ОПрЭКБ лабы / Актуальные методы / 122_Пр_ПР_БЧ_ОП_ЭКБ_ПРАКТИКА_04_ИСПРАВЛЕННАЯ_03_10_2022 (2)

Основы проектирования ЭКБ

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭКБ

4. Моделирование работы БП-транзистора.

Расчет зависимости коэффициента усиления тока в схеме с ОЭ от режима работы

Транзистор как нелинейный элемент описывается вольтамперными характеристиками. Характеристики транзистора зависят от схемы включения. Различают три характеристики транзистора:

- входная, зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер I_б(U_бэ);

- передаточная, зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер I_к(U_бэ);

- семейство выходных характеристик, зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном значении тока баз I_к(U_кэ).

Часто транзистор можно рассматривать как линейный усилитель. Это справедливо в рабочей точке, в окрестности которой осуществляется управление малым сигналом. Рабочая точка транзистора определяется постоянными значениями напряжений база-эмиттер U_бэА, коллектор-эмиттер U_кэА, тока коллектора I_кА.

Как известно, коллекторный ток пропорционален току базы. Отношение тока коллектора к току базы β =I_к/I_б называется статическим или интегральным коэффициентом усиления транзистора. Для многих практических случаев его можно считать постоянным. Однако в действительности его величина зависит от тока коллектора (рисунок 1).

Рисунок 1 – Зависимость коэффициента усиления

транзистора от тока коллектора

Для получения зависимости сначала выполняется расчёт передаточной характеристики для базового тока и выходной характеристики для коллекторного тока. Затем строится зависимость от тока коллектора.

Формат задания параметров БП-транзистора:  QXXXXXXX NC NB NE <NS> MNAME <AREA> <OFF> <IC=VBE,VCE> <TEMP=T> (рисунок 2).

vie, vib – это вольтметры, которые используются в режиме амперметра.

vb – источник напряжения на базе транзистора;

vce – источник напряжения на коллекторе.

Транзистор npn-типа q1 описывается моделью “gp” Эбберса-Молла (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Задание начальных параметров

моделирования в AIM-Spice для транзистора,

описываемого моделью Эбберса-Молла

Необходимо провести DC анализ, в котором следует сделать “свип” по напряжению на базе транзистора (рисунок 3).

Рисунок 3

После чего нажатия кнопки Run появится окно (рисунок 4), которое можно закрыть.

Рисунок 4

Далее необходимо в меню Control программы AIM-Spice выбрать Select Device Parameters to Plot (рисунок 5), где отметить два параметра – ток базы и ток коллектора транзистора (рисунок 6).

Рисунок 5

Затем необходимо запустить расчет, в результате которого получатся зависимости тока базы и тока коллектора, представленные на рисунке 6.

Рисунок 6

Полученные зависимости необходимо сохранить (рисунок 7), после чего закрыть программу AIM-Spice и открыть модуль AIM-Postprocessor.

Рисунок 7 – Сохранение в выбранную папку полученных

на предыдущем шаге графиков

В программе AIM-Postprocessor необходимо выбрать сохраненный файл через меню Open an existing Data File (рисунок 8).

Рисунок 8 – Открытие ранее сохраненного файла

Далее необходимо выбрать желаемый файл в меню программы AIM-Postprocessor (рисунок 9).

Рисунок 9

В появившемся окне (рисунок 10) необходимо ввести выражение – модуль отношения тока коллектора к току базу – abs(ic(q1)/ib(q1)), после чего нажать на клавишу Add Expression, а затем на клавишу New Plot. В результате должен получиться график, представленный на рисунке 11.

Рисунок 10

Рисунок 11

Полученный график необходимо преобразовать, для этого через главное меню программы AIM-Postprocessor выбрать Graph  X-Аxis Expression – по оси абсцисс выбрать модуль тока коллектора, нажать Add Expression, а затем кнопку ОК (рисунок 12).

Рисунок 12

Далее необходимо нажать правой кнопкой мыши по полученному графику и в появившемся меню выбрать формат графика по оси ОХ, в котором задать логарифмическую шкалу по оси абсцисс и сетку (рисунок 13).

Рисунок 13

Затем необходимо изменить параметры оси ОY – задать максимальное значение шкалы, равное 125, с шагом 25 (рисунок 14).

Рисунок 14

В результате необходимо получить график, представленный на рисунке 15 (с соответствующими подписями осей, шрифтами, цветом и толщиной линии зависимости коэффициента β, сеткой и т.д.).

Рисунок 15

На втором этапе необходимо использовать модель транзистора Гуммеля-Пуна, для чего следует добавить ещё два параметра к модели Эбберса-Молла: Vaf = 74.03 и Ikf = 0.02385 (см. рисунок 2) и проделать операции согласно указаниям выше. В результате получится зависимость коэффициента усиления БП, представленная на рисунке 16.

Рисунок 16 – Зависимость коэффициента усиления β от

тока коллектора БП для модели Гуммеля-Пуна

В выводе по лабораторной работе необходимо сравнить две рассмотренные модели биполярного транзистора – Гуммеля-Пуна и Эбберса-Молла, сравнить их и объяснить, чем обусловлено отличие зависимости коэффициента усиления β транзистора от тока коллектора для этих моделей.

9