13286

Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №2 Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench Цель исследования: Моделирование работы биполярного транзистора в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения его входной и выходной вольтамперных характер

Русский

2013-05-11

380.5 KB

107 чел.

Лабораторная работа №2

Изучение вольтамперных характеристик биполярного транзистора в среде Electronics Workbench

Цель исследования: Моделирование работы биполярного транзистора в среде Electronics Workbench и виртуальные измерения его входной и выходной вольтамперных характеристик.     

2.Эксперементальная часть

2.1 Виртуальные измерения входной и выходной  вольтамперных характеристик идеального транзистора в среде Electronics Workbench 

2.1.1 Определение коэффициента передачи эмиттерного тока αN   

         а)   Собрать схему рис.1.1., выбрав следующую марку pnp  

         транзистора: nation1 Q2N5023

Рис.1.1 Простейшая цепь для исследования ВАХ биполярного транзистора

         б)  Установить значения IЭ = 10 mА; UКБ = 0В

         в) Измерить IK и определить αN = IK / IЭ

IK = 9,323 мА

αN = IK / IЭ = 9,323/10 = 0,923 мА.         

2.1.2 Виртуальные измерения выходной ВАХ биполярного                   транзистора

Выходная ВАХ биполярного транзистора – это соотношение,    которое связывает коллекторный ток IK с напряжением в цепи коллектор-база UКБ при условии, что эмиттерный ток IЭ  является параметром. Согласно закону Молла-Эберса данное соотношение имеет вид:

                    IК = αNIЭIК0 (exp(UКБ/φT) - 1 )                                         (1),

где  φT – это так называемый тепловой потенциал равный 25 мэВ.  

а) Собрать схему рис. 1.1., выбрав конкретную марку pnp   транзистора.

б) Провести виртуальные измерения тока  IК0  при условии, что разомкнута цепь эмиттер-база (IЭ = 0) и напряжение в цепи коллектор - база равно 5В.

IК0 = 16,81 мкА

в) Провести виртуальные измерения начального напряжения UКБ0 при условии, что разомкнута цепь коллектор – база (IК = 0), для нескольких значений тока IЭ (IЭ1 = 0; IЭ2 = IК0; IЭ3 = 2IК0; IЭ4 = 3IК0).   

IЭi, (мкА)

0

16.81

33,61

50,43

UКБ0

0,011 мкВ

10,75 мВ

21,1 мВ

29,58 мВ

  

г) Для нескольких значений тока IЭ (IЭ1 = 0; IЭ2 = IК0; IЭ3 = 2IК0; IЭ4 =  

         3IК0)  провести виртуальные измерения IК в зависимости от -UКБ,             

         меняя ЭДС батареи в интервале от -UКБ0 до 1В. Шаг изменения ЭДС

батареи в  интервале (-UКБ0, -UКБ0 + 50 мВ) составляет 5 мВ; в интервале (-UКБ0 + 50 мВ, 100 мВ)  – 10 мВ; в интервале (100 мВ, 1 В) – 100 мВ.         

        Данные виртуальных измерений занести в 4 таблицы типа:

Таблица 1.1.1

IЭ1=0 А

- UКБ, (мВ)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

IK, (мкА)

0

1,99

3,64

5,01

6,14

7,09

7,87

8,52

9,06

9,51

9,89

- UКБ, (мВ)

50

60

70

80

90

100

IK, (мкА)

9,89

10,46

10,87

11,16

11,36

11,51

- UКБ, (мВ)

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1 В

IK, (мкА)

11,51

11,98

12,08

12,18

12,28

12,38

12,48

12,58

12,68

12,79

Таблица 1.1.2

IЭ2 = IK0 = 16,81 мкА

- UКБ, (мВ)

-10,75

-5,75

-0,75

4,25

9,25

14,25

19,25

24,25

29,25

 IК, (мкА)

0,002

2,93

5,358

7,368

9,034

10,42

11,56

12,51

13,3

 - UКБ, (мВ)

34,25

39,25

49,25

59,25

69,25

79,25

89,25

99,25

109,25

IК, (мкА)

13,96

14,51

15,34

15,93

16,34

16,63

16,83

16,98

17,09

 - UКБ, (мВ)

34,25

39,25

49,25

59,25

69,25

79,25

89,25

99,25

109,25

IК, (мкА)

13,96

14,51

15,34

15,93

16,34

16,63

16,83

16,98

17,09

Таблица 1.1.3

IЭ2 =2 IK0 = 33,61 мкА

- UКБ, (мВ)

-21,1

-16,1

-11,1

-6,1

-1,1

3,9

8,9

13,9

18,9

IK, (мкА)

-0,007

4,295

7,854

10,8

13,24

15,26

16,93

18,32

19,47

- UКБ, (мВ)

23,9

28,9

38,9

48,9

58,9

68,9

78,9

88,9

98,9

IK, (мкА)

20,42

21,22

22,43

23,27

23,85

24,27

24,56

24,76

24,91

108,9

208,9

308,9

408,9

508,9

608,9

708,9

808,9

908,9

1008,9

25,02

25,41

25,52

25,62

25,73

25,84

25,94

26,05

26,16

26,26

Таблица 1.1.4

IЭ2 =3 IK0 = 50,43 мкА

- UКБ, (мВ)

-29,58

-24,58

-19,58

-14,58

-9,58

-4,58

0,42

5,42

10,42

IK, (мкА)

-0,003

5,904

10,79

14,83

18,17

20,93

23,22

25,12

26,69

- UКБ, (мВ)

15,42

20,42

30,42

40,42

50,42

60,42

70,42

80,42

90,42

IK, (мкА)

28

29,08

30,72

31,86

32,65

33,2

33,29

33,87

34,07

100,42

200,4

300,4

400,4

500,4

600,4

700,4

800,4

900,4

1000

34,21

34,68

34,79

34,9

35,01

35,12

35,23

35,34

35,45

35,55

        

2.1.3 Виртуальные измерения входной ВАХ биполярного  транзистора

         Входная ВАХ  биполярного транзистора – это соотношение, которое связывает напряжение в цепи эмиттер – база  UЭБ с эмиттерным током IЭ при условии, что напряжение в цепи коллектор – база UКБ является параметром. Согласно закону Молла – Эберса данное соотношение имеет вид:

UЭБ = φTLn( IЭ/ IЭ0 + 1 + αN(exp(UКБ/φT) - 1))  (2).

а) Собрать схему рис.1.1, выбрав конкретную марку pnp транзистора.

б) Определить тепловой ток IЭ0 из виртуальных измерений. Для этого положим UКБ равным 5В и будем менять величину IЭ в источнике тока до тех пор, пока показания вольтметра в цепи эмиттер – база не будет превышать ± 10 мкВ.

IЭ0 = 1,05 мкА

в) Для нескольких значений напряжения UКБ (UКБ1= 0; UКБ2 = φTLn2; UКБ2 = φTLn3; UКБ4 = φTLn4) провести виртуальные измерения UЭБ в зависимости от IЭ, который меняется с шагом 0.2 IЭ0 . Причём если UКБ = 0, то IЭ  меняется в интервале (0, 5IЭ0); если UКБ = φTLn2, то IЭ  меняется в интервале (-IЭ0, 5IЭ0); если UКБ = φTLn3, то IЭ  меняется в интервале (-2IЭ0, 5IЭ0); если UКБ = φTLn4, то IЭ  меняется в интервале (-3IЭ0, 5IЭ0).              

         Данные виртуальных измерений занести в 4 таблицы типа:

Таблица 1.2.1

UКБ1= 0

IЭ,(мкА)

0

0,21

0,42

0,63

0,84

1,05

1,26

1,47

1,68

UЭБ, (мВ)

0

1,186

2,34

3,463

4,557

5,623

6,662

7,667

8,667

IЭ,(мкА)

1,89

2,1

2,31

2,52

2,73

2,94

3,15

3,36

3,57

UЭБ, (мВ)

9,664

10,58

11,5

12,41

13,29

14,15

15

15,83

16,65

IЭ,(мкА)

3,78

3,99

4,2

4,41

4,62

4,83

5,04

5,25

 

UЭБ, (мВ)

17,44

18,23

18,99

19,75

20,48

21,21

21,92

22,62

 

Таблица 1.2.2

UКБ2 = φTLn2 = 17,3 мВ

IЭ,(мкА)

-1,05

-0,84

-0,63

-0,42

-0,21

0

0,21

0,42

UЭБ, (мВ)

-9,858

-8,372

-6,94

-5,54

-4,196

-2,89

-1,62

-0,39

IЭ,(мкА)

0,63

0,84

1,05

1,26

1,47

1,68

1,89

2,1

UЭБ, (мВ)

0,81

1,971

3,103

4,206

5,281

6,329

7,352

8,35

IЭ,(мкА)

2,31

2,52

2,73

2,94

3,15

3,36

3,57

3,78

UЭБ, (мВ)

9,324

10,28

11,21

12,12

13,01

13,88

14,73

15,57

IЭ,(мкА)

3,99

4,2

4,41

4,62

4,83

5,04

5,25

UЭБ, (мВ)

16,39

17,19

17,97

18,75

19,5

20,25

20,98

Таблица 1.2.3

UКБ2 = φTLn3 = 27,5 мВ

IЭ,(мкА)

-2,1

-1,89

-1,68

-1,47

-1,26

-1,05

-0,84

-0,63

-0,42

UЭБ, (мВ)

-19,63

-17,78

-16,01

-14,3

-12,66

-11,08

-9,55

-8,074

-6,647

IЭ,(мкА)

-0,21

0

0,21

0,42

0,63

0,84

1,05

1,26

1,47

UЭБ, (мВ)

-5,265

-3,962

-2,627

-1,367

-0,143

1,047

2,205

3,331

4,428

IЭ,(мкА)

1,68

1,89

2,1

2,31

2,52

2,73

2,94

3,15

3,36

UЭБ, (мВ)

5,498

6,54

7,558

8,55

9,52

10,47

11,39

12,3

13,19

IЭ,(мкА)

3,57

3,78

3,99

4,2

4,41

4,62

4,83

5,04

5,25

UЭБ, (мВ)

14,05

14,9

15,73

16,55

17,35

18,13

18,9

19,66

20,4

Таблица 1.2.4

UКБ2 = φTLn4 = 34,7 мВ

IЭ,(мкА)

-3,15

-2,94

-2,73

-2,52

-2,31

-2,1

-1,89

-1,68

UЭБ, (мВ)

-31,16

-28,79

-26,54

-24,36

-22,34

-20,39

-18,5

-16,71

IЭ,(мкА)

-1,47

-1,26

-1,05

-0,84

-0,63

-0,42

-0,21

0

UЭБ, (мВ)

-14,97

-13,31

-11,7

-10,15

-8,658

-7,212

-5,81

-4,456

IЭ,(мкА)

0,21

0,42

0,63

0,84

1,05

1,26

1,47

1,68

UЭБ, (мВ)

-3,142

-1,867

-0,628

0,575

1,745

2,884

3,993

5,073

IЭ,(мкА)

1,89

2,1

2,31

2,52

2,73

2,94

3,15

3,36

UЭБ, (мВ)

6,126

7,154

8,156

9,135

10,09

11,03

11,94

12,83

IЭ,(мкА)

3,57

3,78

3,99

4,2

4,41

4,62

4,83

5,04

5,25

UЭБ, (мВ)

13,71

14,56

15,4

16,23

17,03

17,86

18,59

19,39

20,1

Литература:

[1] И.П. Степаненко, Основы теории транзисторов и транзисторных схем: «Энергия» Москва, 1977г.  

Контрольные вопросы к работе

        

  1.  Какой вид имеет эквивалентная схема идеального  транзистора
  2.  Каковы уравнения для эмиттерного и коллекторного тока идеального транзистора
  3.  Чему равен тепловой потенциал
  4.  Каково соотношение, связывающее между собой тепловой ток эмиттерного    диода IЭ0 и тепловой ток эмиттера IЭ0 ,тепловой ток коллекторного диода IК0 и тепловой ток коллектора IК0
  5.  Каково соотношение, связывающее между собой IЭ0 и IК0
  6.  Как  из формул Молла-Эберса получить выражение для выходной вольт-амперной характеристики идеального транзистора
  7.  Как из формул Мола-Эберса получить выражение для входной вольт-амперной характеристики идеального транзистора     

Ответы на вопросы

  1.  Эквивалентная схема биполярного транзистора представляет собой два диода, включенных навстречу один другому.
  2.  

  1.  Тепловой потенциал φT =25 мэВ.

  1.  

  1.  

  1.  .IК = αNIЭIК0 (exp(UКБ/φT) - 1 )

  1.  UЭБ = φTLn( IЭ/ IЭ0 + 1 + αN(exp(UКБ/φT) - 1)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53351. ХВИЛИНКИ КАЛІГРАФІЇ НА УРОКАХ УКРАЇНСЬКОЇ МОВИ 62 KB
  Поясніть правопис слова весна. Що означає слово купава Чи є тут слова вжиті в переносному значенні Опишіть образ весни яку ви побачили. Чи зрозуміли ви про що йдеться у вірші Знайдіть слова з ненаголошеними голосними. Назвіть слова правопис яких слід перевірити за словником.
53352. Різноманітність хвойних рослин. Значення в природі та житті людини 68.5 KB
  Мета: Продовжити формувати наукову картину живої природи на прикладі різноманітності хвойних. Ознайомити учнів із різноманітними представниками класу Хвойних особливостями їх поширення. Сприяти формуванню в учнів наукового світогляду на основі знань про різноманітність хвойних.
53353. Різноманітність та значення хвойних рослин 36 KB
  Тема уроку: Різноманітність та значення хвойних рослин. Тип уроку: комбінований Форма уроку: ділова гра Обладнання і матеріали: таблиці фотоілюстрації і малюнки що ілюструють різноманітність і значення голонасінних гербарій шишки і живі гілочки представників хвойних рослин динамічна схема Розмноження сосни картини викладені бурштином картки для опитування довідки учнів рекомендована література. Особливості будови і значення хвойних ми вивчимо сьогодні а зараз згадаємо Питання для бесіди: Які ознаки характерні для...
53354. Я ЛЮБЛЮ УКРАЇНУ! 317.5 KB
  Ми живемо в Україні, в краю, невимовно багатому на чарівні кольори і краєвиди, на дивовижні пісні, на чудову милозвучну мову, якою можна передати все на світі, описати красу і велич рідного краю. Рідною українською мовою можна висловити найпотаємніші почуття і думи, мрії кожної людини.
53355. Использование схем в документах XML 691 KB
  Схема XML, как и сам документ XML, представляет собой текстовый файл, который можно создавать и корректировать с помощью любого текстового редактора. Проверка правильности созданной схемы и проверку действительности созданного с учетом схемы документа XML проводится с помощью специализированных программных продуктов (например, программы XMLSpy).
53358. Математическое ассорти 95.5 KB
  Математика и литература не так далеки друг от друга, как многие думают С.В.Ковалевская сочитала математику с поэзией. В ней одновременно жили математик и поэт. Здесь заканчивается текст слайда 4 (слайд 5) Великий русский поэт М.Ю.Лермонтов был большим любителем математики и в своих вольных и невольных переездах из одного места службы в другое всегда возил с собою учебник математики.
53359. ІГРОВІ ТЕХНОЛОГІЇ НАВЧАННЯ 77.5 KB
  Навчальна діяльність підпорядковується правилам гри. Місце й роль ігрової технології в навчальному процесі створення елементів гри й навчання багато в чому залежать від уміння викладача функцій і класифікації педагогічних ігор. Педагогічні ігри За видом діяльності фізичні інтелектуальні трудові соціальні психологічні За характером педагогічного процесу навчальні тренінгові контрольні узагальнення пізнавальні виховні розвиваючі репродуктивні продуктивні творчі комунікативні діагностичні профорієнтаційні ...