Література

1. Колонтаєвський Ю. П., Сосков А. Г. Промислова електроніка та мікросхемо техніка: теорія і практикум: Навч. посіб. / За ред. А. Г. Соскова. 2-е вид.-К: Каравела, 2004, - 432 с.

2. Харченко В. М. Основы электроники: Учеб. Пособие для техникумов. – М. : Энергоиздат, 1982.- 352 с., ил.

Лабораторна робота № 3

Тема: Дослідження ВАХ БТ по схемі з СЕ за допомогою EWB 5.12.

Мета: Освоєння методики дослідження статичних характеристик транзисторів.

Обладнання: 1. ЕОМ. 2. EWB 5.12.

Теоретичні відомості.

         Розрізняють три схеми включення біполярних транзисторів; із спільною базою (СБ), із спільним емітером (СЕ) із спільним колектором (СК), показані на рис.3.1

Рис.3.1 Основні схеми включення транзисторів

       У бібліотеку EWB включена досить велика кількість імпортних біполярних транзисторів. У деяких випадках може виявитися більш зручним самостійно створити окрему бібліотеку вітчизняних транзисторів, використовуючи команду Model з меню Circuit        До складу параметрів транзисторів включені наступні (див. мал. 2, у квадратних дужках приведені позначення параметрів, прийняті в EWB 5.0).

Рис.3.2 Діалогове вікно установки параметрів біполярних транзисторів.

Зворотний струм колекторного переходу, A (Saturation current Is [IS]);

Коефіцієнт підсилення струму в схемі з ЗЕ H21, (Forward current gain coefficient BF [BF]);

Коефіцієнт підсилення струму в схемі з ЗЕ при інверсному включенні транзистора (емітер і колектор міняються місцями) (Reverse current gain coefficient BR [BR]);

Об'ємний опір бази, Ом (Base ohmic resistance rb [RB]);]

Об'ємний опір колектора, Ом (Collector ohmic resistance rc [RC]);

Об'ємний опір емітера, Ом (Emitter ohmic resistance re [RE]);

Ємність емітерного переходу при нульовій напрузі, Ф (Zero-bias B-E junction capacitance Се [СJE]);

Ємність колекторного переходу при нульовій напрузі, Ф (Zero-bias С- E junction capacitance Cc [CJC]);

Ємність колектор-підкладка, Ф (Substrate capacitance Cs [CJS]);

Час переносу заряду через базу, з (Forward transit time t [TF]);

Час переносу заряду через базу в інверсному включенні, з (Rеvеrs transit t[TR]);

Коефіцієнт плавності емітерного переходу (У-E junction grading coefficient me [ME]);

Коефіцієнт плавності колекторного переходу (З junction grading coefficient me [MC]);

Напруга Ерлі, близьке до параметра Uк max, У (Early voltage VA [VA]);

Зворотний струм емітерного переходу, A (Base-Emitter Leakage Saturation Current Ise[ISE]);

Тік початку спаду посилення по струму, близьке до параметра Iк max , A (Forward Beta High-Current Knee-Point Ikf [IKF]);

Коефіцієнт неідеальності емітерного переходу (Base-Emitter Leakage Emission Coefficient Ne [NE]).

Контактна різниця потенціалів переходу база-колектор, У (З junction potential pc[VJC]).

Контактна різниця потенціалів переходу база-емітер, У (В-І junction potential ре [VJE]).

          Набір параметрів, що задаються, для біполярних транзисторів у EWB 5.0 помітно більше, ніж у EWB 4.1-вони зібрані в п'ятьох вікнах-закладках. Додаткові параметри знаходяться в останніх трьох закладках, одна з яких показана на мал.3. Ці параметри мають наступне призначення:

NF-коефіцієнт неідеальності в нормальному режимі;

NR-коефіцієнт неідеальності в інверсному режимі;

IKR — струм, початку спаду коефіцієнта підсилення струму в інверсному режимі, А;

NC — коефіцієнт неідеальності колекторного переходу;

RBM — мінімальний опір бази при великих струмах. Ом;

IRB — струм бази, при якому опір бази зменшується на 50% від різниці RB-RBM, A;

 XTF— коефіцієнт, що визначає залежність часу TF переносу зарядів через базу від напруги колектор-база;

VTF — напруга колектор-база, при якому починає позначатися його вплив на TF, У;

ITF — струм колектора, при якому починається позначатися його вплив на TF, А;

PTF — додаткове фазове зрушення на граничній частоті транзистора Fгр=1/(2piТF), град.;

VJS — контактна різниця потенціалів переходу колектор-підкладка, У;

MJS — коефіцієнт плавності переходу колектор-підкладка;

XCJC — коефіцієнт розщеплення ємності база-колектор;

FC — коефіцієнт нелінійності бар'єрної ємності прямо зміщених переходів;

EG — ширина забороненої зони, ев;

ХТВ — температурний коефіцієнт підсилення струму в нормальному й інверсному режимах;

XТI — температурний коефіцієнт струму насичення;

КF — коефіцієнт фліккер-шума;

AF- показник ступеня у формулі для фліккер-шума;

TNOM-температура транзистора;

      У програмі EWB використовується модель біполярного транзистора Гуммеля-Пуна.Розглянемо способи виміру основних характеристик біполярних транзисторів.

Рис.3.3 Додаткові параметри біполярних транзисторів.

Рис.3.4 Схема для дослідження ВАХ біполярного транзистора

         Вольтамперні характеристики.Найбільш розповсюдженої і більш простою моделлю (у порівнянні з моделлю Гуммеля-Пуна) біполярного транзистора є модель Еберса-Молда. Відповідно до цієї моделі статичні вхідні і вихідні ВАХ транзистора в схемі з ПРО описуються наступними вираженнями:

Ie=A I'eo-aCI'ko;                (1)

Ik=A aI'eo-CI'ko;               (2)

         де A=exp(Ueb/Ut)-l; C=exp(Ukb/Ut)-l; I'eo=DIeo; D=1-a*a';Ieo,Iko— теплові струми колекторного і емітерного переходів; a,a'— коефіцієнти передачі струму в схемі з ПРО для прямого й інверсного включення транзистора; Ukb, Ueb — напруга на колекторі і емітері щодо бази.         Схема для дослідження ВАХ транзистора показана на мал. 4. Сімейство вихідних ВАХ Ie, f (Ueb) знімається при фіксованих значеннях Ukb шляхом зміни струму Ie і виміру Ueb. Сімейство вихідних ВАХ Ik= f(Ubk) знімається при фіксованих значеннях Ie шляхом зміни напруги Ubk, і виміру Ik.         Модуль коефіциєнта передачі струму |H21э| на високій частоті може бути змінений зі схеми на мал. 5 . Режим по постійному струмі транзистора задається за допомогою джерела струму Ie (5 ма), як джерело вхідного синусоїдального сигналу використовується джерело струму Ii (1 ма, при вимірах частота варіюється в межах від одиниць до десятків МГц), струм бази Ib і колектора Ik виміряється амперметрами в режимі АС. Конденсатор Сb — блокувальний (так називана розв'язка по високій частоті). Модуль коефіцієнта передачі струму |H21э|=Ik/Ib розраховується за показниками амперметрів. Зокрема, при частоті вхідного сигналу 1 МГц він дорівнює, відповідно до показань амперметрів (див. мал. 5), 953/47,8=19,94 (у діалоговому вікні транзистора 2N2904A він установлений рівним 20).

Рис.3.5 - Схема для вимірювання коефіцієнта передачі струму на високій частоті.

На рис.3.6 наведено приклад створення моделей вітчизняних транзисторів:

Model IDEAL NPN : Ідеальній транзистор с іменем IDEAL структури п-р-п.

.model KT361A PNP (Is=23.68f Хti=3 Еg=1.11Vaf=60 Bf°90Ne= 1.206

+ Ise=23.68f Ikf=.1224Xtb=1.5Br=4.387G Nc=1.8 Isc=900p Ikr=20m Rc= 5

+ Cjc=7p Mjc=.333Vjc=.7Fc=.5Cje=10p Mie=.333Vje= .7

+ Tr=130.5n Tf=0.1n Itf=40m Vtt=80Xtf=l.lRb= lO)

 

 

Рисунок 3.6 - Створення моделі транзистора.

.model KT31SA AKO:KT361A NPN (Bf=108 DEV=20% 1 RE=0.1

          +TRE1=1.5 RB=3 TRB1=1.2 TRC1=1.1RBM=2TRM1=1.3)

.model KT3102A NPN (Is=5.258f Xti=3 Eg=l.ll Vaf=86 Bf=185 Ne=7.428

          +Ise=28.2ln Ikf=.4922 Xtb=1.5 Var=2 SBr=2.713 Nc=2 Isc=21.2p.

          + Ikr=.2S Rb=52 Rc=1.6S Cjc=9.921p Vjc=.65 Mjc=.33Fc=.5

          + Cje=11.3p Vje=.69 Mje=.ЗЗ Tr=57.71n Tf=611.5p Itf=.52 Vtf=80Xtf=2)

.model KT3102B NPN (Is=3.628f Xti=3 Eg=l.ll Vaf=72 Bf=303.3 Ne=13.47

          + Ise=43.35n IM-96.35m Xtb=1.5 Var=30 Br=2.201Nc=2Isc=5.5p

          + Ikr=.l Rb=37 Rc=1.12 Cjc=11.02p Vlc=.65 Mjc=.33Fc=.S

          + Cje=13.31p Vje=.69 Mje=.33 Tr=41.67n Tf=493.4p Itf=.12 Vtf=50 Xtf=2)

.model KT3107A PNP (Is=5.2f Xti=3 Eg=l.ll Vaf=86Bf=140Ne=7.4

          + Ise=28n Ilcf=,49 Xtb=1.5 Var=2S Br=2.7 Nc=2 Isc=21p

          + Ikr=.25 Rb=SO Rc=1.65 Cjc=10p Vjc=.6S Mjc=.33Fc=,5

          + Cje=11.3p Vje=.7 Mje=.33 Tr=58n Tf=62p Itf=.52Vtf=80Xtf=2)

.model KT3I07B AKO:KT3107A (Bf=25O)

.model KT312A NPN (Is=21f Xti=3 Eg-1.11 Vat= 126.2 Bf=86.76Ne= 1.328

          + Ise=189f Ikf=.164 Nk=.5 Xtb=1.5 Br=l Nc=l.385 Isc=66.74p Ikr= 1.812

          + Rc=0.897 Rb=300 Cjc=8p Mjc=.29 Vjc=.692 Fc=.S Cje=26.53p Mje=.333

          + Vje=,75 Tr=10nTf=1.743n Itf=l)

Порядок виконання роботи для розробки

Запустіть Electronics Workbench.

Підготуйте новий файл для роботи. Для цього необхідно виконати наступні операції з меню: File/New і File/Save as. При виконанні операції Save as буде необхідно вказати ім'я файлу і каталог, у якому буде зберігатися схема.

Розгляньте схеми на рис. 3-9.

Рисунок 3.7 - Схема для визначення вхідної ВАХ (СЕ).

 Перенесіть необхідні елементи з заданої схеми на робочу область Electronics Workbench. Для цього необхідно вибрати розділ на панелі інструментів (Sources, Basic, Diodes, Transistors, Analog Ics, Mixed Ics, Digital Ics, Logic Gates, Digital, Indicators, Controls, Miscellaneous, Instruments), у якому знаходиться потрібний вам елемент, потім перенести його на робочу область.

Рисунок 3.8 - Схема для визначення вихідної ВАХ (СЕ). 

З'єднайте контакти елементів і розташуйте елементи в робочій області для одержання необхідної вам схеми. Для з'єднання двох контактів необхідно клацнути по одному з контактів лівою кнопкою миші і , не відпускаючи клавішу, довести курсор до другого контакту. У разі потреби можна додати додаткові вузли (розгалуження). Натисканням на елементі правою кнопкою миші можна одержати швидкий доступ до найпростіших операцій над положенням елемента, таким як обертання (rotate), розворот (flip), копіювання/вирізання (copy/cut), вставка (paste).

Рисунок 3.9 - Схема для визначення вихідної ВАХ (СБ).

Проставте необхідні номінали і властивості кожному елементу. Для цього потрібно двічі виконати подвійне натискування лівою кнопкою миші на зображенні елемента.

Коли схема зібрана і готова до запуску, натисніть кнопку включення живлення на панелі інструментів. У випадку серйозної помилки в схемі (замикання елемента живлення накоротко, відсутність нульового потенціалу в схемі) буде видано попередження.

Зробіть аналіз схеми, використовуючи інструменти індикації. Вивід термінала здійснюється подвійним натисканням клавіші миші на елементі. У випадку потреби можна скористатися кнопкою Pause.

При необхідності зробіть доступні аналізи в розділі меню Analysis.

Занесіть пояснення щодо створення схем у звіт.

Зробіть висновки.