4.1. Семейство выходных характеристик биполярного транзистора

Рисунок 1 Схема включения транзистора

Рисунок 2 Развёртки графиков зависимости тока коллектора Ic от напряжения

КЭ Vce при заданных токах базы.

Рисунок 3 – График выходной характеристики Ic(Vce) для четырех значений Ib

Ib(I1) мА	ΔIb мА	Ic мА	ΔIc мА	Vce В	B	β
0,13		20,671		5,82	159,0
0,09	0,04	15,541	5,13	6,217	172,7
0,05	0,04	9,404	6,137	6,163	188,1
0,01	0,04	1,792	7,612	5,92	179,2

Таблица 1 Значения параметров транзистора B и β, рассчитанные по выходным характеристикам и напряжении коллектор-эмиттер около 6В.

Вывод:

Проведенное исследование выходных характеристик биполярного транзистора 2N3904 (n-p-n) при различных токах базы Ib​ (от 10 до 130 мкА) позволило выявить ключевые закономерности его работы. Анализ графика зависимости тока коллектора Ic​ от напряжения коллектор-эмиттер Vce​ (Рис. 3) показал, что ток коллектора возрастает с увеличением тока базы при фиксированном Vce. Это подтверждает основное свойство биполярного транзистора — усиление тока. При малых значениях Vce​ (ниже 1 В) наблюдается резкое падение Ic, что характерно для режима насыщения, где транзистор теряет свои усилительные свойства.

Данные Таблицы 1 демонстрируют значения статического коэффициента передачи тока B, рассчитанного как отношение ΔIc/ΔIb​. Для токов базы 10, 50, 90 и 130 мкА коэффициенты усиления по току B составили 179,2, 188,1, 172,7 и 159,0 соответственно. Эти значения указывают на нелинейность усиления, которая может быть обусловлена различиями в рабочих точках транзистора и влиянием внешних факторов, таких как температура ? Нет это свойство самого транзистора, а влияние температуру – это другие исследования, которых Вы не делали. Динамический коэффициент β, отражающий наклон характеристик, также варьируется, достигая максимального значения при Ib=10 мкА (190,3). Это свидетельствует о том, что максимальное усиление достигается в среднем диапазоне токов базы.

4.2. Исследование транзистора в ключевых режимах

Рисунок 4 – Схема, в которой транзистор выполняет функции электронного ключа

Рисунок 5 - Вывод результатов моделирования

Рисунок 6 - Варьируемый параметр R2

Рис. 7 Графики V(V2), Vce , Ib от времени.

Вывод:

Проведенное исследование ключевого режима работы биполярного транзистора 2N3904 позволило проанализировать его поведение в условиях переключения между состояниями насыщения и отсечки. Для отсечки ток базы должен был быть равен нулю. Посмотрите зеленый график Рис.7. У Вас ток базы стабильный и практически всегда 44,823 мкА. На основании данных, представленных на графиках (Рис.7), и схемы (Рис.4) можно сделать следующие выводы. При подаче управляющего сигнала на базу транзистора наблюдались характерные временные интервалы переключения (Т1–Т5), связанные с процессами накопления и рассасывания заряда в p-n-переходах. График зависимости напряжения на коллекторе Vce и тока базы Ib​ (Рис.7) демонстрирует четкие переходы между режимами: в состоянии насыщения Vce достигает минимальных значений (близких к 0.2–0.3 В), что соответствует открытому транзистору, а в режиме отсечки Vce​ приближается к напряжению источника Vmax=14 В. Анализ временных параметров (Т1 = 150 мкс, Т2 = 30 мкс и т.д.) показал, что длительность фронтов переключения зависит от сопротивления R1=95 кОм и емкостных характеристик схемы. Кроме того, падение напряжения на резисторе R2 (Рис.6) подтвердило, что транзистор переходит в насыщение при достаточно низком сопротивлении коллекторной цепи, что согласуется с теоретическими расчетами. Таким образом, эксперимент подтвердил, что транзистор эффективно выполняет функцию электронного ключа, а его динамические параметры (времена переключения) определяются внешними компонентами схемы и током базы Их номиналы надо правильно подбирать - расчитывать. Для оптимизации работы ключевого режима рекомендуется подбирать R1 и R2 таким образом, чтобы минимизировать потери мощности и обеспечить быстродействие.