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

Текст из файла

Московский государственный технический университет

им. Н .Э Баумана

Отчет по лабораторной работе

Исследование полупроводниковых приборов

Выполнил Проверил

ст. гр. …………. доц. каф. РЛ-1

………………..(ф.И.О.) Созинов Б.Л.

Москва 2005г.

Цель работы: изучит вольтамперные характеристики полупроводникового диода марки и биполярного транзистора марки .

Задача работы: освоить метод моделирования ВАХ полупроводниковых приборов в среде МС7, на базе полученных результатов определить параметры приборов и их зависимость от температуры и координат рабочей точки.

Часть 1. Исследование статических ВАХ полупроводникового диода.

1. Паспортные параметры диода 12CC12:

Imax = 1А – максимальный ток через диод, при превышении которого происходит разрушение p-n перехода из-за превышения допустимой плотности тока;

Uпр = 1B. – прямое напряжение на диоде при номинальном прямом токе (состоит из падения напряжения на p-n переходе и базовой области диода);

Uобр.макс.=150 В. – максимальное обратное напряжение допустимое напряжение н а диоде, при превышении которого происходит пробой p-n перехода.

Приведенные параметры диода являются основой, в пределах которых проводится исследование ВАХ диода 12CC12 в среде МС7.

1. Исследование прямой ветви ВАХ модели полупроводникового диода 12СС12. Получение зависимостей сопротивления диода по постоянному (R) и переменному (r) току от тока через диод.

Д
ля получения прямой ветви ВАХ исследуемого диода на рабочем поле МС7 набрана схема, представленная на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема для исследования прямой ветви ВАХ полупроводникового диода.

Для получения прямой ветви ВАХ диода использован вид анализа в МС7 расчет передаточных характеристик (DC…), где в качестве независимой переменной выбран источник тока I1. Пределы изменения тока источника I1 были заданы согласно паспортным данным (0 – 1А). Моделирование проведено для трех температур: 27^оС, 37^оС, 47^оС. Результаты моделирования представлены на рис. 2.

Р
ис.2. Прямая ветвь ВАХ полупроводникового диода 12СС12, полученная для трех температур окружающей среды (27^оС, 37^оС, 47^оС).

Из результатов моделирования следует, что пря прямом смещении ток через диод возрастает по экспоненциальной зависимости. Изменение температуры окружающей среды приводит к уменьшению падения напряжения на диоде 12ССС12 приближенно на 0.7 мВ на 1^оС. При расчете схем нелинейность прямой ветви ВАХ диода можно учесть заменой диода эквивалентным сопротивление по постоянному Rd и переменному току rd. Сопротивление по постоянному току определим как

Rd=Ud/Id

где Ud и Id – падение напряжения и ток через диод. Сопротивление по переменному току определим как

Rd= Ud/I

где Ud и I – приращение напряжения на диоде и соответствующее приращение тока через диод.

При моделировании ВАХ диода в МС7 в режиме анализа DC… зададим команду на вычисление сопротивления по постоянному току в виде функции V(D1)/I(D1) в окне построения графика по оси Y, сопротивления по переменному току в виде функции del(V(D1))/del(I(D1)) в окне построения графика по оси Y. Моделирование было проведено при изменении тока через диод от 0.1Imax до Imax. Результаты моделирования представлены на рис. 3.

Р
ис. 3. Изменения эквивалентных сопротивлений диода по постоянному и переменному току в зависимости от тока через диод I(D1).

Проведенные расчеты показывают, что с ростом тока через диод сопротивления диода уменьшаются. Во всем изменения тока через диод сопротивление по переменному току остается меньше сопротивления по постоянному току.

1. Исследование обратной ветви ВАХ диода 12CC12 и влияние на нее температуры окружающей среды.

Для исследования обратной ветви ВАХ диода 12СС12 на рабочем поле была набрана схема, представленная на рис. 4.

Р
ис. 4. Схема для измерения обратной ветви ВАХ диода..

После набора схемы был проведен расчет по постоянному току (вид анализа – Dynamic DC), результаты которого приведены на рис. 4. При обратном напряжении Ud=-140 B ток через диод составляет всего Id=140 нА. Для получения обратной ветви ВАХ диода использован анализ DC…, где в качестве независимой переменной выбран источник напряжения (V1). Пределы его изменения согласованы с паспортными данными (Ud.max=150 B). Результаты расчета в МС7 представлены на рис. 5.

Р
ис. 5. Обратная ветвь ВАХ диода 12СС12, полученная для трех температур окружающей среды: 27^оС. 37^оС, 47^оС.

Из полученных результатов следует, что у диода 12СС12 обратный ток через диод в основном определяется токами утечки из-за несовершенства изоляторов. Поэтому связь между током Id и напряжением Ud линейна и не зависит от температуры окружающей среды (пределы изменения температуры от 27^оС до 47^оС).

Часть 2. Характеристики и параметры биполярного транзистора КТ502А.

1. Паспортные данные на транзистор КТ502А, необходимые для проведения моделирования его вольтамперных характеристик.

Рк.макс.=350 мВт – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе (при превышении данной мощности происходит «перегрев» коллекторной области, что приводит к необратимым разрушением p-n перехода);

Uкб.макс=40 В. – максимально допустимое напряжение на коллекторном переходе (при превышении данного напряжения наступает пробой коллекторного перехода);

Iк.макс.=150 мА – максимальный коллекторный ток (максимальный ток через переход определяется допустимой плотностью тока, при превышении которого происходит разрушение p-n перехода, как любого проводника);

h_21э=40…120 – коэффициент усиления тока транзистора в схеме ОЭ.

Для моделирования было принято, что транзистор обладает коэффициентом усиления

h_21э =( h_21э.мин * h_{21э.макс})^1/270

Моделирование было проведено в диапазоне изменения напряжения на коллекторе и тока коллектора согласно паспортным данным. Максимальный ток базы был определен из условия

Iб.макс=Iк.макс/ h_21э = 150 мА / 70 2 мА

1. Статические выходные характеристики транзистора КТ502А

Для получения семейства статических выходных характеристик модели транзистора КТ502А на рабочем поле МС6 была набрана схема, показанную на рис. 6.

Р
ис. 6. Принципиальная схема для моделирования ВАХ транзистора.

После составления электрической схемы был проведен ее расчет по постоянному току (Dynamic DC), результаты которого показаны на рис. 6. Из него следует, что при токе коллектора Iк=146 мА ток базы Iб=2 мА, т.е. модель транзистора имеет коэффициент усиления тока h_21э =73.

Семейство выходных характеристик транзистора КТ502А получено при использовании анализ DC…, в котором в качестве первой независимой переменной использован источник выходного напряжения (пределы изменения от 20 В до 0 В), в качестве второй переменной – генератор тока I1 (набор от 3.2 мА до 0.4 мА с шагом 0.4 мА). Результаты расчета приведены на рис. 7.

Рис. 7. Выходные характеристики транзистора КТ502А.

Все выходные характеристики транзистора в активном режиме (Uкэ>0.4 B) представляют собой прямые линии, угол которых к оси х характеризует сопротивление транзистора со стороны коллектора по переменному току. По каждой ветви выходной характеристики было вычислено выходное сопротивление транзистора КТ502А как

rk=Uk/Ik,

где Uk и Ik – приращения напряжения между коллектором и эмиттером и соответствующее ему приращение коллекторного тока при постоянном токе базы. Изменение выходного сопротивления транзистора от тока коллектора при активном режиме работы представлено на рис. 8.

Рис. 8. Изменение выходного сопротивления rk транзистора КТ502А от тока коллектора Ik.

Из результатов расчета следует, что с ростом тока транзистора его выходное сопротивление уменьшается. Для транзистора средней мощности (на примере КТ502А) выходное сопротивление меняется в диапазоне 500 – 2 000 Ом.

1. Статические входные и передаточные характеристики транзистора КТ502А, включенного по схеме ОЭ.

Для получения статических входных характеристик был использован анализ DC…, где в качестве первой независимой переменной использован генератор тока I1 с пределами изменения от 3.2 мА до 0; второй независимой переменной – источник питания выходной цепи V1. Входные характеристики получены для трех значений напряжения V1 (5, 2 и 0 В). Пределы изменения переменных выбраны из учета, что мощность рассеиваемая на коллекторе Рк=Ik*Uk < Pk.max и Ik < Ik.max. Полученные входные характеристики представлены на рис. 9.

Р
ис. 9. Входные характеристики транзистора КТ502А.

По своей форме входные характеристики транзистора КТ502А близки к экспоненциальной зависимости. Изменение напряжения на коллекторе в активном режиме не влияет на входную характеристику (при Uk=2 B и Uk=5 B характеристики совпадают). При выходе транзистора в режим насыщения (Uk=0) входная характеристика сдвигается «влево».

По входной характеристике опрелены входные сопротивления транзистора КТ502А по постоянному (R=Ube/Ib) и переменному (r=dUbe/dIb) току. Входные сопротивления транзистора за висят от координаты рабочей точки (тока эмиттера Ie и напряжения между коллектором и эмиттером Uke). Вычисления проведены для активного режима работы транзистора, т.е. в той области, где входные характеристики сливаются в одну. Результаты вычислений представлены на рис. 10. Для вычисления производных функций в МС7 предусмотрена функция del().

Р
ис. 10. Изменения входных сопротивлений транзистора по постоянному току (Vbe(Q1)/Ib(Q1)) и переменному (del(Vbe(Q1))/del(Ib(Q1))) току в зависимости от эмиттерного тока Ie(Q1) при работе транзистора в активном режиме (Uke(Q1)=2 B).

Из представленных зависимостей видно, что с ростом тока эмиттера входные сопротивления уменьшаются, при этом в активном режиме сопротивление по переменному току транзистора более, чем на порядок меньше сопротивления по постоянному току.

В активном режиме усилительные свойства транзистора можно отразить его коэффициентом передачи тока базы в коллекторную цепь. Коэффициент передачи тока был определен как по постоянному току (В=Ik/Ib), так и по переменному току (b=dIk/dIb). Полученные изменения коэффициентов передачи тока в зависимости от тока эмиттера показаны на рис. 11.

Р
ис. 11. Изменения коэффициента передачи тока базы транзистора КТ502А по постоянному (сплошная линия) и переменному (пунктирная линия) току в зависимости от тока эмиттера.

Из представленных зависимостей изменения коэффициентов передачи тока транзистора В и  следует, что транзистор КТ502А предназначен для работы в схемах с эмиттерными токами от 0.1 мА до 100 мА, в диапазоне которого коэффициенты передачи тока базы уменьшаются не более, чем на 20%.

В ряде случаев усилительные свойства транзистора отражаю передаточной характеристикой, показывающей изменения тока коллектора Ic(Q1) от напряжения база – эмиттер Vbe(Q1). Для получения данной характеристики был использован анализ DC… с первой независимой переменной генератора тока I1. Результаты вычислений представлены на рис. 12.

Р
ис. 12. Передаточная характеристика транзистора КТ502А в активном режиме (Vke= 2B).

По передаточной характеристике была определена крутизна транзистора как S=dIk/dVbe и ее зависимость от тока эмиттера Ie.

Р
ис. 13. Изменение крутизны транзистора КТ502А от тока эмиттера при активном режиме работы.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы