Лабораторная работа №1 исследование полупроводниковых транзисторов Введение

Аналоговая и цифровая электроника, начиная со своего рождения, развивалась гигантскими темпами. Разрабатывались и разрабатываются новые схемотехнические решения, которые воплощаются в окружающем нас мире бытовой техники и электронных средств специального назначения. Увеличивается степень интеграции и усложняются связи внутри функционального узла и между ними. Тем не менее, одно осталось неизменным. В основе любого самого сложного электронного или микроэлектронного устройства лежит транзистор.

Изучение параметров транзистора и типичных схем включения является важнейшим этапом обучения инженера для последующего проектирования и анализа схем более сложных функционально законченных устройств. Более того, цифровая и аналоговая электроника принадлежит к той области технических наук, в которых процесс познания требует неразрывной связи теоретического анализа и экспериментальных исследований.

Сегодня стало совершенно очевидно, что анализ и экспериментальное исследование процессов в электронике невозможны без применения компьютера и специальных программ. Поэтому лабораторная работа по курсу «Математическое моделирование электронных цепей» предусматривает использование для проведения экспериментов компьютеров. Все опыты проводятся с помощью программного продукта Electronics Workbench 5.12, позволяющего моделировать работу электрической схемы с возможность получения входных и выходных характеристик транзистора в виде числовых значений и графиков.

1. Цель работы

1. Исследовать входные и выходные характеристики биполярного транзистора.

2. Получить навыки расчёта параметров рабочей точки в транзисторных каскадах.

3. Исследовать работу транзистора в режиме малого сигнала.

4. Получить практические навыки проведения экспериментальных исследований с помощью персонального компьютера и соответствующих программных средств.

2. Краткие теоретические сведения

Биполярный транзистор характеризуется набором электрических и статических параметров. Наиболее важными электрическими параметрами транзистора, которые используются при проектировании схем, являются: дифференциальное входное и выходное сопротивления, статический и динамический коэффициент передачи тока, распределенные сопротивления областей транзистора. Рассмотрим указанные параметры подробнее.

Схема включения транзистора для измерения электрических параметров показана на рис.1. Статический коэффициент передачи тока опреде­ляется как отношение тока коллектора I_К к току базы I_Б:

_DC = I_К/I_Б. (1)

Коэффициент передачи тока _AC определяется отношением приращения I_К коллекторного тока к вызывающему его приращению I_Б базового тока:

_AC = I_К/I_Б. (2)

Дифференциальное входное сопротивление r_ВХ транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению I_Б тока базы:

. (3)

Дифференциальное входное сопротивление r_ВХ транзистора в схеме с ОЭ через параметры тран­зистора определяется следующим выражением:

r_ВХ = r_Б + _ACr_Э, (4)

г

Рис.1

деr_Б – распределенное сопротивление базовой области полупроводника, r_Э – дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения:

r_Э = 25/I_Э, (5)

где I_Э – постоянный ток эмиттера в миллиамперах.

Поскольку первое слагаемое в выражении (4) много меньше второго, поэтому им можно пренебречь:

r_ВХ  _ACr_Э. (6)

Дифференциальное сопротивление r_Э перехода база-эмиттер для биполярного транзистора сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением r_ВХОБ транзистора в схеме с общей базой (ОБ), которое определяется при фиксированном значении напряжения база-коллектор. Оно может быть найдено как отношение приращения U_БЭ к вызванному им приращению I_Э тока эмиттера:

. (7)

Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:

r_ВХОБ = (r_Б/_AC) + r_Э. (8)

Ввиду того, что первое слагаемое пренебрежительно мало по отношению ко второму, выражение (8) можно переписать следующим образом:

r_ВХОБ  r_Э. (9)