Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника. Моделирование вольт-амперных характеристик биполярных транзисторов. Практикум
.pdf
41
Выбор необходимых для исследования токов и напряжений осуществля-
ется с виртуальной передней панели прибора. Для ее активации следует щелкнуть 2 раза левой кнопкой мышки по изображению прибора ― раскроется виртуальная передняя панель этого прибора (рис. 47).
Рис. 47. Передняя панель прибора
По умолчанию при открытии передней панели в окошке типа транзистора
(Device Type) будет видна структура NPN. При исследовании транзистора со
структурой переходов p-n-p необходимо нажать левой кнопкой мышки на значок треугольника (красная стрелка на рис. 47) и в открывшемся списке выбрать
позицию PNP (рис. 48).
Рис. 48. Смена типа проводимости транзистора
42
Выходные вольтамперные характеристики транзистора представляют собой зависимости коллекторного тока от напряжения между коллектором и
эмиттером при разных токах базы, т. е. описываются уравнением IК(U
) при
КЭ
IБ = const. Отсюда видно, что переменными параметрами является ток базы и
напряжение между коллектором и эмиттером. Для их установки на передней
панели прибора имеются два окна: окно установки изменения параметров коллекторного напряжения V_CE Sweep и окно установки изменения параметров
тока базы I_B Sweep. Из обозначений на приборе понятно, что они задают пределы изменения напряжения и тока от минимального (Start) до максимального
(Stop) значений, а также шаг изменения (Increment).
Эти значения в программе Multisim могут задаваться произвольно. Одна-
ко в реальных измерениях имеется риск выхода транзистора из строя, если эти
параметры будут превышать предельные для испытуемого транзистора. Поэтому, исследуя виртуальный транзистор, следует постоянно помнить о предельных значениях токов, напряжений и рассеиваемой мощности исследуемого
транзистора. Для этого, как указывалось ранее, необходимо предварительно
определить эти предельные значения, помнить их и всегда придерживаться
этих ограничений даже для виртуальных измерений. Такой подход формирует у
обучающихся навыки вдумчивого, осторожного исследования любых элемен-
тов анализируемого устройства.
Для транзистора 2N3020, взятого в качестве примера, можно по имеющемуся справочному материалу определить наиболее важные его параметры:
‒ структура - n-p-n;
‒ напряжение коллектор ― эмиттер, не более: 80 В;
‒ напряжение коллектор ― база, не более: 140 В;
‒ напряжение эмиттер ― база, не более: 7 В;
‒ ток коллектора, не более: 1 А;
‒ рассеиваемая мощность коллектора, не более: 0,8 Вт;
‒ коэффициент усиления транзистора по току (h
): от 40 до 120.
21Э
Опираясь на эти данные, следует правильно задать параметры для моде-
лирования выходных характеристик выбранного транзистора.
Напряжение коллектор ― эмиттер. Его можно задать изменяющимся от
нуля, до максимального значения в 80 В. Однако из практики известно, что не
следует использовать транзистор (как и другие радиоэлементы) на предельных
режимах, а использовать небольшой запас, например в (10…20) %. Поэтому в
качестве максимального значения целесообразно для выбранного транзистора
выставить напряжение, например 60 В. Шаг изменения напряжения (Increment)
43
от минимального (0 В) до максимального (60 В) можно выбрать небольшим,
БЭ21
IhI
К
0066,0
120
8,0
МАКСЭ21
МАКСК
h
I
I
МА КСБ
например в 10…20 раз меньше диапазона изменения. Чем меньше будет выбран
шаг изменения, тем более точными и гладкими получатся вольтамперные ха-
рактеристики. Примем его равным 1 В.
Ток базы. Минимальное значение можно принять равным нулю. Что касается максимального, то его следует выбрать таким, чтобы ток коллектора транзистора не превысил предельного значения, в данном примере ― 1 А. И его тоже желательно использовать не по максимальному значению, а с некоторым запасом. Примем для расчета 0,8 А. Выше уже было отмечена связь между токами транзистора:
.
Разумно принять наихудший вариант, который может вывести реальный
транзистор из строя, а именно максимальное значение коэффициента усиления
транзистора по току, т. е. h
21Э МАКС
= 120, и, исходя из этого, рассчитать макси-
мально возможный ток базы:
А.
Шаг изменения тока базы (Increment) будет зависеть от того, какое коли-
чество вольтамперных характеристик необходимо иметь при фиксированных
токах базы. Например, при изменении тока базы от 0 до 6 мА можно выбрать
шаг в 2 мА. И тогда при моделировании будем иметь четыре выходных вольтамперных характеристики при токах базы 0, 2, 4 и 6 мА.
В соответствии с приведенными рассуждениями исходные параметры для
моделирования выходных вольтамперных характеристик установлены на пане-
ли прибора BJT Analyzer (рис. 49).
44
Рис. 49. Исходные параметры для моделирования
Таким образом, подготовлены схема и параметры для определения выходных характеристик транзистора. При активации моделирования кнопкой
Пуск (или F5) результаты моделирования выходных характеристик будут
отображены графически на экране анализатора, выделенные разными цветами
(рис. 50).
Рис. 50. Выходные характеристики транзистора
45
Как и планировалось, получены четыре характеристики, каждая из кото-
рых соответствует четырем фиксированным токам базы: 0 ― 0,002 ― 0,004 ―
0,006 А.
Числовые значения и соответствующие им характеристики видны на ин-
дикаторе Plots в правой части передней панели прибора. Эта часть на панели
позволяет работать с графическими изображениями выходных характеристик:
если нажать правой кнопкой мышки на изображение соответствующей кривой,
то раскрывается меню (рис. 51, красная стрелка).
Рис. 51. Меню кнопок индикатора Plots
Построенные характеристики часто нужны не только для того, чтобы
сделать визуальную оценку того или иного параметра, но и для дальнейшего их
использования в расчетах, построениях и т. п. В частности, они необходимы
для построения нагрузочных линий по постоянному и переменному току тран-
зистора в усилительных схемах, а для этого они должны быть представлены в
формате, доступном для дальнейших исследований. Программа позволяет осуществить экспорт числовых значений тока коллектора и напряжения между
коллектором и эмиттером в Excel, причем для каждой характеристики в от-
дельности. Например, для выходной характеристики при токе базы в 4 мА
фрагмент данных, перенесенных в Excel, будет выглядеть так, как это показано
на рис. 52.
46
Имея числовые данные в Excel, несложно построить выходные характеристики.
Рис. 52. Фрагмент значений модели ВАХ в Excel
Рис. 53. Выходная характеристика, построенная средствами Excel
Аналогичным путем можно перенести в Excel все числовые данные моде-
лирования выходных характеристик и построить в одних координатах все ха-
рактеристики. В данном примере их четыре (рис. 54).
47
Рис. 54. Семейство выходных характеристик транзистора 2N3020
Следует обратить внимание, что выходная характеристика, соответствующая нулевому току базы, располагается практически по оси напряжений, поскольку, как и подтверждается строгой теорией, при нулевом токе базы коллек-
торный ток крайне мал, и поэтому его невозможно отобразить в выбранном
масштабе оси тока. Более того, этот ток настолько мал, что им часто прен е-
брегают.
3. Лабораторная часть
3.1. Установить в окне программы Multisim прибор LabVIEW для измере-
ния ВАХ биполярного транзистора.
3.2. В соответствии с индивидуальным заданием (см. приложение) вы-
брать транзистор и подключить его к прибору для измерения ВАХ.
3.3. Установить электрические параметры для моделирования ВАХ.
3.4. Перенести полученные параметры ВАХ в Excel.
3.5. Построить выходные ВАХ транзистора.
4. Контрольные вопросы
1. Какие характеристики транзистора можно исследовать с помощью при-
бора «BJT Analyzer»?
48
2. Что расположено на передней панели прибора «BJT Analyzer»?
3. Объясните назначение органов управления прибором «BJT Analyzer».
4. Установите параметры прибора «BJT Analyzer» для исследования задан-
ного преподавателем типа транзистора.
5. Проведите моделирование вольт-амперных характеристик транзистора,
заданного преподавателем.
6. Переместите данные одной из исследованных характеристик в Excel.
7. Постройте в Excel выделенную для анализа ВАХ.
49
ЛИТЕРАТУРА
1. Степаненко, И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных
схем. — 4-е изд., перераб. и доп / И. П. Степаненко. — Москва : Энергия,
1977. ― 671 с.
2. Лоскутов, Е. Д. Схемотехника аналоговых электронных устройств :
учебное пособие / Е. Д. Лоскутов. — Саратов : Вузовское образование, 2016. —
264 c. — ISBN 2227-8397. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная
система IPR BOOKS : [сайт]. — URL: http://www.iprbookshop.ru/44037.html (дата обращения: 16.07.2020). — Режим доступа: для авторизир. пользователей.
3. Орлова, М. Н. Схемотехника : курс лекций / М. Н. Орлова, И. В. Борзых. — Москва : ИД МИСиС, 2016. — 83 c. — ISBN 978-5-87623-981-5. —
Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS :
[сайт]. — URL: http://www.iprbookshop.ru/64201.html (дата обращения:
16.07.2020). — Режим доступа: для авторизир. пользователей.
4. Хернитер, Марк Е. Электронное моделирование в Multisim / перевод с
английского А. И. Осипов. ― Москва : ДМК Пресс, 2010. ― 488 с.
5. Егоров, Е. Н. Применение программного прикладного пакета Multisim
для моделирования радиофизических схем / Е. Н. Егоров, И. С. Ремпен. 2008.
24 с. — https://www.sgu.ru/sites/default/files/textdocsfiles/2015/02/16 /01_multi
sim.pdf.
6. Multisim. Руководство пользователя. National Instruments Corporation.
January 2007. 374483А-01. ― 491 с.
7. Транзисторы для аппаратуры широкого применения : справочник /
К. М. Брежнева, Е. И. Гантман, Т. И. Давыдова [и др.] ; редактор
Б. Л. Перельман. ― Москва : Радио и связь, 1981. ― 656 с.
50
ПРИЛОЖЕНИЕ
№ по списку
Транзистор
1
2N2219
2
2N4400
3
2N5086
4
2N2369
5
2N5086
6
2N2904
7
2N3055
8
2N3250
9
2N5210
10
2N5401
11
2N6515
12
2N3903
14
2N6520
15
2N4123
16
2N6546
17
2N5672
18
2N4126
19
BC237B
20
BC547A
21
BC635
22
BC556A
23
BC557A
24
BD137
25
BD237
26
BD536
27
BD242B
28
BF422
29
MJE340
Транзисторы для лабораторных исследований
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]