Характеристики та параметри біполярного транзистора

Лабораторна робота №1. Характеристики та параметри біполярного транзистора

Контрольні запитання

Чому при побудові вхідних та прохідних характеристик (п. 1 та 2) напруга U задається починаючи з 0. 5-0. 6 В, а не з нуля?

Чим будуть відрізнятися статичні вхідні характеристики для різних значень напруги Uke?

Чи залежатиме початок ділянки насичення на динамічній прохідній характеристиці від величини опору Rk? Як саме?

Якої величини слід очікувати колекторну напругу Uke у режимі насичення?

Намалюйте типову вихідну характеристику для схеми СЕ. З яких ділянок вона складається?

Як можна по сімейству вихідних характеристик визначити параметри h21 та h22 в околі робочої точки?

Як має впливати підвищення температури на хід вихідної характеристики?

Як можна визначити напругу Ube та струм Ik транзистора, якщо задані Uke та Ib?

Як можна визначити граничну частоту транзистора? В якому режимі гранична частота буде вище – в статичному чи динамічному?

Завдання

Для транзистора, тип якого вказано в вашому індивідуальному завданні, побудуйте вхідну характеристику. Замалюйте її і поставте на ній робочу точку. Визначіть в ній режимну напругу Ube. Дані щодо режиму вказані в вашому індивідуальному завданні як Uke та Ib.

Побудуйте статичну та динамічну прохідні характеристики. Замалюйте їх та нанесіть на них робочі точки.

Побудуйте сімейство вихідних характеристик, замалюйте його і позначте на ньому робочу точку. Визначте в ній струм Ik.

Вихідну характеристику, що відповідає заданому режимному струму Ik, побудуйте для кількох значень температури. Замалюйте це сімейство.

Графічно визначте параметри h11, h21, h22 в робочій точці.

Побудуйте частотну залежність струму Ik. Замалюйте її та визначте по ній граничну частоту.

Таблиця даних індивідуальних завдань

12345678910

Тип транзистора

2N1711

2N3494

2N3903

2N3634

2N3904

2N3702

2N3947

2N3244

2N4123

2N2907

Провід-ністьnpnpnpnpnpnpnpnpnpnpnpnpnpnpnp

Uke, В121281010888812

Ib0, мA406050150304030754040

Ek, В25252025202025202025

Хід роботи

1. Побудова вхідної характеристики

1. Зібрати схему подану на рис. 1. Тип транзистора та значення напруги Uke обираються за варіантом з таблиці. Для цього на панелі елементів натиснути кнопку з зображенням транзистора, обрати тип провідності транзистора BJT_NPN або BJT_PNP, у віконці праворуч обрати свій тип транзистора, нажати ОК, поставити на поле для збирання схеми. Для вибору джерел постійної напруги (DC_Power) та землі (Ground) нажати кнопку з зображенням джерела постійної напруги, поставити на поле для схеми. Для зміна номіналу елемента, два рази на ньому клацнути мишею, змінити номінал. Для з’єднання елементів потрібно підвести мишу до вивода елементу, з’явиться хрестик, один раз клацнути лівою кнопкою миші, протягнути лінію до вивода іншого елементу і ще раз клацнути.

Рис. 1. Схема для побудови вхідної характеристики біполярного транзистора

2. За допомогою директиви Simulate>Analysis>DC Sweep побудувати вхідну характеристику транзистора (залежність Ib=f (Ube)). Для цього у полі Source 1 (Analysis parameters) обрати vv1 (напруга джерела V1). Задати початкове та кінцеве значення зміни параметра vv1 (від 0В до 2В, інкремент 0. 001). У вікні Output variables у полі Variables in circuit обрати I (v1)  (струм через V1), натиснути Add, ця змінна повинна з’явитися у полі Selected variables for analysis. Натиснути кнопку Simulate. На екрані з’явиться вхідна вольт-амперна характеристика (ВАХ) транзистора. За допомогою курсору (кнопка  ) знайти напругу Ube яка відповідає струму Ib0 (заданий в таблиці). Для цього натиснути кнопку  , з’являться дві лінії, які можна рухати за допомогою мишки та табличка, в якій x1, y1 та x2, y2 координати перетину ліній з графіком, dx, dy різниці цих координат. Також існує можливість задати точне значення координати, в яке слід встановити курсор. Для цього правою кнопкою мишки клацаємо на курсор, з’явиться табличка Set X_value, Set Y_value, задати потрібне значення. Зберегти графік.

2. Побудова статичної прохідної характеристики біполярного транзистора

Для схеми рис. 1. побудувати залежність Ik=f (Ube). Скористатися тією ж директивою, що і в п. 1. У полі Source 1 (Analysis parameters) обрати vv1, а у полі Variables in circuit обрати I (v2)  (струм через V2). Натиснути кнопку Simulate. За допомогою курсору (так як у п. 1) визначити струм Ik0 який відповідає режимній напрузі Ube (знайденого у п. 1). Зберегти графік.

3. Побудова динамічної прохідної характеристики біполярного транзистора

Послідовно до колектора транзистора увімкнути резистор (номінал резистора розрахувати за формулою Rk= (Ek-Uke) /Ik0). Для цього, на панелі компонентів натиснути кнопку із зображенням резистора, обрати потрібний номінал резистора, увімкнути його у схему. Побудувати ту саму залежність, що і в п. 2. Зберегти графік.

4. Побудова сімейства вихідних характеристик біполярного транзистора

Під’єднати транзистор до приладу IV-Analyser (знаходиться на панелі інструментів). Відкрити вікно приладу (два рази клацнути на його зображені мишею). У полі Components обрати потрібний тип транзистора. Під’єднати до приладу окремий транзистор. У полі Sim_param обрати межі моделювання так, щоб у них потрапляла робоча точка. Запустити моделювання (Simulate>Run, або F5). Зберегти графіки сімейства вихідних характеристик Ik=f (Uke) при кількох значеннях Ib0.

5. Визначення h-параметрів біполярного транзистора

Графічно (за допомогою курсорів) з вхідної та сімейства вихідних характеристик визначити h-параметри.

h11e=dUbe/dIb

h22e=dIk/dUke

h21e=dIk/dIb

6. Визначення частотної залежності струму колектора

Рис. 2. Визначення частотної залежності струму колектора

Для цього у коло бази послідовно до джерела постійної напруги приєднати джерело змінної напруги AC_Sweep (рис. 2). Параметри джерела змінної напруги значення не мають. Скористатися директивою Simulate>Analysis>AC Analysis. У вікні Output variables у полі Variables in circuit обрати відповідний струм. Отримати та зберегти графіки залежностей Ik=f (F) та Phase=f (F). Зберегти графік.

7. Дослідження впливу температури на вихідний струм

Для схеми рис. 1. скористатися директивою Simulate>Analises>Temperature Sweep. Побудувати залежність Ik=f (T). Зберегти графік.