5. Расчёт вах интегрального биполярного транзистора.

Цель работы: расчет и построение семейства выходных и входных ВАХ интегрального биполярного транзистора на основе модели Эберса-Молла и исходных данных, указанных в варианте задания.

Основные теоретические положения:

Рис. 10. – Схематическое изображение биполярного транзистора n-p-n и p-n-p типов соответсвенно.

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими р-n-переходами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Наиболее широко распространенными являются биполярные транзисторы с двумя p-n-переходами. Они могут быть p-n-p- и n-p-n-типов.

Различают три основных режима работы биполярного транзистора: активный, отсечки, насыщения:

1. Режим глубокой отсечки: оба перехода транзистора смещены в обратном направлении с помощью внешних напряжений. Режим глубокой отсечки характеризует запертое состояние транзистора, в котором его сопротивление максимально, а токи электродов минимальны. Этот режим широко используется в импульсных устройствах, где биполярный транзистор выполняет функцию электронного ключа.

2. Режим насыщения: оба p-n-перехода транзистора с помощью приложенных внешних напряжений смещены в прямом направлении. При этом падение напряжения на транзисторе минимально и составляет десятки милливольт. Режим насыщения возникает тогда, когда ток коллектора транзистора ограничен внешними параметрами источника питания, а параметры внешнего источника сигнала таковы, что ток эмиттера существенно больше максимального значения тока в коллекторной цепи. Тогда коллекторный переход оказывается открытым, падение напряжения на транзисторе минимально и не зависит от тока эмиттера.

3. Активный режим: один из переходов биполярного транзистора смещен в прямом направлении приложенным к нему внешним напряжением, а другой – в обратном направлении. В нормальном активном режиме в прямом направлении смещен эмиттерный переход. Обратное включение транзистора называется инверсным.

Схемы включения биполярного транзистора включают в себя: с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором.

Рис. 11. – Схемы включения а)с общей базой (n-p-n), б) с общим эмиттером (n-p-n), в)с общей базой (p-n-p), г)с общим эмиттером (p-n-p).

Модель Эберса-Молла – описывает процессы в активной области транзистора, т. е. процессы взаимодействия переходов без учета сопротивлений слоев, учет которых существенно усложняют систему уравнений Эберса – Мола.

Рис. 12. – Схематическая модель Эберса-Молла.

Уравнения описывающую данные модель выводятся благодаря уравнениям Кирхгоффа, составляющими которой являются токи базы, эмиттера и коллектора, выраженные следующим образом:

Иделизировання ВАХ эмиттерного перехода:

Благодаря некоторым математическим операциям получим выражения для оценки выходных характеристик биполярного транзистора:

Текст программы и результаты метода:

clear all;

close all;

clc;

T=300;

k=1.38e-23;

q=1.6e-19;

fi=(k*T)/q;

Ik0=3e-9;

Uk=linspace(-0.6,3);

Ie=0:3;

an=0.99;

for i=1:length(Uk)

for j=1:length(Ie)

Ik(i,j)=an*Ie(j)-Ik0*(exp(-Uk(i)/fi)-1);

end

end

plot(Uk,Ik,'LineWidth',2);

xlabel('Collector voltage, V','FontSize', 14)

ylabel('Collector current, mA','FontSize', 14)

grid on

ylim([-0.6 max(max(Ik))*1.1])

legend('I_e=0mA','I_e=1mA','I_e=2mA','I_e=3mA')

Рис. 13. – Выходная характеристика биполярного транзистора с заданными параметрами.