Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

621.3 № 3288

О-753

ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Методические указания к лабораторным работам № 1–4 по курсу «Микроэлектроника» для студентов III курса факультета РЭФ дневного отделения (специальностей: «Промышленная электроника», «Электронные приборы иустройства», «Микроэлектроника итвердотельная электроника», «Физическая электроника»)

НОВОСИБИРСК

2007

УДК 621.3.049.77(076.5)

О-753

Составили:

канд. техн. наук, доц. С. В. Брованов,

канд. техн. наук, доц. В. В. Кожухов,

канд. техн. наук, доц. В. В. Орлик,

канд. техн. наук, доц. И. А. Баховцев

Рецензент канд. техн. наук, проф. Е. А. Подъяков

Работа выполнена на кафедре промышленной электроники

 Новосибирский государственный

технический университет, 2007

Лабораторная работа № 1исследование электронных ключей на биполярных транзисторах

Цель работы. Изучение режимов работы биполярного транзистора, составляющего основу электронного ключа; исследование динамических процессов в электронном ключе и методов коррекции этих процессов.

1. Теоретические сведения

В процессе переключений электронного ключа из закрытого состояния в открытое и обратно транзистор может находиться в одном из трех состояний: закрытом, активном и насыщения. Рассмотрим динамические параметры, характеризующие поведение транзистора во всех этих режимах.

Задержка включения транзистора

При отпирании транзистора включающим током базы наблюдается задержка его включения (рис. 1.1). Последнее объясняется тем, что эффективная инжекция неосновных носителей из эмиттера в базу начинается не мгновенно, а после достижения такого напряжения на переходе база–эмиттер, которое приводит к существенному изменению тока коллектора транзистора [1, 2]. Примем за это напряжение величину[3].

Рис. 1.1

Полная расчетная схема на этапе задержки включения показана на рис. 1.2, где – барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов. Так как в большинстве реальных схем выполняется соотношение, то коллектор можно по переменному току закоротить с эмиттером через; таким образом, схему можно упростить, представив ее в виде эквивалентной схемы рис. 1.3, где– внутреннее сопротивление источника;– внутреннее сопротивление базы транзистора.

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Напряжение в схеме рис. 1.3 изменяется во времени по экспоненте. Учитывая это, целесообразно привести общую формулу для определения временного интервала(рис. 1.4), справедливую как для возрастающей, так и для спадающей экспоненты [2, 4]:

.

Рис. 1.4

Приняв следующие обозначения: ,,,, можно записать соотношение для времени задержки включения (задержки фронта) транзистора

.

Например: 1) ,,,В,, следовательно,.

2) ,,,,, следовательно,.

Формирование фронта переключения транзистора

Частотные свойства транзистора, включенного по схеме ОЭ, в активном режиме определяются в основном инерционностью процесса распространения подвижных носителей в базе и влиянием барьерной емкости коллекторного перехода в результате взаимодействия ее с сопротивлением в коллекторной цепи транзистора [2].

Инерционность процесса распространения подвижных носителей в базе при расчетах может быть учтена двумя способами: введением диффузионной емкости эмиттерного перехода иличастотно-зависимого коэффициента передачи по току.

При инженерных расчетах зависимость коэффициента передачи по токуаппроксимируется функцией однополюсника (рис. 1.5).

Рис. 1.5

,

.

–частота среза – частота, при которой уменьшается враз.

–частота среза – частота, при которой уменьшается враз.

–частота, на которой коэффициент усиления =1, т.е. транзистор перестает усиливать базовый ток при включении с ОЭ.

Переходя от частотной зависимости к временной, можно записать

.

С учетом (3) ток коллектора на этапе формирования фронта можно записать

,

где ,.

Полагая, что ,,, то с учетом (1) можно записать

.

Выражение (5) определяет время фронта с учетом инерционности подвижных носителей, однако в большей степени на величину времени фронта влияют параметры внешних цепей.