Иванов С.Р. - Три схемы включения транзистора (1063963)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский Государственный Технический Университетимени Н.Э.БауманаC . Р . ИвановТРИ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРАМетодические указания к выполнению лабораторных работпо курсу « Микроэлектроника »Москва2006Лабораторная работа № 2. ТРИ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРАЦель работы – изучить, как влияют различные способы включения биполярноготранзистора и величина сопротивления нагрузки на свойства усилительного каскада.Теоретическая частьТранзистор (от англ. transfer — переносить иresistor — сопротивление)(в дальнейшемтранзистор-Т.), электронный прибор на основеполупроводникового кристалла, имеющий три(или более) вывода, предназначенный дляусиления , генерирования и преобразованияэлектрических колебаний.В биполярных Т. (которые обычно называютпросто Т.) ток через кристалл обусловлен движением носителей заряда обоих знаков.Такой Т. представляет собой монокристаллическую полупроводниковую пластину, вкоторой с помощью особых технологических приёмов созданы 3 области с разнойпроводимостью: дырочной (p) и электронной (n).

В зависимости от порядка ихчередования различают Т. p—n—p-типа и n—p—n-типа. Средняя область (её обычноделают очень тонкой) — порядка нескольких мкм, называется базой, две другие —эмиттером и коллектором. База отделена от эмиттера и коллектора электроннодырочными переходами (р—n-переходами): эмиттерным (ЭП) и коллекторным (КП). Отбазы, эмиттера и коллектора сделаныметаллические выводы.Рассмотрим физические процессы,происходящие в Т., на примере Т. n—p—n-типа .К ЭП прикладывают напряжение Uбэ, котороепонижает потенциальный барьер перехода и темсамым уменьшает его сопротивлениеэлектрическому току (то есть ЭП включают внаправлении пропускания электрического тока,или в прямом направлении), а к КП — напряжение Ukб, повышающее потенциальныйбарьер перехода и увеличивающее его сопротивление (КП включают в направлениизапирания или в обратном направлении).

Под действием напряжения Uбэ через ЭП течётток iэ, который обусловлен главным образом перемещением (инжекцией) электронов изэмиттера в базу. Проникая сквозь базу в область КП, электроны захватываются его полеми втягиваются в коллектор. При этом через КП течёт коллекторный ток ik. Однако не всеинжектированные электроны достигают КП: часть их по пути рекомбинирует сосновными носителями в базе — дырками (число рекомбинировавших электронов темменьше, чем меньше толщина базы и концентрация дырок в ней).

Так как вустановившемся режиме количество дырок в базе постоянно, то это означает, что частьэлектронов уходит из базы в цепь ЭП, образуя ток базы iб таким образом, iэ = ik + iб.Обычно iб<< ik, поэтому ik  iэ и ik  iэ. Величина  = ik/iэ называется коэффициентомпередачи тока (иногда — коэффициентом усиления по току), зависит от толщины базы ипараметров полупроводникового материала базы и для большинства Т.

близка к 1. Всякоеизменение Uбэ вызывает изменение iэ (в соответствии с вольтамперной характеристикойp—n-перехода) и, следовательно, ik.В транзисторных схемах источник сигнала может включаться в цепь базы или эмиттера,нагрузка – в цепь коллектора или эмиттера, а третий электрод транзистора оказываетсяобщим для входной и выходной цепи.рис.1В зависимости от того, какой электрод транзистора оказывается общим, различают схемыОЭ (с общим эмиттером), ОБ(с общей базой) и ОК (с общим коллектором), показанные нарис.

1 и рис.2В этих схемах конденсаторы С1 и С2 служат для связи каскада с источником сигнала инагрузкой на переменном токе и исключают в то же время влияние источника сигнала инагрузки на режим работы каскада по постоянному току. Резисторы R1, R2, Rк и Rэобеспечивают выбранный режим работы транзистора в активной области, т.е. выбранноеположение рабочей точки на вольт -амперных характеристиках транзистора. КонденсаторС3 выполняет роль блокировочного конденсатора, исключая из работы на переменномтоке резистор Rэ (каскад ОЭ) или делитель напряжения в цепи базы R1, R2 (каскад ОБ), итем самым обеспечивает присоединение эмиттера (базы) к общей точке схемы.рис.2Принципиальные схемы каскадов: а) ОЭ, б) ОБ, в)ОКДля анализа транзисторных схем важно знать, как связаныэлектродные токи и напряжения между выводамитранзистора, т.е.

знать вольт -амперные характеристики.При анализе каскада ОЭ удобно пользоватьсязависимостями I б  f 1 (U бэ ,U кэ ) и I к  f 2 (U кэ , I б ) . Первыеиз них называются семейством входных, а вторые –семейством выходных характеристик. Их типичный видприведен на рис. 3. Здесь же приведена построенная нагрузочная прямая по постоянномутоку и выбранная на ней рабочая точка транзистора А с координатами I КА ,U КЭА , I бА ,которая отображена также на семействе входных характеристик и имеет координатыI бА ,U бэА , I кэА .

Для построенной нагрузочной прямой I к  ( Е К  U КЭ ) ( R К  R Э ) (рис.3а)транзистор будет работать в активном режиме при токах базы в диапазоне I КО  I бН . Вусилительных схемах транзистор работает в активном режиме, когда эмиттерный переходсмещен прямо (для p-n-p транзистора U БЭ  0 ), а коллекторный – обратно ( U БК  0 ). Приэтом транзистор обладает усилительными свойствами и токи его электродов связанымежду собой через статические коэффициенты передачи по току транзистора B и B  I К / I Б , B  1  I Э / I Б ,   I К I Э , откуда следует, что B   (1   ),   B B  1 .а) выходная характеристика транзисторав) передаточная характеристикаб) входная характеристика транзистораг) переходная характеристикаРис.

3. Статические вольт- амперные характеристики транзистора: а) выходные,б) входныеРис. 4. МалосигнальнаяТ-образная эквивалентнаясхема транзистораРис. 5 Эквивалентная схема каскада ОЭдля диапазона средних частотДля оценки параметров усилителя его принципиальную схему преобразуют вэквивалентную, в которой транзистор замещается своей малосигнальной эквивалентнойсхемой рис. 4.Нас интересуют формулы для K U , K i , K p , R вх иR вых в диапазоне средних частот. На этихчастотах можно не учитывать частотную зависимость коэффициента передачи по току иемкость C КЭ (она отбрасывается). Емкости конденсаторов С1, С2 и С3 выбираютнастолько большим, чтобы на средних частотах их сопротивление было пренебрежимомалым по сравнению с суммарным сопротивлением окружающих их резисторов. Поэтомув эквивалентной схеме на рис.

5 они представлены коротко-замкнутыми ветвями. То жеотносится и к источнику питания E K , так как схема на рис. 5 справедлива только дляпеременных составляющих токов и напряжений. С учетом сказанного резисторы R 1 и R 2 ,так же как и резисторы R K и R H ( R H - нагрузка, подключаемая к выходным клеммамусилителя), оказываются соединенными параллельно.ПараСхема включения транзистораметрОЭОБОКR вхТрRвхR вхТр // R бRбKiR б  R вхТрBRKuRвыхB 1BR ЭRKRK  RHBRR вхТрR Г  rб  r ЭR Г  R в хТр/KHR вхТр~ RKR Г  rб  r Э/GRKR Э  R вхТр B  1 R K  R HKH~ RKR// R ЭвхТрRR б ( B  1) R Эб/ R вхТр  ( B  1) R ЭН  R Э  R Н B  1R ЭНR вхТр   B  1R ЭН/R Г  rб R Э // rЭ B1R Г  rб  rЭ  R ЭН/R Г  B  1   R в хТр  B  1  R ЭН // R б/R Г  R в хТр   B  1  R ЭН/.

Поэтому в эквивалентной схеме фигурируют R б  R1 // R 2 и R KH  R K // R H . Аналогичноможно получить эквивалентные для каскадов ОБ и ОК. Применяя к эквивалентнымсхемам каскадов известные методы анализа электрических цепей (например, методконтурных токов), можно получить приближенные формулы для оценки основныхпараметров усилительных каскадов, представленные в таблице. В этих формулах/R ЭН  R Э // R Н , R вхТРОЭ  rб  rэ ( В  1) , где rэ  26 мВ / I ЭА , R Г  R Г R б /( R Г  R б ), а R Г –внутреннее сопротивление источника сигнала. Для всех схем К Р  K U K i .рис.6Рис.8рис.7АЧХ.Верхняя граничная частота полосы пропускания (наэтой частоте U вых в 2 раза меньше, чем на среднейчастоте) транзисторного каскада зависит отпараметров транзистора f h 21 б , B , C K , rб и rЭ ,нагрузки R Н , С Н , внутреннего сопротивленияисточника сигнала R Г и схемы включениятранзистора. Для любого усилительного каскада1f в  ( 2 в ) , где  в  G  в  C КЭ R КН   С Н R KH .

Впоследней формуле B   B  12 f h 21 б , C KЭ  С K ( B  1) , а коэффициентG для каждой схемы включения транзисторавычисляют по формулам таблицы.Описание макетаИсследуемая в работе схемапредставлена на рис. 9. С помощьюпереключателей расположенных напередней панели лабораторнойустановки, можно путемсоответствующей коммутацииэмиттерной, базовой и коллекторнойцепей транзистора собрать любой из трехусилительных каскадов (ОЭ, ОБ или ОК).Для оценки входного тока усилителяслужат измерительные резисторы R1(ОЭ,рис.9 Схема макета.ОК) и R6 (ОБ). При этом i вх  (U Г  U вх ) R изм , где U Г - напряжение на клеммахгенератора, U вх - напряжение на входе усилителя (за измерительным резистором).При оценке выходного сопротивления усилителя R вых  U выхХХ / i выхКз будем считать, чтохолостой ход на выходе усилителя возникает, если установить R Н  R Нмакс , а режимкороткого замыкания - при R Н  R Нмин , так как других возможностей даннаялабораторная установка не предоставляет.Питание усилительного каскада осуществляется от источника G1, напряжение на выходекоторого устанавливают 10 В.В исследуемой схеме стоит маломощный низкочастотный транзистор МП42А( ( f h 21 б  1  3 мГц , В  30  50 , rб  200 Ом , С К  30 пФ , Р КМакс  200 мВт ) .Резисторы иконденсаторы имеют следующие номиналы: R1=1кОм; R2=11кОм; R3=5,1кОм;R4=R5=R9=3,6кОм; R6=47Ом; R7=20 Ом; R8=510 Ом; R10=10кОм;C1=C2=C3=20,0мкФ.МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХВ EWB -5.12 pro.Схему начинают создавать странзистора, щелкнув мышкойпо транзистору,выбираем любой реальныйтранзистор из библиотеки ,входят в режим редактирования Edit и в соответствиисо справочными данными изменяютпараметры ,далее кнопку Rename,OK-транзистор готов.ток насыщениякоэффициент усилениякоэффициент усиления при инверсном вкл.объемное сопротивление базысопротивление эмиттерасопротивление коллектораемкость на подложкеемкость эмиттерного переходаемкость коллекторного переходапотенциал база-эмиттерпотенциал база-коллекторвремя переноса заряда через базувремя переноса заряда через базу винверсном включениикоэффициенты плавности эм.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги