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

96 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

53901. Програма факультативного курсу «Література і театр» (8-9 клас) 167 KB
  Дебальцева Програма факультативного курсу Література і театр 8 9 клас Курінна Л. вчитель російської мови та зарубіжной літератури вчительметодист вища категорія 2010 2011 навчальний рік Пояснювальна записка Програма факультативного курсу Літератури і театр с орієнтиром у прилученні школярів до театрального мистецтва з метою їхнього загального естетичного розвитку розширення і збагачення духовних потреб підвищення рівня творчої активності громадянської свідомості стимулювання і розвиток життєвої компетентності. В основу...
53902. Кути. Вимірювання кутів 42.5 KB
  Мета: закріпити знання учнів про зміст основних понять теми вивчених на попередньому уроці; продовжувати формувати навички учнів оперувати вивченими в темі поняттями для обґрунтування дій під час розвязування типових задач; використовуючи прийом аналогії та знання і вміння вироблені під час вивчення теми Відрізки сформувати вміння розвязувати типові задачі на застосування аксіом вимірювання та відкладання кутів; відпрацювати навички побудови кутів та їх вимірювання із використанням приладів. Наочність і...
53903. Сума кутів трикутника 46.5 KB
  Мета: сформулювати та довести теорему про суму кутів трикутника ознайомити учнів з поняттям зовнішнього кута трикутника розвивати навички практичної діяльності з геометричними інструментами відпрацьовувати вміння логічно мислити робити висновки. Побудувати трикутник за даними кутами 1 ряд 2 ряд 3 ряд  А = 38 0...
53904. Суміжні і вертикальні кути 322 KB
  Замислюйся міркуй питання занотуй. Познач кути між кольоровими променями і променями АВ і АС. Чи є на цьому малюнку кути що утворюють розгорнутий кут Побудуй на око: а кут який має градусну міру більше 00 але менше 900; б кут рівний 900; в кут більший 900 але менший за 1800.
53905. Суміжні кути 82 KB
  Мета: засвоїти означення суміжних кутів; вивчити формулювання та доведення теореми про суму суміжних кутів а також наслідки із цієї теореми; розвивати увагу логічне мислення просторову уяву; виховувати охайність працьовитість. Обладнання: Моделі кутів карткизавдання. І так ви відгадали що країна в яку ми повинні вирушити складається з кутів. Наше завдання: 1 відшукати там невідомий для нас вид кутів; 2 довести що сума цих кутів дорівнює 180; 3 встановити наслідки цього доведення.
53906. Квадратні корені 548.5 KB
  Після уроку учні зможуть: застосовувати теоретичний матеріал про квадратні корені до вирішення вправ; навчитися усвідомленому застосуванню вивченого матеріалу під час вирішення завдань; набути навичок роботи в малих групах; набути навичок логічних міркувань; формування мотивації здорового способу життя Використані технології: інтерактивні технології: Мікрофон Робота в малих групах. Робота в малих групах. Учні об'єднуються в групи по 4 особи 1 і 2 3 і 4 парти згадують правила роботи в групах...
53907. Розвязування квадратичних нерівностей методом інтервалів 57 KB
  Мета: ознайомити учнів з розвязанням квадратичних нерівностей методом інтервалів; формування уміння розвязувати квадратичні нерівності методом інтервалів. Виховувати охайність під час виконання малюнка.
53908. РЕШЕНИЕ КВАДРАТНЫХ УРАВНЕНИЙ 208 KB
  Какое уравнение называют квадратным уравнение вида ах2bxc=0 где х переменная а bс числа причем а≠0 числа а bс называются коэффициентами квадратного уравнения; а первый коэффициент b второй коэффициент с свободный член Например: 2х24х8=0 Какое квадратное уравнение называется приведенным Приведенным квадратным уравнением называется такое квадратное уравнение в котором первый коэффициент равен 1 т. а=1 Например: х23х10=0 Какое квадратное уравнение называется неполным Неполным квадратным уравнением...
53909. Квадратні рівняння 207 KB
  Мета уроку: формувати уміння розвязувати квадратні рівняння. Квадратні рівняння простіших видів вавилонської математики вміли розвязувати ще 4 тис. Згодом розвязували їх також: в Китаї і Греції. Він показав як розвязувати при додатних а і bрівняння видів .