Характеристики и параметры биполярного транзистора.

1. Выпишите паспортные данные транзистора, модель которого будете исследовать. Марка транзистора выбирается соответственно варианту (номер варианта определяется номером компьютера, на котором проводится исследования).

Вариант №1 – КТ3102А (КТ3102А) Вариант №7 – КТ355А (Q2Т355А)

Вариант №2 – КТ3102E (КТ3102E) Вариант №8 – КТ342Б (КТ342B)

Вариант №3 – КТ342А (КТ342А) Вариант №9 – КТ3102B (КТ3102V)

Вариант №4 – КТ3102Б (КТ3102Б) Вариант №10 – КТ312В (КТ312V)

Вариант №5 – КТ375А (КТ375А) Вариант №11 – КТ371А (Q2Т371A)

Вариант №6 – КТ312А (Q2Т312А) Вариант №12 – КТ375Б (КТ375B)

• - в скобках указано обозначение транзистора в библиотеке МС7.

Параметры на российские транзисторы, которые имеются в библиотеке DATA_ZAG программы MC7, можно найти в справочниках на полупроводниковые приборы или в файлах “pasport-bt1.xls” (n-p-n) или “pasport-bt2.xls” (p-n-p). Паспортные данные следует перенести в рабочую тетрадь или в рабочий Word-файл. По паспортным данным прибора определяется область рабочих токов и напряжений, в пределах которой следует провести исследования его модели (в МС7 предельные параметры на транзистор не задаются).

1. Получите семейство статических выходных характеристик модели заданного типа транзистора. Определите диапазон изменения выходного сопротивления по переменному току транзистора при изменении тока коллектора.

Для получения семейства статических выходных характеристик модели транзистора на рабочем поле МС7 надо набрать электрическую схему, показанную на рис. 1.

Рис. 1. Схема для измерения статических ВАХ транзистора.

Величина источника напряжения V1 задается равной максимальному напряжению между коллектором и эмиттером согласно паспорту на прибор. Величина источника тока I1 во входной цепи определяется как

I1= I_{к max} / h_21э

где I_{к max} –максимально допустимый постоянный ток коллектора, h_21э -статический коэффициент передачи тока транзистора в режиме малого сигнала для схемы ОЭ (I_{к max} и h_21э – справочные параметры). Так как в справочниках коэффициент передачи задается, как правило, в широких пределах от h_21э.min до h_21э.max, то первоначально можно использовать среднегеометрическую величину:

h_21э =( h_21э.min * h_21э.max)

При моделировании ВАХ транзистора величина источника тока I1 уточняется, так как параметры модели транзистора отличаются от паспортных данных (в частности, параметр h_21э в МС7 жестко задан, в модели на транзистор ему соответствует параметр BV).

Для получения семейства выходных характеристик используется режим анализа передаточных характеристик (Analysis-DC…). В окне задания параметров анализа выбирается в качестве первой переменной имя источника напряжения V1, а в качестве второй переменной имя источника тока базовой цепи I1. Активизация окна второй переменной происходит только после выбора способа (Method) ее изменения, который необходимо выбрать линейным (Linear). В окнах указания границ изменения переменных (Range) вводятся данные согласно паспорту на прибор: для V1– [максимальное напряжение U_макс.],0,[шаг], для I1 – [максимальную величину базового тока I_б.макс, при котором ток коллектора максимален I_к.макс (I_б.макс = I_к.макс/h_21э)],[ I_б.мин = шагу изменения тока базы],[шаг изменения тока базы]. Рекомендуется выбрать в качестве шага изменения входного тока I1 пятую часть его максимальной величины. При задании границ изменения переменных не следует забывать указание кратности производных величин (мА – m, мкА – u и т.д.). В задании на построение графиков по оси Х указывают напряжение в номере узла, которое соответствует коллектору (по рис. 6 – это V(1)) или Vce(Q1) (в МС7 присвоены выводам транзистора буквы: коллектору – C, эмиттеру – E, базе – B), а по оси Y вводится обозначение тока коллектора с указанием в скобках номера транзистора схемы – Ic(Q1). На выходных характеристиках постройте линию соответствующую максимальному коллекторному току I_K.max. Для этого во второй строке по оси Y построения графиков укажите максимально допустимый ток коллектора I_K.max., а по оси Х – изменение напряжения на коллекторе Vce(Q1). Первоначально используйте автоматический выбор масштабов построения характеристик. Пример заполнения окна заданий анализа DC.. для получения семейства выходных характеристик транзистора типа КТ315A приведен на рис.2 (по паспорту: Р_{К max} =100мВт, U_КЭR=25B (при R=10кОм), I_{К max}=100мА, I_КБО<=0.6мкА при U_КЭ=10В. h_21э=50…350).

Р
ис. 2. Окно заданий режима анализа DC… для получения семейства выходных характеристик биполярного транзистора.

После заполнения окно заданий дается команда на выполнения расчета (Run), результаты которого в виде графиков выводятся на экран дисплея (семейство выходных характеристик). При желании масштабы построения графи ков корректируются в ручную при отказе от автоматического выбора.

Рис. 3. Выходные характеристики транзистора КТ315А.

По выходным характеристикам следует вычислить выходное сопротивление r_кэ транзистора по переменному току для каждого значения тока базы и построить зависимость сопротивления r_кэ от величины коллекторного тока. Данное задание рекомендуется выполнять с использованием Mathcad (см. файл КТ315.mcd).

Р
ис. 4. Изменения выходного сопротивления rke [Ом] по переменному току в зависимости от тока коллектора Ic [мА].

1. Получите семейство статических входных и передаточную характеристики модели заданной марки транзистора. По характеристикам определите диапазон изменения входного сопротивления по переменному току, коэффициентов передачи тока транзистора для постоянного и переменного тока, крутизны от тока эмиттера.

Семейство статических входных характеристик транзистора в схеме ОЭ представляют зависимость тока базы Iб от напряжения на базе Uбэ при постоянном напряжении на коллекторе Uкэ. Обычно такие характеристики представляют для активного режима работы транзистора и режима насыщения. Передаточная характеристика транзистора указывает на зависимость тока коллектора Iк от напряжения на базе Uбэ, которую получают при активном режиме транзистора. Входные характеристики позволяют определить входное сопротивление транзистора по постоянному (R=Uбэ/Iб) и переменному (r= dUбэ/dIб) току и их зависимость от тока эмиттера Iэ. По передаточной характеристике определяется крутизна (S=dIк/dUбэ) транзистора и ее изменение в зависимости тока эмиттера. Одновременное измерение токов базы и коллектора при изменении напряжения на базе позволяет вычислить коэффициенты передачи постоянного (B=Iк/Iб) и переменного (=dIк/dIб) тока транзистора.

Для получения указанных характеристик и зависимостей необходимо вернуться к окну заданий DC… и поменять местами переменные: в качестве первой переменной использовать источник тока во входной цепи I1, а в качестве второй – источник напряжения V1. Способ изменения напряжения V1 рекомендуется выбрать в виде перечня (List). В границах изменения входного тока не следует указывать нижний предел равный нулю, так как программа не допускает операцию деления на нуль (нижний предел и шаг можно выбрать одной величины).

Входные характеристики необходимо получить для напряжения на коллекторе U_КЭ=0.5*U_{К max}, U_КЭ=0.1*U_{К max} и U_КЭ=0 (вторая переменная). По оси Х вводится изменение напряжения на базе V(номер узла), а по оси Y – ток базы Ib(Q1). Первоначально используйте автоматический выбор масштабов построения графиков, далее по желанию исполнителя масштабы могут быть скорректированы.

Р
ис. 5. Окно заказа анализа для получения семейства входных характеристик транзистора КТ315А.

Р
ис. 6. Семейство входных характеристик транзистора КТ315А.

Полученное семейство входных характеристик с указанием напряжений на коллекторе Uкэ следует скопировать в рабочий Word-файл.

Зависимости входных сопротивлений транзистора по постоянному и переменному току следует получить при изменении тока базы от 0.1*Iб.мах до Iб.мах. Поэтому в окне задания на анализ DC.. надо внести коррекцию на изменение границ первой переменной I1, заказать по оси Х ток эмиттера как Ie(Q1), а по оси Y одной строки отношение напряжения на базе [V(номер узла базы на схеме)] к току базы [Ib(Q1)]. Во второй строке вводится отношение приращений указанных величин с использованием оператора del().

Р
ис. 7. Окно заказа анализа для получения зависимостей входного сопротивления по постоянному и переменному току для транзистора КТ315А.

Р
ис. 8. Изменения входного сопротивления по постоянному току и переменному току транзистора КТ315 при работе в активном режиме.

Результаты вычислений сохраняются в рабочем Word-файле.

Передаточную характеристику транзистора следует получить только для активного режима работы транзистора при напряжениях на коллекторе U_КЭ=0.1*U_{К max} и U_КЭ=0.5*U_{К max}. Поэтому в окне задания на анализ DC.. в границах изменения второй переменной необходимо внести коррекцию (оставить одно напряжение) и восстанавливаются границы изменения тока базы, как и при получении входных характеристик. В окошке задания построения графика по оси Х вводится напряжение на базе как Ube(Q1), а по оси Y - ток коллектора как Ic(Q1). По передаточной характеристике определяется крутизна транзистора (S=dIк/dUбэ), которая зависит от тока эмиттера Ie транзистора. Для получения данной зависимости следует указать в окне заказа параметров анализа DC.. (DC AnaysisLimits) построение графика под номером 2, у которого по оси Х указать Ie(Q1), а по оси Y – del(Ic(Q1))/del(Vbe(Q1)). Пример оформления заказа параметров анализа приведен на рис. 9, а полученные по нему результаты на рис. 10.

Р
ис. 9. Окно заказа анализа для получения передаточной характеристики

Р
ис. 10. Передаточная (сквозная) характеристика (верхний график) и зависимость крутизны (нижний график) транзистора КТ315А.

По результатам моделирования входной характеристики транзистора можно построить зависимости коэффициента усиления тока в схеме ОЭ как по постоянному току (B=Iс/Ib ), так и по переменному току (β=dIc/dIb). Для получения дынных зависимостей форма оформление окна DC Analysis Limits показана на рис. 11, а результаты моделирования на рис. 12.

Р
ис. 11. Окно заказа параметров анализа DC.. для получения зависимостей коэффициентов усиления транзистора по постоянному и переменному току.

Рис. 12. Зависимости коэффициентов усиления транзистора КТ315А по постоянному и переменному току от тока эмиттера.

Все полученные характеристики и зависимости необходимо сохранить в своем рабочем Word-файле.