2.2.2 Моделирование выходных характеристик в схеме с общим эмиттером
а) Построение схемы
Выходные характеристики устанавливают взаимосвязь между током коллектора и напряжением коллектор-эмиттер при фиксированном токе базы. В отличие от входных в выходных характеристиках может присутствовать произвольное количество графиков, соответствующих разным значениям тока базы. Обычно шаг изменения тока базы устанавливается фиксированным.
Для моделирования выходных характеристик используется представленная выше схема (рис. 2.13).
б) Моделирование выходных характеристик
Используется также анализ по постоянному току DC. В окне DC Analysis Limits необходимо указать новые значения параметров (рис. 2.16). В строке Variable 1 устанавливаем: Method=Auto, имя переменной Name=V1, диапазон изменения переменной Range=10,0. В строке Variable 2: Method=Linear, имя переменной Name=I1, диапазон изменения переменной (в миллиамперах) Range=0.5m, 0.0001m, 0.1m. Параметры графиков задаем в одной строке в нижней части окна DC Analysis Limits: Р=1, X Expression=Vce(Q1) (напряжение коллектор–эмиттер), Y Expression=Ic(Q1) (ток коллектора), X Range=Auto, Y Range=Auto. Нажимаем кнопку Run.
На рис. 2.17 представлено семейство выходных характеристик.
В случае, если
необходимо вывести результаты анализа
в численном виде, например, с целью
последующего расчета h-параметров
транзистора, перед проведением анализа
в окне DC Analysis
Limits в строке
параметров графиков необходимо нажать
кнопку
,
следующую за кнопкой, определяющей цвет
графика. В этом случае в памяти машины
сохраняются результаты расчета точек
каждого графика. Число точек задается
в окне Number of
points. По окончании
анализа для вывода результатов на экран
необходимо нажать такую же кнопку на
панели инструментов экрана. Переход на
предыдущий экран осуществляется кнопками
File, Clouse.
Выходные характеристики транзистора могут быть выведены на экран без использования схемы на рис. 2.13. Для этого в программе Micro Cap в окне NPN, которое открывается при выборе типа транзистора, необходимо нажать кнопку Plot.
|
Рисунок 2.16 – Вид окна панели ограничение анализа |
|
Рисунок 2.17 – Выходные ВАХ транзистора
|
2.2.3 Задание на моделирование
1. Изучить принцип работы биполярного транзистора и его статические вольт-амперные характеристики в схеме с общим эмиттером.
2. Воспроизвести примеры моделирования и объяснить результаты.
3. Исследовать влияние коэффициента усиления по току BF транзистора на выходные характеристики.
2.3 Содержание отчета
Составьте отчет по лабораторной работе, в котором изложите цель работы, по пунктам: название, исследуемую схему в редакторе программы Micro-Cap, ограничения анализа, результаты моделирования схемы, выводы.
2.4 Контрольные вопросы
1. Как располагаются между собой области полупроводника в БТ n-p-n и p-n-p типов? Какое требование к геометрии БТ предъявляется?
2. Нарисуйте и поясните конструкции сплавного и планарного БТ. Перечислите их достоинства и недостатки.
3. По какому критерию определяют режим работы БТ? Какие режимы используют на практике?
4. Какими критериями определяется схема включения БТ? Какие электроды БТ могут быть входными и выходными для сигналов?
5. Поясните принцип работы БТ в отсечке. Какие носители создают обратные токи эмиттера и коллектора?
6. Поясните принцип работы БТ в активном режиме. Как соотносятся между собой токи эмиттера, базы и коллектора?
7. За счет каких свойств возникает эффект усиления мощности в БТ?
8. Какими параметрами характеризуются усилительные свойства БТ? Какие значения оно имеют?
9. В какой схеме и при каких условиях возникает режим насыщения БТ?
10. Поясните принцип работы БТ в насыщении.
11. Что такое коэффициент насыщения и какие значения он может принимать?
12. Нарисуйте и поясните схему для снятия ВАХ БТ с общим эмиттером. Нарисуйте графики входных и выходных ВАХ.
13. Нарисуйте схему малосигнальной физической модели БТ и поясните ее составляющие.
14. Как определяются h-параметры БТ? Нарисуйте схему модели БТ как линейного четырехполюсника.
15. Для каких режимов БТ применяются малосигнальная физическая и модель БТ в виде линейного четырехполюсника?
16. Как графически определяют h-параметры БТ?
17. Перечислите и поясните предельные параметры БТ.
Работа 3
КЛЮЧИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Цель работы: изучение принципа работы, свойств и модификаций ключей на биполярных транзисторах по схеме с общим эмиттером.
3.1 Теоретические сведения
3.1.1 Общие сведения о ключах
Ключ – это электронное устройство, предназначенное для коммутации (замыкания и размыкания) электрической цепи. Из всего многообразия ключей в цифровой технике наибольшее распространение получили ключи, функциональная схема которых представлена на рис. 3.1, а.
|
|
а) |
б) |
Рисунок. 3.1 – Функциональные схемы электронных ключей |
|
Ключ содержит
источник питания
,
резистор
,
управляемый ключевой элемент
,
входную цепь, подключаемую к источнику
управляющего напряжения
,
и выход, с которого снимается выходное
напряжение
.
Под действием управляющего напряжения,
которое может принимать два значения
– низкого
или высокого
уровней, ключевой элемент может находиться
в разомкнутом или замкнутом состояниях.
Первое состояние называют закрытым
состоянием ключа, второе – открытым.
В закрытом состоянии цепь источника
питания ключа разомкнута, и на выходе
присутствует высокий уровень напряжения
;
в открытом состоянии цепь замкнута, и
за счет малого сопротивления ключевого
элемента по сравнению с сопротивлением
на выходе наблюдается низкий уровень
напряжения
В.
В реальных схемах
ключей в качестве ключевого элемента
применяют биполярный транзистор.
Простейший ключ на БТ показан на рис.
3.1, б. При низком уровне напряжения на
входе
В БТ находится в отсечке, ключ закрыт,
на выходе присутствует высокий уровень
напряжения
;
при высоком уровне на входе
БТ находится в насыщении, ключ открыт,
на выходе присутствует низкий уровень
В. Таким образом, простейший ключ
осуществляет инверсию выходного
напряжения по отношению к входному. В
цифровых схемах, где низким и высоким
уровнями напряжений кодируют ноль и
единицу, ключ выполняет логическую
функцию НЕ.