nXCwu1S3XjeItajf9RwS5MoCpJjlTkuxV2KuxV2KuxV 2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KpbeH / SH + jt7ZbHk42T6lNQC3E7HxwsQq26 8btBWvXf6DglyZQFSTHKnJdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirs VS28 / wB6X / 2P6stjycXJ9SkoJag7nJMQrWwK3aL8 / wBRyMuTOAqSY5U5LsVdirsVdirsVdirsVdi rsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqW3YrcuK06bn5ZbHk42T6lNaluKDr374WI8lW3BW8 QHf7W / 0EYJcmUPqTHKnJdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVS 68I + sMDXanQ + 3yy2PJxsnNSDNWg27bbZJhatbKwul5 / aFf1HxyMuTZAerdMMqch3KuxV2KuxV2Ku xV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVLbz / el / wDY / qy2PJxcn1KQ6nJMURa / 3ynr v / xq2QlybMfNH5W5DsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdiqW3n + 9L / 7H9WWx5OLk + pSWnLfpUV + WSYhEW / EzqUFBXf58WyEuTZDmj8rch3KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2K uxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVLrxHNw5Ckjbt7ZbE7ONkBtSVfi + PYVFa9aZJiB3q1t / vSnH7Irv7kHIy5MofUmGVOS7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FXYq7FX Yqlt3y + sPQeH6stjycbJ9Smikt8Xwr3JwsQFW3I + toF + zvT7jglyZQ + pMcqcl2KuxV2KuxV2KuxV 2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxV2KuxVLrtyLhxt26gHt8stiNnGyHdTQsx / ZCjqSo / p hLEbqts3 + lKtAetCAB2PhglyZwPqTDKnIdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdirsVdir sVdirsVdirsVS28ZhcOASBt + rLY8nGyh2KahnalagePhhYjdUttrtAOm + / 0HBLkyh9T / AP / Z
  • 2014-09-03T18: 41: 51 + 05: 30приложение / постскриптум
  • CH02.dvi
  • Питер Гуд (Schlumberger) 4930 2002 12 июня 15:43:16
  • TeX выход 2014.08.27: 1251
  • xmp.did: AD58740D4833E411A16AB53151DB11AAxmp.iid: AD58740D4833E411A16AB53151DB11AAuuid: d326518c-dd3e-4e22-A528-bd6cc5e44b53uuid: e97da2a7-ADCB-4616-a456-911ce23e9916uuid: d326518c-dd3e-4e22-A528-bd6cc5e44b53uuid: d326518c-dd3e-4e22-A528-bd6cc5e44b53 +
  • savexmp.iid: AD58740D4833E411A16AB53151DB11AA2014-09-03T18: 41: 51 + 05: 30 Adobe Illustrator CS5.1 /
  • 643.000000789.000000Points1FalseFalse
  • Cyan
  • Черный
  • Группа образцов по умолчанию 0
  • конечный поток эндобдж 3 0 obj> эндобдж 4 0 obj> эндобдж 5 0 obj> поток HWYs ܸ ~ _ G *% cSy% ّ Rš4k + / h

    Знакомство с биполярным переходным транзистором (BJT)

    ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ - БИПОЛЯРНЫЙ ПЕРЕХОДНЫЙ ТРАНЗИСТОР Знакомство с биполярным переходным транзистором (07JT)

    04.2020 Редактор: Эрика Гранат

    Изобретенный в начале 1950-х годов биполярный транзистор (BJT) произвел революцию в области электроники. Транзистор является основой компьютерной памяти, микропроцессоров и других интегральных схем.

    Связанные компании

    Биполярный транзистор (биполярный транзистор или BJT) - это тип транзистора, который использует как электроны, так и дырки в качестве носителей заряда.

    (Источник: © tilialucida - stock.adobe.com)

    Биполярный переходной транзистор, также называемый биполярными транзисторами, представляет собой трехконтактное устройство, которое может функционировать как электронные переключатели или усилители сигналов. В этой статье мы рассмотрим основы этого типа транзисторов.

    Что такое биполярный переходной транзистор (BJT)?

    Проще говоря, BJT - это полупроводниковый прибор с тремя выводами. Название «биполярный» происходит от того факта, что этот тип транзистора содержит два типа полупроводникового материала - один положительный тип (p-тип) и один отрицательный тип (n-тип), через которые протекает ток.Транзисторы с биполярным переходом обычно содержат кремний. Более того, примеси обычно добавляются к кремнию путем легирования, чтобы слои вели себя желаемым образом.

    Это слои p-типа в BJT, которые притягивают электроны, которые входят в транзистор через его входную цепь. С другой стороны, слои n-типа должны побуждать электроны выходить из транзистора. Этот двухтактный эффект между слоями позволяет усиливать и контролировать электрический ток.

    Конфигурация слоев в BJT определяет поток электрического тока и гарантирует, что заряд не может вернуться в том же направлении, что и пришел.Такая установка защищает систему от перегрева или повреждения.

    Трехслойный сэндвич

    BJT создаются путем наслоения кремния p-типа и n-типа для образования трехслойного «сэндвича»:

    • База, к которой подключен небольшой пусковой ток
    • Эмиттер, излучающий электроны
    • Коллектор, который собирает электроны, которые были усилены. Электроны проходят от эмиттера к базе.

    Работа биполярного переходного транзистора (BJP).

    (Источник: Electronics Tutorials)

    Есть два типа бутербродов: NPN (отрицательно-положительно-отрицательно) и PNP (положительно-отрицательно-положительно). Первый включается, когда ток течет через базу, а второй включается только тогда, когда в базе нет тока. Когда электрические контакты размещены на всех трех слоях кремния и включен ток, электроны в токе будут течь между слоями кремния n-типа и p-типа.

    В сэндвиче NPN усиление происходит, когда небольшой положительный ток присоединяется к слою p-типа (основанию). Здесь один из слоев n-типа (эмиттер) заряжен отрицательно, а другой (коллектор) - положительно. В NPN-сэндвиче электроны притягиваются к базе от эмиттера. Затем электроны переходят от эмиттера к коллектору; это движение создает более сильный ток между двумя слоями n-типа.

    Основной доклад на PCIM Digital Days 2021

    Не пропустите основной доклад «Концепции трехфазных инверторов с регулируемой скоростью SiC / GaN нового поколения» от Иоганна Вальтера Колара, профессора и директора лаборатории силовых электронных систем, ETH Zurich , CH на PCIM Digital Days с 3 по 7 мая 2021 года.

    Откройте для себя всю программу!

    Разработка BJT

    Изобретенный физиком Уильямом Шокли в 1947 году, BJT претерпел несколько итераций на протяжении многих лет. До 1960-х годов в слоях использовался германий. К концу века германий был заменен кремнием - материалом, который показал более высокую термостойкость. Скорость BJT постепенно увеличивалась в процессе легирования, что привело к изобретению вариантов BJT, таких как:

    • диффузный транзистор, который, как следует из названия, работает путем диффузии примесей в полупроводник, и
    • планарный транзистор, который позволил массовое производство интегральных схем, тем самым положив начало буму бытовой электроники.

    Базовые приложения

    BJT часто комбинируются с MOSFET-транзисторами для обеспечения высокоскоростной цифровой логики, которая необходима для работы радиочастотной технологии и высокопроизводительных микропроцессорных микросхем. Более того, BJT в сочетании с MOSFET позволяет сделать чипы радиационной стойкостью для использования в спутниках, ядерных реакторах и ускорителях частиц.

    BJT также служат основой для имеющихся в продаже электронных усилителей и датчиков температуры.Наконец, BJT могут использоваться в качестве логарифмических преобразователей, которые сжимают динамический диапазон сигнала, чтобы сделать его более управляемым для других схем.

    Следуйте за нами в LinkedIn

    Вам понравилось читать эту статью? Тогда подпишитесь на нас в LinkedIn и будьте в курсе последних событий в отрасли, продуктов и приложений, инструментов и программного обеспечения, а также исследований и разработок.

    Следуйте за нами здесь!

    (ID: 46388102)

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Символ Параметр Единицы
    В CE0 Напряжение коллектора-эмиттера (I E = 0) В В В 90 CEV Напряжение коллектор-эмиттер (для установленного ненулевого значения В BE ) В
    В CB0 Напряжение коллектор-база (I B = 0) В
    V EB0 Напряжение эмиттер-база (I C = 0) V
    I c Ток коллектора A
    9015 I cm
    9015 I cm пиковый ток A
    I b Базовый ток A
    I bm Базовый пиковый ток A
    P tot Общая рассеиваемая мощность при заданных температурных условиях (T C ) W
    T stg Температура хранения ° C