Материал: TX7Eh4KK48
3.1. Исследование характеристик n−p−n -транзистора
Схема включения транзистора, по которой проводится измерение его входной и передаточной характеристик, представлена на рис. 3.1, б.
Для обеспечения рабочего режима транзистора по постоянному току к его базе через токоограничивающий резистор R1 номиналом 100 кОм подключается источник постоянного напряжения V1 номиналом 20 В, открывающий переход БЭ, а к коллектору – источник напряжения V2 номиналом 10 В, запирающий переход БК.
Транзистор заданного преподавателем типа, например 2N3904, выбирается из библиотеки: Component > Analog Primitives > Active Devices > NPN.
Входная характеристика отражает зависимость базового (входного) тока транзистора Ib от входного напряжения, равного напряжению на переходе БЭ (V1 = Vbe): Ib = f(V1), передаточная – зависимость коллекторного (выходного) тока Ic от входного напряжения: Ic = f(V2).
Для построения графиков входной и передаточной характеристик в схеме (см. рис. 3.1, б) варьируется напряжение БЭ перехода транзистора через определенный интервал при нескольких значениях напряжения V2.
Переход в режим построения характеристик осуществляется по команде
Analysis > DC.
Воткрывшемся диалоговом окне задания на расчет (см. рис. 3.2) в строке Variable 1 в ячейке Name указывается имя варьируемой переменной V1, а
вячейке Range – диапазон ее изменения: максимальное значение напряжения, минимальное его значение и шаг.
Внижней части окна указываются имена переменных, откладываемых по горизонтальной (X Expression) и вертикальной (Y Expression) осям графика. Для графика входной характеристики это, соответственно, напряжение между базой и эмиттером Vbe и ток базы Ib. Для графика передаточной функции это – напряжение Vbe и ток коллектора Ic. Границы диапазона из-
менения напряжения Vbe (X Range) составляют 0.5…0.9 В, базового тока Ib (Y Range) транзистора Q1 – 0…200 мкА, коллекторного тока Ic (X Range) транзистора Q1 – 0…50 мА.
На каждом из построенных графиков (рис. 3.2) по заданному преподавателем значению входного напряжения Vbe1 транзистора и приращению напряжения ∆Vbe отмечаются координаты двух точек при использовании режима элек-
тронного курсора (нажатием клавиши F8 или выбором пиктограммы 
).
16
Ib, Ic
при V21 |
при V22 |
|
|
|
|
|
|
|
Vbe |
|
|
|
|
|
Рис. 3.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.1 |
|
|
|
|
|
|
|||
Входное напряжение, |
Входная характеристика |
Передаточная характеристика |
||||||
|
мВ |
Ток базы, мкА |
Ток коллектора, мА |
|||||
Vbe |
|
∆Vbe |
Ib |
|
∆Ib |
Iс |
|
∆Iс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В нижней части каждого графика указываются следующие значения:
−координаты маркеров (Left – для левого и Right – для правого);
−разности координат (Delta), т. е. приращения токов ∆I и напряжений ∆V;
−отношение приращений (под заголовком Slope – наклон). Измеренные значения координат заносятся в табл. 3.1. Данные значения
впоследствии будут использованы для расчета параметров транзистора.
3.2. Исследование характеристик p–n–p -транзистора
Аналогично методике, изложенной в 3.1, необходимо исследовать вход-
ные и |
передаточные характеристики |
|
||
p− n− p-транзистора. |
Исследуемая |
схема |
|
|
приведена на рис. 3.3, модель транзистора |
|
|||
следует выбрать из библиотеки Compo- |
|
|||
nent > Analog Primitives > Active devices |
|
|||
> PNP. Для транзистора такого типа и ука- |
|
|||
занной |
полярности |
источников |
питания |
|
значения Vbe, Ib и Ic лежат в отрицательной |
Рис. 3.3 |
|||
17
области, что следует учитывать при задании диапазонов значений параметров, выводимых на графики.
3.3.Задание
Спомощью полученных данных по приведенным далее формулам рассчитать:
– статическое rbe и динамическое rbe~ входные сопротивления транзи-
стора:
rbe = Vbe ,
Ib
rbe~ = Vbe ;
Ib
– коэффициенты передачи тока из эмиттера в коллектор α, статический и динамический коэффициенты усиления тока Β и β:
α = |
Iс |
= |
Ic |
|
, |
Ie |
I b + |
|
|||
|
|
Ic |
|||
Β= Iс ,
Ib
β = |
Iс |
; |
|
||
|
Ib |
|
– крутизну S передаточной характеристики в области выбранной рабочей точки (измеряется в сименсах):
S = βΔIb .
Vbe
Если воспользоваться понятием крутизны входной характеристики транзистора:
Sвх = βΔIb = 1 ,
Vbe rbe~
то можно сказать, что крутизна передаточной характеристики равна крутизне входной характеристики, помноженной на коэффициент усиления тока.
18
Лабораторная работа 4.
СЕМЕЙСТВО ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА. КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА
4.1. Семейство выходных характеристик биполярного транзистора
Выходные характеристики отображают зависимость входного тока транзистора от Ic от выходного напряжения Vce при различных значениях тока базы Ib. Схема включения транзистора, при которой измеряются его выходных характеристики, представлена на рис. 4.1. Для обеспечения рабочего режима транзистора к базе подключен источник постоянного тока I1, а к коллектору – источник постоянного напряжения V1, запирающего переход КБ. Для построения семейства выходных характеристик при каждом из заданных значений тока базы в схеме на рис. 4.1, а варьируется напряжение Vce (в заданных пределах через определенный интервал).
Источник тока выбирается по команде Component > Analog Primitives > Waveform Sources > I sources с заданной величиной VALUE 150 мкA.
Транзистор заданного преподавателем типа выбирается из библиотеки
ponent > Analog Primitives > Active Devices > NPN>… |
Например: 2N3904. |
|
Анализ запускается с использованием раздела меню Analysis > DC. |
||
В окне задания параметров на расчет в |
|
|
строке Variable 1 указывается имя ва- |
|
|
рьируемого параметра |
схемы V1 |
|
(напряжение источника), а в ячейке |
|
|
Range – диапазон и шаг (10, 0, 0.1 В), в |
|
|
строке Variable 2 указывается имя ва- |
|
|
рьируемого параметра схемы I1 (ток ба- |
Рис. 4.1 |
|
зы, Ib), а в ячейке Range – |
максималь- |
|
ное, минимальное значения и шаг (150, 30, 40 мкА). По оси X откладывается напряжение КЭ транзистора Vce(Q1), по оси Y – ток коллектора Ic(Q1).При нажатии кнопки Run выполняется построение графиков зависимости тока коллектора Ic от напряжения КЭ Vce (рис. 4.2). Каждая из приведенных на графике кривых, построенная в координатах (Vce, Ic) соответствует некоторому значению базового тока Ib, задаваемому переменной 2 (Variable 2 в окне задания параметров анализа).
19
На графике выходной характеристики при заданном токе Ib для заданно-
го напряжения Vce с помощью активной пиктограммы 
наносятся значе-
ния координат первой выбранной точки. На графике другой выходной характеристики при токе (Ib + ∆Ib) для того же заданного напряжения Vce наносятся значения координат второй выбранной точки. Величины Ib, ∆Ib, Vce задаются преподавателем.
По полученным при измерении данным определяются статический и динамический коэффициенты усиления транзистора.
Значения параметров транзистора B и β, рассчитанные по выходным характеристикам, сравниваются с аналогичными, полученными по входной и передаточной характеристикам.
Ic, мА 
Vce, Ic, Ib
Vce, В
Рис. 4.2
Каждая выходная характеристика из семейства имеет две характерные области: пологую и крутую. В пологой области коллекторный ток Ic практически не зависит от коллекторного напряжения Vce и определяется соотношением
Ic = βIb.
4.2. Исследование транзистора в ключевых режимах
На рис. 4.3 представлена схема, в которой транзистор выполняет функции электронного ключа. При нулевом уровне входного управляющего сигнала V2 транзистор закрыт и напряжение на выходе схемы равно V1, ключ разомкнут. При входном напряжении V2 ≈ 5 В транзистор открыт и находится в области насыщения, ключ замкнут. При этом уровень выходного сигнала близок к нулевому.
20