L_4 (Конспекты лекций)

PDF-файл L_4 (Конспекты лекций) Микроэлектроника и схемотехника (МиС) (17485): Лекции - 4 семестрL_4 (Конспекты лекций) - PDF (17485) - СтудИзба2018-01-09СтудИзба

Описание файла

Файл "L_4" внутри архива находится в папке "Конспекты лекций". PDF-файл из архива "Конспекты лекций", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "микроэлектроника и схемотехника (мис)" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "микроэлектроника и схемотехника (мис)" в общих файлах.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

1Лекция № 4.(Продолжение темы лекции № 3)БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕПлан1. Введение.2. Физическая и математическая модель биполярного транзистора (модель Эберс-Молла).3. Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов в схемевключения с ОБ.4. Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов в схемевключения с ОЭ.5. Статические параметры транзистора по переменному току.6.

Силовые мощные полупроводниковые приборы.7. Теоретическое обобщение по теме.1. ВведениеВ справочной литературе для биполярных транзисторов обращает на себя внимание тот факт, что один и тот же транзистор в разных схемах включения имеет разные характеристики и разные параметры. Следовательно, вданном курсе обязательно предусмотрен процесс исследования биполярныхтранзисторов в статическом режиме, то есть в режиме без нагрузки. При исследовании выявляются собственные «возможности» транзистора, в соответствии с которыми в дальнейшем его можно рассматривать применительно крабочему режиму.

Поэтому, после теоретической части, студент в лабораторных условиях займётся исследованием транзистора в статическом режимеи определением статических параметров по ВАХ, полученным в результатеэксперимента.2. Физическая и математическая модели биполярного транзистораПрежде чем перейти непосредственно к моделям, сделаем некоторыеуточнения по поводу возможных режимов транзистора2Транзистор работает как в режиме малого сигнала, так и в режимебольшого сигнала.Модели для режим малого сигнала содержат только линейные элементыи моделируют характеристики вблизи рабочей точки, то есть такие моделислужат для анализа переменных составляющих токов и напряжений, имеющих малую величину.Модели для режим большого сигнала учитывают нелинейность характеристик транзистора.Как и для диода, математическая модель транзистора ─ это совокупность эквивалентной схемы и математических выражений, которые описывают элементы электронной схемы.Выше было отмечены, что модели могут быть простейшими и обрабатыватьих можно вручную.Для более сложных цепей используется компьютерное моделирование.В 1954 г.

учёные Эберс и Молл предложили первую удобную для анализа статических характеристик модель транзистора (рис.4.1), которая позволила моделировать все режимы работы биполярного транзистора.ЭαiI2αnI1ЭПКПКI2I1БРис.4.1. Физическая модель Эберса –Молла с двумя источниками тока3В модели Эберса –Молла два генератора тока, которые управляются токами транзистора.В предложенной модели:I 1 и I 2 ─ токи инжекции из эмиттера и коллектора соответственно;α n I 1 и α i I 2 ─ токи экстракции (генераторы тока в цепи коллектора иэмиттера соответственно; именно эти источники тока отражают взаимодействие p-n-переходов транзистора).В модели оба перехода работают и в режиме инжекции, и в режиме экстракции. Режим двойной инжекции как бы подчёркивает, что переходы втранзисторе равноправны.С помощью математических выражений опишем все элементы модели:I1 = I э0 (еuэбϕt−1); ,I 2 = I к 0 (еuкбϕt−1),где токи I э0 и I к0 ─ это тепловые токи (токи насыщения).

Эти токи значительно меньше обратных токов в транзисторе. При схемотехническом моделировании этот факт необходимо учитывать.В соответствии с первым законом Кирхгофа:Общий ток через эмиттерный переход равенI = I1 − α i I 2;э(4.1)Общий ток через коллекторный переход равенI = α n I1 − I 2.к(4.2)= I э− I к.(4.3)Ток базы равенIбРазвернём выражения (3.1; 3.2.; 3.3) более подробно:I = I э0 (е u эб ϕ t − 1) − α I к 0 (е u кб ϕ t − 1)iэ(4.4)I = α n I э0 (е u эб ϕ t − 1) − I к 0 (е u кб ϕ t − 1)к(4.5)Iб= (1 − αNu ϕu ϕ) I эо (e э t − 1) + (1 − α i ) I ко (е k t − 1).(4.6)Уравнения (4.4); (4.5); (4.6) и есть математическая модель ЭберсаМолла4Уравнения (4.4) и (4.5.) дают возможность использовать математическую модель транзистора с одним источником тока.

Модель при этом усложняется и ручной анализ провести будет затруднительно, поэтому для анализа таких моделей необходимо использовать компьютерное моделирование(пакеты программ Micro-Cap, PSPISE и др.).В заключение темы по модели транзистора надо отметить, что модельЭберс-Молла в таком виде учитывает не все процессы, протекающие в транзисторе. Например, чтобы отразить в модели динамические процессы, необходимо ввести такие элементы как конденсаторы, которые отражают фактвлияния на ток коллектора переменной составляющей напряжения междуколлектором и эмиттером.

Модель при этом ещё более усложняется.3. Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов n-p-nтипа в схеме включения транзистора с ОБ.На рис.4.2а, б представлены семейства входных и выходных ВАХ (соответственно) биполярного транзистора, включенного по схеме с ОБ. При исследовании зависимости входного тока от входного напряжения, для чистотыэксперимента, каждая входная ВАХ исследуется при постоянстве выходногоколлекторного напряжения.Нетрудно оправдать такой ход входной ВАХ транзистора: входная цепьтранзистора ─ это прямосмещённый эмиттерный переход, а зависимостьпрямого тока идеального p-n-перехода от прямого напряжения описываетсяuклассическим уравнениемaϕI пр = I 0 (е t − 1).Применительно к входной цепи транзистора зависимость входного токаuот входного напряжения выглядит аналогичноI э = I э0 (еэбϕt − 1).5мА IэUкб3= 4ВРк.допUкб2= 2ВIкUкб1= 02обл1обл- UэбL–UкбEа).MF3облIЭ4= 6,0 мАIЭ3= 4,0 мАIЭ2= 2,0 мАIЭ1= 0 UкбKб).Рис.4.2.

Статические ВАХ транзистора в схеме с ОБ: а ─ семейство входныхВАХ, б ─ семейство выходных ВАХСемейство трёх входных ВАХ, снятое при постоянных напряжениях наколлекторе (рис.4.2а), представляет собой узкий пучок характеристик, чтоговорит о том, что влияние выходного коллекторного напряжения на режимвходной цепи очень слабое (незначительная внутренняя обратная связь).Тем не менее, эта зависимость есть, и объяснить ее можно с помощью эффекта Эрли.Влияние эффекта Эрли на ход входных ВАХ заключается в следующем.Изменение коллекторного напряжения приводит к изменению ширины базы.Поскольку ток эмиттера, а значит, и градиент концентрации носителей заданы, изменение ширины базы приводит к изменению граничной концентрацииносителей, а это связано с изменением напряжения на эмиттерном переходе.Из-за слабого влияния выходного напряжения на режим входной цепи всправочной литературе приводится одна, максимум две входных ВАХ, причём, для расчётов можно использовать только ту, которая снята при напряжении на коллекторе, отличном от нуля.

Именно её принимают за рабочую иведут по ней расчёты.При исследовании зависимости коллекторного тока от коллекторногонапряжения (рис.4.2б), для чистоты эксперимента необходимо устранитьвлияние входного тока на коллекторный ток, то есть, каждая из характеристик в семействе выходных ВАХ исследуется при строгом постоянстве входного тока базы.6На выходных ВАХ транзистора видны два различных режима работытранзистора − активный (первый квадрант) и режим двойной инжекции(второй квадрант).Нормальный активный режим (при U кб > 0): эмиттерный переход находится под прямым напряжением, а коллекторный − под обратным.

Ток в цепиколлектораI = α n I э + I кбо .кНаклон выходных коллекторных характеристик показывает слабую зависимость коллекторного тока от коллекторного напряжения. Воспользуемсяявлением эффекта Эрли, чтобы объяснить эту, всё-таки существующую, зависимость.Влияние эффекта Эрли на наклон выходных коллекторных характеристик объясняется влиянием коллекторного напряжения на ширину запрещенной зоны, а, потому, и на сопротивление коллекторного перехода, и, таким образом, на коллекторный ток. Следовательно, дифференциальное сопротивление коллекторного перехода обусловлено эффектом Эрли, поэтомуполное выражение для коллекторного тока с учетом эффекта Эрли будетI = α I э + I кбо + ∆U кб rк .кКогда коллекторный переход находится в обратносмещённом состоянии, поле перехода будет ускоряющим для носителей, впрыснутых в базу изэмиттера, поэтому, даже при U кб = 0 ток коллектора почти сразу достигаетсвоего максимального значения.

Выходные ВАХ транзистора в схеме с ОБаналогичны ВАХ диода, находящегося под обратным напряжением.Учитывая очень слабую зависимость коллекторного тока от коллекторного напряжения в активном режиме, можем рассматривать транзистор вэтом режиме как источник тока, управляемый током базы.В режим двойной инжекции или насыщения (при U кб < 0 на рис.3.2б)эмиттерный и коллекторный переходы находятся под прямым напряжением.Для режима двойной инжекции характерен спад коллекторного тока при неизменном токе эмиттера. Это − результат встречной инжекции со стороныколлектора.7Например, если возникнет необходимость регулировки коллекторноготока от максимального значения до нуля, сохранив при этом ток эмиттеранеизменным, то достаточно сменить полярность напряжения на коллекторе(см.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5057
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее