лаба 3 мис (1077155)

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

Текст из файла

М Г Т У им. Н.Э. Баумана.

Кафедра ЭВМ и С.

Исследование характеристик биполярных транзисторов.

Методические указания

к лабораторной работе по курсу «Микроэлектроника и схемотехника"

для студентов специальности 22.02 "Автоматизированные

системы обработки информации и управления".

Лабораторная работа №3

Исследование характеристик биполярных транзисторов.

МОСКВА 2003

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Теоретическая часть.

1. Принцип действия транзистора.

2. Модели биполярных транзисторов.

1.2.1. Т-образная модель биполярного транзистора для схемы ОБ.

1.2.2. Т-образная модель биполярного транзистора для схемы ОЭ.

1.2.3. Модель биполярного транзистора Эберса-Молла.

1.2.4. Модель биполярного транзистора Гуммеля-Пуна.

1.3. Н-параметра транзистора.

2. Задание. 10

Таблица 1 11

Приложение 1. Параметры биполярных транзисторов в EWB.

Приложение 2. Анализ схем по постоянному току в EWB.

П2.1. Построение ВАХ.

П2.2 Построение передаточных характеристик.

Список литературы.

Лабораторная работа №3.

Цель работы – исследование и построение вольтамперных (ВАХ) и определение h –параметров биполярных транзисторов.

Продолжительность работы – 2 академических часа.

1. Теоретическая часть.

Для расчета рабочей точки схемы на транзисторах необходимы ВАХ полупроводникового прибора. ВАХ можно взять из справочника по полупроводниковым приборам или построить их с помощью программы Electronics WorkBench. (EWB) Для определения рабочей точки необходимы две ВАХ – входная характеристика и выходная характеристика. Входная характеристика – зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллектор-эмиттер и выходная характеристика – зависимость тока коллектора ( ) от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы .

1. Принцип действия транзистора.

Транзистор имеет два взаимодействующих p-n перехода и три внешних вывода. В зависимости от типа проводимости центрального слоя различают p-n-p и n-p-n транзисторы. В данной работе будет использоваться p-n-p транзистор (рис. 1.1).

Переход, обычно смещенный в прямом направлении, называется эмиттерным, а соответствующий слой n – типа – эмиттером. Центральный слой называется базой. Второй p-n переход, смещенный в обратном направлении, называется коллектором.

В равновесном состоянии (напряжение смещения не подано) результирующие токи через переходы равны нулю. Приложим к эмиттерному переходу напряжение в прямом направлении. Высота потенциального барьера эмиттерного перехода понизится и возрастет диффузионный поток дырок из эмиттера в базу (потоком электронов из базы в эмиттер можно пренебречь т.к. он мал).

На коллекторный переход подается достаточно большое отрицательное смещение, в результате чего потенциальный барьер у коллекторного перехода сильно возрастает. При этом диффузия дырок из коллектора в базу отсутствует. Ток коллектора образован потоком неосновных носителей заряда дырок из базовой области, p_n и электронов из коллекторной области, n_p. (рис. 1.2).

У биполярного транзистора можно выделить четыре этапа переноса носителей заряда от эмиттера к коллектору:

• инжекция электронов из эмиттера в базу;

• диффузия и дрейф электронов в области базы;

• рекомбинация электронов в области базы, в результате чего появляется ток базы;

• экстракция электронов в области коллектора.

Если исключить инжекцию дырок в базу через эмиттерный переход (разомкнуть эмиттерную цепь, I_Э = 0), то через коллекторный p-n переход будет протекать только тепловой ток I_Ko . При I_Э > 0; дырки, инжектированные в базу из эмиттера, диффундируют по объему базы, и часть их достигает коллекторного перехода, электрическое поле которого является ускоряющим для дырок базовой области, и общий поток дырок через коллекторный переход возрастает.

Таким образом, величина тока протекающего через коллекторный переход зависит от величины тока протекающего через эмиттерный переход. Для того, чтобы большая часть инжектированных в базу дырок достигала коллекторного перехода, толщину базы W в транзисторе делают значительно меньше диффузионной длины свободного пробега дырок Lp, а площадь коллекторного перехода больше площади эмиттера. Однако часть дырок успевает рекомбинировать внутри базы, образуя ток базы:

_, (1.1.1)

Связь между приращениями эмиттерного и коллекторного токов характеризуется коэффициентом передачи тока:

при . (1.1.2)

Так выглядит в основных чертах механизм управления коллекторным током с помощью тока через эмиттерный переход. Но в транзисторе наблюдается и обратное явление : влияние коллекторного напряжения на напряжение эмиттерного перехода.

Это влияние называется обратной связью по напряжению и учитывается с помощью коэффициента обратной связи по напряжению

при .

Обратная связь по напряжению возникает из – за эффекта модуляции толщины базы, причина которого состоит в том, что при увеличении коллекторного напряжения расширяется коллекторный переход, сосредоточенный в области базы, а следовательно уменьшается толщина базы.

Изменение толщины влияет на распределение дырок вдоль базы, вызывая увеличение концентрации дырок у эмиттерного перехода, что равносильно увеличению напряжения смещения на нем.

Эффект модуляции толщины базы приводит к увеличению выходной проводимости и изменению коэффициента передачи эмиттерного тока.

Различают три схемы включения транзистора с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). (рис. 1.3)

Характеристики и параметры для разных схем включения различны. Наибольшее распространение получили усилители с общим эмиттером и с общей базой.

При включении с ОБ входным параметром является ток эмиттера, а выходным ток коллектора.

, (1.1.3)

где I_Ko - тепловой ток коллекторного перехода при I_Э = 0,

• - коэффициент передачи по току схеме с ОБ.

Семейство коллекторных (входных) характеристик транзистора I_K=f (U_K) при I_Э=const представлены на рис. 1.4.

На характеристиках видны два резко различных режима работы транзистора : активный режим, соответствующий U_K<0 и режим насыщения при U_K>0 (второй квадрант). Активный режим описывается уравнением (1.3.1), из которого видно, что коллекторный ток не зависит от напряжения.

Семейство входных характеристик с ОБ описывается уравнением (2) представлено на рисунке 1.5.

, (1.1.4)

где .

I_Эо - тепловой ток эмиттерного перехода при I_K=0;

- коэффициенты передачи эмиттерного тока соответственно при нормальном и инверсном включении транзистора, т.е., когда эмиттерный переход смещен в обратном, а коллекторный в прямом направлении.

Семейство входных характеристик располагается довольно плотным “пучком” и смещается очень незначительно с ростом U_K.

Для схемы с общим эмиттером (рис.1.3,б) входным параметром является ток базы. Выходное напряжение U_KЭ складывается из напряжений на обоих p-n-переходах и, следовательно, при одном и том же токе будет больше, чем в схеме ОБ на величину U_ЭБ .

В связи с этим характеристики схемы с ОЭ отличаются от характеристик схемы с ОБ в следующем :

• Кривые коллекторного семейства (рис. 1.6) не пересекают ось координат и полностью расположены в первом квадранте , сдвигаясь по оси напряжений на величину U_ЭБ .

• Кривые выходных характеристик имеют гораздо больший наклон и заметно сгущаются при больших токах базы.

• Ток I_Ko^* при оборванной базе (I_Б=0) на много больше тока I_Ko при оборванном эмиттере (I_Э=0) и зависит от выходного напряжения.

• Входной ток I_Б может иметь не только положительную, но и небольшую отрицательную величину (-I_Ko).

На рисунке 1.7 представлены входные характеристики транзистора по схеме с ОЭ.

В отличие от характеристик с ОБ, входные характеристики в схеме с ОЭ сдвинуты вниз на величину I_Ko. Кроме того, они более линейны, чем при включении с ОБ. ВС ростом коллекторного напряжения кривые сдвигаются в сторону больших напряжений.

Аналитическое выражение для входных вольт – амперных характеристик схемы ОЭ легко получить из уравнений (1) и (3).

(1.1.5)

Но , где - коэффициент передачи тока базы в схеме ОЭ, тогда:

, (1.1.6)

где .

Минимальное значение коллекторного тока получается при

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