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

101 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

14734. Изучение устройства и режимов работы диффузионной системы типа СДО - 125/3 - 12 692 KB
  Изучение устройства и режимов работы диффузионной системы типа СДО 125/3 12 Цель работы: Изучить конструкцию диффузионной системы типа СДО125/312 и особенности эксплуатации при проведении диффузионноокислительных процессов в технологии производства интегральн...
14735. Исследование радиационных характеристик источников ИК излучения 1.03 MB
  Исследование радиационных характеристик источников ИК излучения Цель работы: Изучить характеристики и конструкции источников ИК излучения Овладеть приемами аналитического расчета Овладеть приемами экспериментального определения облученности ...
14736. Изучение конструкции установки для осаждения эпитаксиальных слоев твердых растворов А iii B V ЭПИТРОН – 1С 1.45 MB
  Лабораторная работа №4 Изучение конструкции установки для осаждения эпитаксиальных слоев твердых растворов А iii B V Эпитрон 1С. Цель работы: I изучить физикохимические основы процесса получения структур типа из газовой фазы; 2 изучить конструкцию технические х
14737. Изучение устройства и исследование характеристик элементов ГС технологического оборудования микроэлектроники 1.63 MB
  Лабораторная работа №3 Изучение устройства и исследование характеристик элементов ГС технологического оборудования микроэлектроники Цель работы: I изучить физические основы работы элементов газовых систем; 2 изучить конструкцию элементов газовых систем; 3 исслед
14738. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов 1.86 MB
  Лабораторная работа по физике № 230 Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Выяснить зависимость: диэлектрической проницаемости материалов от частоты от напряженности эл. поля зависимость емкости конденсатора ...
14739. Використання системи AutoCAD для побудови і редагування двовимірних креслень 246.3 KB
  Звіт про лабораторну роботу №1 з дисципліни Технології проектування компютерних систем на тему: Використання системи AutoCAD для побудови і редагування двовимірних креслень. Тема роботи: Використання системи AutoCAD для побудови і редагування двовимірних кресле...
14740. Використання системи AutoCAD для побудови і редагування тривимірних креслень 92.03 KB
  Звіт про лабораторну роботу №2 з дисципліни Технології проектування компютерних систем на тему: Використання системи AutoCAD для побудови і редагування тривимірних креслень. Тема роботи: Використання системи AutoCAD для побу дови і редагування тривимірних кресле...
14741. Тонування зображень тривимірних креслень в системі AutoCAD 181.8 KB
  Звіт про лабораторну роботу №3 з дисципліни Технології проектування компютерних систем Тема роботи: Тонування зображень тривимірних креслень в системі AutoCAD. Мета роботи: отримати практичні навики по вибору виду для тонування підбору освітлення об'єктів і завда...
14742. Використання системи КОМПАС-ГРАФІК для побудови і редагування двовимірних, тримірних креслень 120.82 KB
  Звіт про лабораторну роботу №4 з дисципліни Технології проектування компютерних систем Тема роботи: Використання системи КОМПАСГРАФІК для побудови і редагування двовимірних тримірних креслень. Мета роботи: Отримати практичні навики по вибору виду для тонуван