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

94 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

82641. Проблемы и перспективы развития банковского надзора в россии 395 KB
  Основные направления повышения эффективности регулирования деятельности коммерческих банков в России. Целью дипломной работы является изучение основ осуществления банковского надзора и контроля за банковской деятельностью в современных условиях развития России.
82642. Разработка конструкции преобразователя напряжения 12/300В 747 KB
  Преобразователи с выходом на постоянном токе называются конверторами, а с выходом на переменном токе называются инверторами. Различие между ними заключается в том, что в конверторах, помимо переключающего устройства и трансформатора, имеется выпрямитель и сглаживающий фильтр.
82643. Разработка системы управления проектами для цифровой типографии и рекламного агентства 84.75 KB
  В дипломном проекте разработано программное обеспечение для ведения и учета производственных заказов в рекламном агентстве и цифровой типографии. Программное обеспечение позволяет существенно сократить время, требуемое для обработки заказов, а так же обеспечивает необходимую консолидацию данных.
82644. Створення програми «Простий бізнес» 3.78 MB
  Існують сервіси що дозволяють створювати великі розсилки електронних повідомлень з можливістю створення власних списків отримувачів. Порівняємо кілька найпопулярніших сервісів для масової розсилки електронних повідомлень.
82645. Анализ архитектуры открытых мультимедиа систем 14.43 MB
  Формулировка предложений по модернизации ЭУМ И и К типов для дисциплин ВПО. Модернизировать электронные учебные модули ЭУМ для дисциплин высшего профессионального образования ВПО на основе программно-архитектурных решений созданных в рамках федеральной целевой программы развития образования.
82646. Разработка методов практической реализации новой концепции комплексных исследований электромагнитной обстановки в зданиях 5.42 MB
  В дипломном проекте рассмотрены вопросы электромагнитной безопасности в зданиях, природные и антропогенные источники электромагнитных излучений, принципы обеспечения электромагнитной безопасности.
82647. Разработка алгоритмов безопасной маршрутизации в беспроводных сетях 649.62 KB
  В данной работе рассмотрены принципы построения и функционирования беспроводных сетей, проблемы безопасности при передаче данных. Структура и свойства, стандарты, способы передачи данных в беспроводных сетях. Методы и типы маршрутизации.
82648. ДІАГНОСТИКА БЕНЗИНОВИХ ДВИГУНІВ З ЕЛЕКТРОННИМИ СИСТЕМАМИ КЕРУВАННЯ 9.02 MB
  Проведено аналіз існуючих систем керування бензиновими двигунами та їх складових частин. Викладено методику аналізу та вибору ефективної технології та обладнання для діагностики технічного стану електронних систем керування бензиновими двигунами.
82649. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ВНУТРИОРГАНИЗАЦИОННОГО МАРКЕТИНГА НА ПРЕДПРИЯТИИ «ДЁКЕ УРАЛ» 292.5 KB
  Цель выпускной квалификационной работы состоит в исследовании и научном обосновании теоретических положений и практических рекомендаций по совершенствованию внутриорганизационного маркетинга на предприятии, учитывая специфику деятельности ООО «Дёке Урал» и обеспечивающих повышение его конкурентоспособности в целом.