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

86 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

28892. Предмет и задачи вузовского курса Отечественной истории 22 KB
  Предмет и задачи вузовского курса Отечественной истории. Содержанием истории как науки является исторический процесс. Предметом курса отечественной истории является российский исторический процесс от древности до современности. В процессе изучения истории у человека формируется историческое сознание в содержание которого входит ряд элементов: знание фактов истории; способность рассматривать реальную действительность во всех трех временных измерениях: в прошлом настоящем будущем; обобщенный исторический опыт и вытекающие из него уроки...
28893. Первобытная эпоха человечества 24 KB
  Лет назад до образования классовых обществ в различных регионах планеты примерно в IV тыс. В соответствии с ней в древнейшей эпохе выделяются три периода: каменный век от возникновения человека до III тыс. бронзовый век с конца IV до начала 1 тыс. железный век с 1 тыс.
28894. Древние народы на территории России. Ранние башкиры 22 KB
  С востока из-за Дона устремилась новая волна кочевников – сарматов. В 3-7 вв. н.э. в эпоху Великого Переселения народов на территории Северного Причерноморья, а позднее – между Волгой и Дунаем, хлынули гуннские племена или гунны, вышедшие из степей Забайкалья и Монголии.
28895. Влияние природно-климатического, геополитического и религиозного факторов на российский исторический процесс 22 KB
  Важным географическим фактором определяющим особенности территории страны являются моря озера а также другие водоемы. Фундаментальные особенности ведения крестьянского хозяйства в конечном счете наложили неизгладимый отпечаток на русский национальный характер на первый взгляд противоречивый: способность к крайнему напряжению сил отсутствие ярко выраженной привычки к тщательности аккуратности в работе извечная тяга к €œподрайской землице€ необыкновенное чувство доброты коллективизма готовности к оказанию помощи вплоть до...
28896. Место средневековья во всемирно-историческом процессе 23.5 KB
  Место средневековья во всемирноисторическом процессе Понятие средний век было введено итальянскими гуманистами которые хотели таким образом подчеркнуть коренное отличие культуры своего времени от предшествующего исторического периода эпохи Античности. Как видно в оценке средневековья присутствуют крайности. Поразному определяются и временные рамки Средневековья. К тому же внутри тысячелетнего периода Средневековья принято выделять три этапа: Раннее Средневековье – V в.
28897. Образование Древнерусского государства. Крещение Руси Х-Х11 в 30 KB
  Крещение Руси ХХ11 в. Расцвет Киевской Руси пришелся на правление князя Владимира 1 9801015 г. Это имело большое значение для дальнейшего развития Руси. Принятие христианства укрепляло государственную власть и территориальное единство Киевской Руси.
28898. Взаимоотношения Руси с соседними государствами и народами 22.5 KB
  Взаимоотношения Руси с соседними государствами и народами. Важное место занимали отношения с Византией которая являлась источником ресурсов для Руси. После крещения Руси Византия стала восприниматься как духовный центр христианства. Хазары контролировали Волжский торговый путь и выступали в двойной роли: с одной стороны препятствовали свободным торговым отношениям Руси; с другой – выступали буфером между Русью и кочевниками.
28899. Удельный период в истории России (XII—XV вв.) 28.5 KB
  К середине XII века Русь раскололась на 15 княжеств которые были лишь в формальной зависимости от Киева. Феодальная раздробленность ослабляла Русь. В начальной стадии древнерусское государство распалось на 3 основные области: СевероЗападная Русь. Северовосточная Русь.
28900. Борьба за независимость русских земель против агрессии с Востока и Запада (XIII век) 27 KB
  Следствием этого явилось отставание России от Запада. Последствия нашествия: сократилось население страны; разделение городов подорвано городское ремесло; разрушены памятники духовенства и материальной культуры; особое последствие нашествия на истории России сказались в том что оно заложило азиатский способ власти в России.