Московский государственный институт электроники и математики
(Технический университет)
Кафедра электроники и электротехники
Изучение статических вольт-амперных характеристик биполярного транзистора и определение параметров его модели для схемотехнических расчетов.
Изучение статических вольт-амперных характеристик МДП для схемотехнических расчетов.
Выполнили:
группа С-41
Руководитель Орехов Е.В.
Москва
2010
Цели работы.
Экспериментальное исследование входных и выходных ВАХ биполярного транзистора; приобретение навыков определения параметров схемотехнической модели Гуммеля-Пуна биполярного транзистора по результатам измерения его ВАХ. Изучение статических ВАХ МДП транзистора; изучение способов и определение параметров его модели для схемотехнических расчетов; приобретение навыков работы с полупроводниковыми приборами. Приобретение навыков расчета схем с помощью программы схемотехнического анализа РSPICE.
Биполярный транзистор.
Выходная характеристика.
|
IБ=30 мкА |
|
IБ=50 мкА |
|
IБ=70 мкА |
|||
|
UКЭ, В |
IК, мА |
UКЭ, В |
IК, мА |
UКЭ, В |
IК, мА |
||
|
3,75 |
3,02 |
2,84 |
4,97 |
|
1,85 |
6,90 |
|
|
3,27 |
2,99 |
2,31 |
4,93 |
1,52 |
6,85 |
||
|
2,78 |
2,96 |
1,81 |
4,87 |
1,23 |
6,79 |
||
|
2,24 |
2,93 |
1,318 |
4,82 |
1,08 |
6,75 |
||
|
1,74 |
2,88 |
0,71 |
4,72 |
0,81 |
6,69 |
||
|
1,25 |
2,83 |
0,522 |
4,70 |
0,62 |
6,67 |
||
|
0,71 |
2,80 |
0,410 |
4,65 |
0,51 |
6,63 |
||
|
0,50 |
2,78 |
0,36 |
4,53 |
0,45 |
6,55 |
||
|
0,40 |
2,76 |
0,314 |
4,27 |
0,41 |
6,45 |
||
|
0,35 |
2,73 |
0,262 |
3,56 |
0,36 |
6,21 |
||
|
0,29 |
2,65 |
0,225 |
2,77 |
0,30 |
5,51 |
||
|
0,24 |
2,36 |
0,185 |
1,85 |
0,245 |
4,13 |
||
|
0,20 |
1,72 |
0,149 |
1,21 |
0,219 |
3,29 |
||
|
0,15 |
1,00 |
2,84 |
4,97 |
1,85 |
6,90 |
||
Построим
семейство характеристик
,
где параметр - это ток базы
.
Определим сопротивление коллектора для ветви характеристики, соответствующей наибольшему току базы, по формуле:
,
где
и
―
приращения напряжения и тока в области
малых токов и напряжений.
О
∆Iк
Iб ∆Uкэ
и
– изменение напряжения и тока в области
больших напряжений.
- значение тока коллектора,
в котором берется приращение
.
Входная характеристика.
|
Iб,мА |
Uбэ, В |
Iк, мА |
|
10 |
0,585 |
0,98 |
|
20 |
0,608 |
2,08 |
|
30 |
0,621 |
3,22 |
|
40 |
0,631 |
4,43 |
|
50 |
0,638 |
5,61 |
|
60 |
0,645 |
6,76 |
|
70 |
0,65 |
7,72 |
|
80 |
0,655 |
8,36 |
|
90 |
0,658 |
8,58 |
|
100 |
0,66 |
8,76 |
Построим в
логарифмическом масштабе зависимости
и
.
Для определения
параметров
,
выбирается участок
,
на котором зависимость тока от напряжения
является экспоненциальной (еще нет
влияния сопротивлений). На графике,
построенном в логарифмическом масштабе,
это будет линейный участок с наибольшей
крутизной. На этом участке выбираются
две точки, максимально отстоящие одна
от другой.
О
пределим
ток насыщения и коэффициент неидеальности.
Для этого необходимо решить систему
уравнений:
Где значения тока и напряжения берутся на участке, где зависимость тока от напряжения является экпоненциальной.
Решая эту систему (для этого воспользуемся программой MathCad), получаем:
Зная значения тока насыщения и коэффициента не идеальности, найдем сопротивление базы и коэффициент усиления:
По полученной
ВАХ определим коэффициент усиления
.
|
|
|
|
0,15 |
13,80 |
|
0,2 |
39,29 |
|
0,3 |
85,11 |
|
0,45 |
27,10 |
|
0,63 |
14,25 |
|
0,66 |
14,55 |
|
0,68 |
16,21 |
|
0,7 |
19,23 |
|
0,7355 |
21,70 |
Расчет входных и выходных характеристик с использованием программы LTspice IV
lab
ib 0 2 30u
vc 3 0 5
q1 3 2 0 kt
.model kt npn (is=4.42e-13 bf=85.11 vaf=50 nf=1.06 rb=70 rc=30)
.dc vc 0 5 10m ib 30u 70u 20u
.probe
.end
lab
vc 3 0 3
vb 1 0 1
q1 3 1 0 kt
.model kt npn (is=6.69e-10 bf=85.11 vaf=28.57 nf=1.3 rc=570.47 rb=121.5)
.dc vb 0 1.5 10m
.probe
.end
МДП транзистор.
Определение порогового напряжения и крутизны.
IC(Vto)=-10мкА
Vto=-2,57 В
|
VЗИ,В |
-2,57 |
-2,89 |
-3,17 |
-3,55 |
-3,87 |
|
IС,мА |
-0,010 |
-0,0514 |
-0,1264 |
-0,268 |
-0,376 |
|
VЗИ,В |
-4,18 |
-4,58 |
-4,83 |
-5,02 |
-5,54 |
|
IС,мА |
-0,477 |
-0,608 |
-0,659 |
-0,752 |
-0,910 |
П
о
полученным данным строится график
зависимости
∆Iси
О
∆Uзи
Выходные характеристики.
-
Vзи=-3В
Vзи=-4В
Vзи=-5В
Vси, В
Ic, мкА
Vси, В
Ic, мкА
Vси, В
Ic, мА
-4.82
-98,9
-4,77
-817
-4,67
-2,34
-4,43
-96,2
-4,29
-800
-4,19
-2,30
-4,00
-93,6
-3,76
-780
-3,81
-2,26
-3,55
-89,7
-3,16
-757
-3,44
-2,23
-3,11
-86,3
-2,61
-732
-3,08
-2,19
-2,69
-84,2
-2,11
-709
-2,62
-2,13
-2,27
-80,3
-1,65
-688
-2,14
-2,04
-1,68
-77,5
-1,229
-652
-1,79
-1,92
-1,195
-75,7
-1,132
-636
-1,478
-1,75
-0,975
-74,6
-1,006
-616
-1,356
-1,65
-0,80
-74,3
-0,900
-587
-1,169
-1,49
-0,728
-73,9
-0,804
-559
-1,021
-1,35
-0,615
-73,6
-0,668
-508
-0,892
-1,199
-0,540
-71,5
-0,594
-469
-0,743
-1,038
-0,425
-65,4
-0,495
-411
-0,627
-0,912
-0,329
-57,4
-0,410
-352
-0,504
-0,765
-0,244
-47,5
-0,338
-304
-0,408
-0,640
-0,186
-38,6
-0,223
-224
-0,261
-0,431
-0,132
-31,3
-0,175
-174
-0,148
-0,252
-0,0976
-25,2
-0,052
-58
-0,0467
-0,0815
По полученным
данным строится график зависимости
Расчет по SPICE
out
v1 1 0 -3
v2 2 0 1
m1 2 1 0 0 transistor
.model transistor pmos (level=1 w=10u l=10u vto=-2.6v kp=6.535e-5 lambda=1.2m)
.dc v1 -5.5 0 1m
.probe
.end
lab
v1 1 0 -3
v2 2 0 -1
m1 2 1 0 0 kp
.model kp pmos (level=1 w=10u l=1u vto=-2.6 kp=6.535e-5 lambda=1.2m)
.dc v2 -5 0 10m v1 -3 -5 -1
.probe
.end