Вольтамперные характеристики и параметры биполярного транзистора

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет»

 

Кафедра конструирования и технологии

электронно-вычислительных средств

	УТВЕРЖДАЮ   Первый проректор – Проректор по учебной работе ____________ Е.А. Кудряшов «___» ___________ 2012 г.

ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине "Электротехника и электроника" для студентов,

обучающихся по специальности 220500

Курск 2012

Составитель Е. О. Брежнева

УДК 681.3

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент кафедры вычислительной техники В.И. Иванов

Вольтамперные характеристики и параметры биполярного транзистора:Методические указания к выполнению лабораторной работы / Юго-Западный гос. ун-т; Сост. Е. О. Брежнева. Курск, 2010. 20 с.

Приводятся краткие сведения о биполярных транзисторах, методике исследования в среде OrCAD и программа исследования.

Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 220500.

Ил. 9. Табл. 2. Библиогр.: 2 назв.

Текст печатается в авторской редакции

 

 

ИД № 06430 от 10.12.01.

Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Печать офсетная

Усл. печ. л.	Уч.-изд. л.	Тираж 75 экз.	Заказ
Бесплатно.

 

Юго-Западный государственный университет.

305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94

 

Содержание

 

1. Цель работы…………………………………………………….4

2. Основные теоретические сведения……………………………4

3. Подготовка к работе……………………………………………8

4. Выполнение работы…………………………………………….9

5. Контрольные вопросы…………………………………………16

6. Содержание отчета……………………………………………..17

Литература………………………………………………………...18

Цель работы

Изучение вольтамперных характеристик и параметров биполярных транзисторов.

Основные теоретические сведения

В 1948 году Д. Бардин и В. Брайтен обнаружили, что полупроводниковые устройства с двумя p-n переходами способны создавать усиление электрических колебаний по мощности. Они назвали это устройство транзистором (от английских слов ”transfer” – преобразователь и “resistor” – сопротивление).

В настоящее время промышленность выпускает плоскостные транзисторы, представляющие собой монокристалл полупроводника, в котором две области с проводимостью одного типа разделены областью с проводимостью противоположного типа. Таким образом, могут быть получены структуры p-n-p и n-p-n типа (рис. 1).

Между областями с разными типами проводимости образуются p-n переходы. P-n переход, образующийся между эмиттером и базой, называется эмиттерным переходом (ЭП); переход, образующийся между базой и коллектором, называют коллекторным переходом (КП).

Дырки (в p-n-p транзисторе), создающие эмиттерный ток, из области эмиттера попадают в очень узкую (10-50 мкм) n -область базы, откуда большая их часть (95-99%) проходит в p -область к коллектору, образуя коллекторный ток I_к. Остальные дырки образуют ток базы I_б. Для суммы всех токов с учетом их направлений (рис. 2а) справедливо равенство I_э+I_б+I_к=0. Следует помнить, что ток, направленный к транзистору, считается положительным, от транзистора – отрицательным, причем направление тока определяется направлением движения положительных зарядов.

 

Рис.1 Транзисторы p-n-p (а) и n-p-n (б) типа. Каждая область имеет свое название: область 1 – эмиттер (Э), область 2 – база (Б), область 3 – коллектор (К)

 

Транзистор, выполняя те же функции, что и электронная лампа – триод, обладает целым рядом преимуществ: отсутствием цепи накала, более высоким КПД, малыми размерами, весом и др.

 

 

Подготовка к работе

 

1. Изучить принцип работы биполярного транзистора, его схемы включения и режимы работы.

2. Изучить входные и выходные характеристики и параметры биполярного транзистора.

3. В таблице 2 в соответствии с порядковым номером студента в учебном журнале выбрать биполярный транзистор для исследования его характеристик и определения параметров. Режим измерения выбирается исходя из номера группы (значение тока коллектора (i_к0)) и номера подгруппы (значение напряжения на коллекторном переходе (u_кэ0)).

 

Таблица 2

№ вар.	Модель транзистора	Режим измерения
iк0, мА	iк0, мА	uкэ0, В	uкэ0, В
	ММ3906
	ММ4001
	PN2906
	PN2907
	Q2N1132
	Q2N1420
	Q2N4248
	DH3467CD
	DH3467CN
	DH3468CN
	MPS2907
	MM4258

 

 

Выполнение работы

1. В среде OrCAD собрать схему биполярного транзистора с ОЭ (см. рис. 5).

Рис. 5 Схема для снятия выходных характеристик БТ с ОЭ

2. Получить семейство выходных ВАХ биполярного транзистора в схеме с ОЭ.

- Выбрать тип анализа DC Sweep.

- В Options выбрать Primary Sweep и задать параметры основной

переменной.

В качестве основной переменной (Primary Sweep) выбираем напряжение источника Vce, начальное значение (Start Value) можно задать равным нулю. Конечное значение (End Value) задать равным U кэmax – максимально допустимому напряжению коллектор-эмиттер для данного транзистора (справочный параметр, указан в datasheet на транзистор в разделе Maximum Ratings, параметр –Collector-Emitter Voltage), шаг (Increment) – 10 мВ. Пример показан на рис. 6.

Рис. 6 Настройка параметров Primary Sweep. Выходные характеристики

 

- В Options выбрать Parametric Sweep и задать параметры второстепенной переменной.

В качестве второстепенной или параметрической переменной (Parametric Sweep) выбираем ток источника Ib, начальное значение (Start Value)задать равным нулю. Конечное значение (End Value) задать равным 1 мА,шаг (Increment) – 100 мкА. Пример показан на рис. 7.

Рис. 7. Настройка параметров Parametric Sweep. Выходные характеристики

 

- Построить графики выходных характеристик транзистора. Открыть окно Add Traces. В строку Trace Expression ввести выражение IC(Q1) – ток коллектора транзистора. Если полученный ток отрицательный, для удобства дальнейшей работы, изменить знак перед выражением.

- Отмасштабировать оси, так чтобы граничные отображаемые значения соответствовали Uкэmax и Iк max (справочные параметры, указанные в datasheet на транзистор).

- Поместить графики выходных характеристик в отчете.

3. Зафиксировать с помощью режима трассировки параметры рабочей точки I_к0, U_кэ0, I_б0.

Рабочая точка выбирается в соответствии с лабораторным заданием.

- Включить режим трассировки. Команда Trace>Cursor>Display или щелчок соответствующего значка панели инструментов.После вызова курсора появляется новое окно (Probe Cursor) с текущими координатами положения двух курсоров обозначенных А1 и А2.

- Выбрать трассируемый график и поместить на него курсор. Для выбора или смены трассируемого графика нужно щелкнуть мышкой по соответствующему символу графика в строке легенды, при этом щелчок левой кнопкой мыши закрепляет за графиком курсор А1, а щелчок правой – курсор А2. Переместить курсор с графика на график можно, используя сочетания клавиш Ctrl+← или Ctrl+→ (курсор А1) и Ctrl+Shift+← или Ctrl+Shift+← (курсор А2).

- Навести курсор на рабочую точку, и поставить метку с координатами (параметры рабочей точки – U кэ0 и I к0), команда Plot>Label>Mark или щелчок соответствующей пиктограммы панели инструментов. Зафиксировать в заготовке отчета значения U _кэ0 и I _к0. Для определения тока базы (I_б0) щелкнуть правой кнопкой мыши на выходную характеристику соответствующую выбранной рабочей точки, щелкнуть пункт Information (рис. 8).

3. Определить параметры h_11э и h_12э.

- С помощью курсоров и показаний окна Probe Cursor определить и зафиксировать в заготовке отчета необходимые данные для нахождения h -параметров транзистора (h_21э и h_22э) в окрестности рабочей точки.

- Пример работы по определению приращений для нахождения выходных h-параметров транзистора показан на рис. 9.

 

Рис. 8. Определение значения параметрической переменной

 

а

б

Рис. 9. Определение приращений для нахождения выходных h-параметров

(а – h _21э, б – h _22э)

В нижней строке окна Probe Cursor содержится разница между координатами курсоров по осям X и Y.

 

4. Получить семейство входных ВАХ выбранного биполярного транзистора для схемы с ОЭ.

- Собрать схему для снятия входных характеристик (рис. 10).

Рис. 10. Схема для снятия входных характеристик транзистора (OrCAD)

- Выбрать тип анализа DC Sweep.

- В Options выбрать Primary Sweep и задать параметры основной переменной.

В качестве основной переменной (Primary Sweep) выбираем напряжение источника Vbe, начальное значение (Start Value) можно задать равным 0,5 В. Конечное значение (End Value) задать равным 0,8 В, шаг (Increment) – 1 мВ. Пример показан на рис. 11.

Рис. 11. Настройка параметров Primary Sweep. Входные характеристики

 

- В Options выбрать Parametric Sweep и задать параметры второстепенной переменной. В качестве второстепенной или параметрической переменной (Parametric Sweep) выбираем напряжение Vсe, начальное значение (Start Value) задать на 10 % меньше U_кэ0. Конечное значение (End Value) задать на 10 % больше U_кэ0, шаг – 10 % от U_кэ0. Пример показан на рис. 12.

Рис. 12. Настройка параметров Parametric Sweep. Входные характеристики

(U _кэ0=11,8 В)

- Построить графики входных характеристик транзистора. Открыть окно Add Traces. В строку Trace Expression ввести выражение IB(Q1) – ток базы транзистора. Для удобства дальнейшей работы, при необходимости изменить знак перед выражением.

- Определить и зафиксировать в заготовке отчета напряжение U_бэ0.

Изменяя параметры второстепенной переменной (источник Vbe) и масштабируя графики привести построение к такому виду, чтобы область построения включала окрестность рабочей точки (точки соответствующей току I_б0) примерный вид графиков показан на рис. 13.

 

 

Рис. 13. Входные характеристики транзистора

 

7. Определить параметры h_11э и h_12э. С помощью курсоров и показаний окна Probe Cursor определить и зафиксировать в заготовке отчета необходимые данные для нахождения h-

параметров транзистора (h _11э и h _12э). Пример на рис. 14.Определение параметра h_12э требует большого приближения области рабочей точки, поскольку кривые практически сливаются.

 

 

 

 

Рис. 14. Определение приращений для нахождения входных h-параметров

(а – h _11э, б – h _12э)

 

5. Контрольные вопросы

Содержание отчёта

 

Отчёт должен содержать:

1. Титульный лист;

2. Оглавление;

3. Наименование работы, цель исследований;

4. Исследуемые схемы;

5. Графики выходных ВАХ биполярного транзистора;

6. Графики входных ВАХ биполярного транзистора;

7. Результаты экспериментов;

8. Расчёт h-параметров биполярного транзистора;

9. Ответы на контрольные вопросы;

10. Перечень литературы, использованной при подготовке и выполнении работы.

Литература

 

1. Система проектирования электронных устройств OrCAD 9.2 [Электронный документ]: / О.Г. Бондарь; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2007.

2. Опадчий, Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника [Текст]: учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров; под ред. О. П. Глудкина. М.: Горячая Линия - Телеком, 2000. -768 с.

3. Гаев, Г.П. Электротехника и электроника [Текст]: учебник для вузов. В 3-х кн. Кн.3. Электрические измерения и основы электроники / Г.П. Гаев, В.Г. Герасимов, О.М. Князков [и др/]; под ред. проф. В.Г. Герасимова. М.: Энергоатомиздат, 1998. - 432 с.

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет»

 

Кафедра конструирования и технологии

электронно-вычислительных средств

	УТВЕРЖДАЮ   Первый проректор – Проректор по учебной работе ____________ Е.А. Кудряшов «___» ___________ 2012 г.

ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине "Электротехника и электроника" для студентов,

обучающихся по специальности 220500

Курск 2012

Составитель Е. О. Брежнева

УДК 681.3

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент кафедры вычислительной техники В.И. Иванов

Вольтамперные характеристики и параметры биполярного транзистора:Методические указания к выполнению лабораторной работы / Юго-Западный гос. ун-т; Сост. Е. О. Брежнева. Курск, 2010. 20 с.

Приводятся краткие сведения о биполярных транзисторах, методике исследования в среде OrCAD и программа исследования.

Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 220500.

Ил. 9. Табл. 2. Библиогр.: 2 назв.

Текст печатается в авторской редакции

 

 

ИД № 06430 от 10.12.01.

Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Печать офсетная

Усл. печ. л.	Уч.-изд. л.	Тираж 75 экз.	Заказ
Бесплатно.

 

Юго-Западный государственный университет.

305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94

 

Содержание

 

1. Цель работы…………………………………………………….4

2. Основные теоретические сведения……………………………4

3. Подготовка к работе……………………………………………8

4. Выполнение работы…………………………………………….9

5. Контрольные вопросы…………………………………………16

6. Содержание отчета……………………………………………..17

Литература………………………………………………………...18

Цель работы