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.
Выполнил Чичер, группа С-41
Руководитель Рябов Н.И.
Москва
2005
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.
|
I |
|
IБ=50 мкА |
|
IБ=70 мкА |
|||
|
UКЭ, В |
IК, мА |
UКЭ, В |
IК, мА |
UКЭ, В |
IК, мА |
||
|
4,9 |
2,35 |
4,9 |
4.35 |
4,9 |
6.29 |
||
|
4,5 |
2,34 |
4,5 |
4.32 |
4,5 |
6.26 |
||
|
4,1 |
2,32 |
4,1 |
4.30 |
4,1 |
6.22 |
||
|
3,7 |
2,31 |
3,7 |
4.28 |
3,7 |
6.19 |
||
|
3,3 |
2,30 |
3,3 |
4.25 |
3,5 |
6.01 |
||
|
2,9 |
2,28 |
2,9 |
4.23 |
3,3 |
5.7 |
||
|
2,5 |
2,27 |
2,5 |
4.13 |
2,9 |
5 |
||
|
2,1 |
2,26 |
2,4 |
4 |
2,5 |
4.28 |
||
|
1,7 |
2.25 |
2,1 |
3,5 |
2,1 |
3,56 |
||
|
1,5 |
2.22 |
1,7 |
2,79 |
1,7 |
2.79 |
||
|
1,3 |
1,98 |
1,3 |
2.08 |
1,3 |
2.11 |
||
|
0,9 |
1,32 |
0,9 |
1,37 |
0,9 |
1,39 |
||
|
0,5 |
0,63 |
0,5 |
0,67 |
0,5 |
0,68 |
||
|
0,1 |
0,02 |
0,1 |
0,03 |
0,1 |
0,05 |
||
Б=30
мкА
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.
Определим напряжение Эрли для ветви характеристики, соответствующей среднему значению тока базы:
,
где
и
– изменение напряжения и тока в области
больших напряжений.
-
значение тока коллектора, в котором
берется приращение
.
Входная характеристика.
|
Uбэ,В |
Iб, мкА |
I |
|
0 |
-2,5 |
-6,1 |
|
0,05 |
-1,3 |
-4,7 |
|
0,1 |
-1,2 |
-4,5 |
|
0,15 |
-1,1 |
5,1 |
|
0,2 |
0,01 |
1,14 |
|
0,25 |
0,06 |
6,23 |
|
0,3 |
0,28 |
28,21 |
|
0,35 |
0,85 |
85,76 |
|
0,4 |
1,76 |
177,3 |
|
0,45 |
2,88 |
288,8 |
|
0,5 |
4,12 |
411 |
|
0,55 |
5,44 |
533,1 |
|
0,6 |
6,87 |
613,9 |
к,
мкА
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.
Определим
ток насыщения
и коэффициент неидеальности
из системы уравнений:
получим
,
Зная значения тока насыщения и коэффициента неидеальности, найдем сопротивление базы :
По полученной ВАХ определим к
оэффициент
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 Pspice
lab
ib 0 2 30u
vc 3 0 5
q1 3 2 0 kt
.model kt npn (is=6.69e-10 bf=85.11 vaf=28.57 nf=1.3 rb=121.5 rc=570.47)
.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.
|
Uз, В |
-2,6 |
-3,09 |
-3,46 |
-4,01 |
-4,50 |
-5,01 |
-5,53 |
-5,97 |
|
Iс, мА |
-0,003 |
-0,0986 |
-0,264 |
-0,552 |
-0,918 |
-1,380 |
-1,91 |
-2,40 |
|
Uз, В |
-6,52 |
-7,07 |
|
|
|
|
|
|
|
Iс, мА |
-3,00 |
-3,63 |
|
|
|
|
|
|
Пороговое напряжение
.
Определение крутизны
Выходные характеристики.
Uз = -3 В
|
Uс, В |
-6,78 |
-6,15 |
-5,53 |
-5,03 |
-4,55 |
-4,06 |
-3,59 |
-2,99 |
|
Iс, мкА |
-96,5 |
-93,3 |
-90,2 |
-87,9 |
-85,5 |
-82,9 |
-80,4 |
-77,2 |
|
Uс, В |
-2,99 |
-2,51 |
-1,99 |
-1,47 |
-0,97 |
-0,52 |
-0,32 |
-0,25 |
|
Iс, мкА |
-77,2 |
-74,4 |
-71,3 |
-67,8 |
-63,9 |
-58,7 |
-52,8 |
-47,7 |
Uз = -4 В
|
Uс, В |
-6,45 |
-5,98 |
-5,44 |
-4,96 |
-4,34 |
-3,81 |
-3,44 |
-2,89 |
|
Iс, мА |
-0,631 |
-0,620 |
-0,608 |
-0,596 |
-0,581 |
-0,567 |
-0,557 |
-0,541 |
|
Uс, В |
-2,44 |
-1,83 |
-1,31 |
-1,031 |
-0,80 |
-0,61 |
|
|
|
Iс, мкА |
-0,526 |
-0,502 |
-0,474 |
-0,447 |
-0,410 |
-0,351 |
|
|
Uз = -5 В
|
Uс, В |
-6,18 |
-5,46 |
-4,97 |
-4,37 |
-3,92 |
-3,38 |
-2,89 |
-2,50 |
|
Iс, мА |
-1,574 |
-1,537 |
-1,510 |
-1,475 |
-1,447 |
-1,409 |
-1,374 |
-1,333 |
|
Uс, В |
-2,28 |
-1,91 |
-1,391 |
-0,988 |
-0,570 |
|
|
|
|
Iс, мА |
-1,307 |
-1,250 |
-1,117 |
-0,925 |
-0,620 |
|
|
|
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=1u vto=-2.6 kp=72.6u lambda=5.9m)
.dc v1 -7.1 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=72.6u lambda=5.9m)
.dc v2 -7 0 10m v1 -3 -5 -1
.probe
.end
