Экспериментальная часть

Экспериментальная часть

Разработка любого электронного устройства сопровождается физическим или математическим моделированием. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, поскольку требует изготовление макетов и их трудоёмкое исследование, Часто физическое моделирование просто невозможно из-за чрезвычайной сложности устройства, например, при разработки больших и сверхбольших интегральных микросхем. В этом случае прибегают к математическому моделированию с использованием средств и методов вычислительной техники.

Electronics Workbench. позволяет строить и анализировать любые электронные схемы, от самых простых до сложных, а так же рассчитывать статические и динамические характеристики полупроводниковых приборов таких как диоды, транзисторы, тиристоры и т.д. Особенностью программы является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. Программа легко осваивается и достаточно удобна в работе.

В библиотеку программного средства  включено достаточно большое количество импортных биполярных транзисторов, отечественные аналоги которых можно найти в справочной литературе. В некоторых случаях может оказаться более удобным самостоятельно создать отдельную библиотеку отечественных транзисторов. В состав программы включены следующие параметры транзисторов:

1) Обратный ток коллекторного перехода – IS;

2) Коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ – BF;

3) Коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ при инверсном

включении транзистора (эмиттер и коллектор меняются местами) – BR;

4) Объемное сопротивление базы, Ом – RB;

5) Объемное сопротивление коллектора, Ом – RC;

6) Объемное сопротивление эмиттера. Ом – RE;

7) Емкость эмиттерного перехода при нулевом напряжении, Ф – CJE;

8) Емкость коллекторного перехода при нулевом напряжении, Ф –

9) Емкость коллектор-подложка, Ф – CJS;

10) Время переноса заряда через базу, с – TF;

11) Время переноса заряда через базу в инверсном включении, с – TR;

12) Коэффициент плавности эмиттерного перехода – ME;

13) Коэффициент плавности коллекторного перехода – MC;

14) Напряжение Эрли, близкое к параметру Uk max В – VA;

15) Обратный ток эмиттерного перехода, А – ISE;

16) Ток начала спада усиления по току, близкое к параметру 1вп,вх> А

– IKF;

17) Коэффициент не идеальности эмиттерного перехода – NE;

18) Контактная разность потенциалов перехода база-коллектор, В –

VJC;

19) Контактная разность потенциалов перехода база-эмиттер, В – VJE.

Набор задаваемых параметров для биполярных транзисторов в WB не так уж и мал для моделирования электрических схем.

Порядок выполнения эксперимента:

Соберём схему для снятия характеристик транзистора с ОБ в соответствии с рисунком приведенным ниже.

Ориентировочные номиналы элементов схемы: Е1=1…7 В, Е2=0…15 В.

Установим напряжение UБК с помощью потенциометра R2 порядка 60% от наибольшего значения этого напряжения для данного транзистора. Поддерживая это напряжение неизменным изменяем напряжение UЭБ от 1 до 7 В. Следить за показаниями амперметра mA1. Величина тока IЭ должна изменяться в пределах, достаточных для снятия входной характеристики транзистора. Все измеренные значения занесём в таблицу №3.

Таблица №3.  Результаты снятия входных статических характеристик IЭ = ƒ(UЭБ) при UКБ = const.

Вид характеристики, снятой при , соответствует прямой ветви вольтамперной характеристики одиночного p-n перехода. При входные характеристики сдвигаются влево относительно начала координат. Это объясняется тем, что если на КП подано обратное напряжение, то между эмиттерным и коллекторным переходами возникает обратная связь по напряжению, т.е. изменения обратного напряжения на КП приводят к изменению прямого напряжения на ЭП, и напряжение, фактически приложенное к ЭП, не равно напряжению, подаваемому от E1.  Если на КП подается обратное напряжение, то он расширяется, причем преимущественно в сторону базы (т.к. концентрация примесей в базе мала), и ширина базы W уменьшается. Уменьшение W вызывает уменьшение процесса рекомбинации неосновных носителей в толще базы, т.е. уменьшение рекомбинационной составляющей тока базы и – возрастает.

Следует отметить, что влияние увеличения обратного коллекторного напряжения вызывает существенное смещение входных характеристик только при небольших значениях . При характеристики практически сливаются, т.к. расширение коллекторного перехода приводит не только к уменьшению тока базы, но и к увеличению сопротивления базы.

Выходные статические характеристики будем снимать в этой же схеме, но уже используя другой вольтметр и амперметр.

Таблица №4.  Результаты снятия выходных статических характеристик IК = ƒ(UКБ) при IЭ = const.

Вид характеристики, снятой при , соответствует обратной ветви вольтамперной характеристики одиночного p-n перехода. В этом случае , где – нулевой коллекторный ток. Если , то значения тока коллектора увеличиваются за счет носителей заряда, инжектированных из эмиттера в базу. В этом случае коллекторный ток протекает и при . Для того, чтобы уменьшить значение коллекторного тока до нуля, необходимо подать на коллекторный переход прямое напряжение, при этом потенциальный барьер перехода снизится, и навстречу потоку неосновных носителей заряда потечет поток основных носителей заряда; при равенстве этих потоков коллекторный ток равен нулю. При увеличении обратного напряжения на коллекторе характеристики, снятые при , имеют небольшой подъем, т.е. ток коллектора возрастает при увеличении напряжения на коллекторе. Это объясняется тем, что с увеличением обратного коллекторного напряжения растет ширина коллекторного перехода (в основном в сторону базы), уменьшается рекомбинация неосновных носителей в толще базы, уменьшается рекомбинационная составляющая тока базы, и ток коллектора при несколько растет. Характеристики, снятые через равные интервалы изменения тока эмиттера, располагаются неравномерно: чем больше значения тока эмиттерного тока, тем ближе друг к другу располагаются характеристики. Это объясняется тем, что возрастание эмиттерного тока приводит к увеличению рекомбинации, а значит к уменьшению коллекторного тока.
При больших значениях коллекторного напряжения возрастает за счет лавинного умножения носителей заряда в коллекторном переходе.

По таблицам 3 и 4  построим входные и выходные характеристики транзистора в схеме с ОБ.

Помимо входной и выходной ВАХ транзистора с ОБ соберем ещё одну схему, которая покажет нам зависимость коэффициента усиления БТ по схеме ОБ от частоты и построим график этой зависимости.

Заключение

          В данной работе рассматривался принцип действия биполярного транзистора. Была рассмотрена классификация, маркировка, схема включения, режимы работы. Рассмотрены основные параметры БТ с ОБ, а также его частотные свойства и статические ВАХ(входная и выходная) . Подводя итог можно сказать, что развитие электроники не стоит на месте, всё больше и больше применяется компьютерное моделирование электрических схем , которое позволяет рассчитывать параметры схем, производить их наладку на ранних этапах создания, выяснять «будущие» неисправности различных блоков и узлов радиоаппаратуры, причём компьютерное моделирование стремится свести к нулю погрешности связанные с измерениями, а это один из самых важных аспектов  при конструировании и разработке схем.