Біполярні транзистори 5
|
Скачати 25.05 Kb.
|
|
| Дата конвертації | 13.03.2018 |
| Розмір | 25.05 Kb. |
| Тип | реферат |
|
|
-
Навігація по даній сторінці:
- 1. Визначення параметрів моделі транзистора
- 1.2 Визначення параметрів моделі транзистора з експериментального стенду
- 3. Підсилювальний каскад на біполярному транзисторі
|
Московський Ордена Леніна, Ордена Жовтневої Революції і Ордена Трудового Червоного Прапора Державний технічний університет ім. Н. Е. Баумана
ЗВІТ Дослідження напівпровідникових приладів по темі: «Біполярні транзистори» З наукової роботи виконав _______________ Ворончіхіна Д. Н. підпис, дата Керівник теми перевірив ________________ Загидуллин Р. Ш. підпис, дата Москва, 2008 реферат Звіт 20 с., 3 ч., 30 рис., 1 джерело. Об'єктом дослідження є біполярні транзистори. Мета роботи - отримання модельних характеристик транзисторів і їх занесення в бібліотеку МС7, а також установка робочої точки в проміжному каскаді УНЧ і настройка УНЧ в заданій смузі частот. У процесі роботи проводилися експериментальні дослідження в лабораторії і моделювання експериментальних досліджень в програмі МС7. зміст Реферат - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 Зміст - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2 Позначення і скорочення - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3 Вступ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3 1. Визначення параметрів моделі транзістора- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 1.1 Визначення параметрів моделі транзистора з бібліотеки МС7- - - - - - - - - 3 1.2 Визначення параметрів моделі транзистора з експериментального стенда- 8 2. Установка робочої точки - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 3. Підсилювальний каскад на біполярному транзісторе- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15 Заключеніе- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19 Список літератури - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19 Додаток - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20 Позначення і скорочення МС7 - MicroCap7 УНЧ - підсилювач низької частоти Ib - струм бази Ik - струм колектора Ube - напруга база емітер Ukb - напруга колектор база Сob - ємність колекторного переходу Cjc - бар'єрна ємність колекторного переходу Cje - бар'єрна ємність емітерного переходу Fгр - гранична частота посилення АЧХ - амплітудно-частотна характеристика Вступ В ході роботи ми переслідуємо кілька цілей. У першій частині наше завдання - створення моделі експериментально-дослідженого транзистора і внесення його в бібліотеку МС7 для подальшого використання. При цьому ми використовуємо програму MODEL, адекватність моделі створюваної цією програмою ми перевіряємо, розраховуючи в ній транзистор вже існуючий в МС7. Отримавши його модельні характеристики, порівнюємо створену модель з існуючою, критерій оцінки - збіг вихідних характеристик в контрольній точці з точністю до 10%. Переконавшись в адекватності роботи, використовуємо експериментальні дані та довідкові матеріали для визначення в програмі MODEL всіх параметрів моделі (статичних і динамічних). Заносимо розрахований транзистор в бібліотеку MC7. Критерієм адекватності моделі знову є збіг експериментальної та модельної вихідних характеристик в контрольній точці (5мА, 5В) з точністю до 10%. У другій частині ми встановлюємо робочу точку і розраховуємо розділові ємності для УНЧ на біполярному транзисторі. Потім аналізуємо його за допомогою MC7, для, lkалізіруем його за допомогою ЬСнзісторе.ку і розраховуємо разщделітельниемодельной зістор вже існуючий в МС7. оцінки якості посилення розраховуємо коефіцієнт нелінійних спотворень нашого УНЧ. 1. Визначення параметрів моделі транзистора 1.1 Визначення параметрів моделі транзистора з бібліотеки МС7 Відповідно до варіанту досліджуваний транзистор КТ315В. Для визначення його параметрів побудуємо сімейство вихідних характеристик для струму бази Ib = 1, 2, 3, 4, 5 мА, при цьому використовуємо таку схему:
Отримані вихідні характеристики:
Також нам необхідні вхідні характеристики. Тут досить двох характеристик при Uke = 0 В; 5 В. Використовуємо наступну схему вимірів:
Тепер визначимо статичні параметри моделі використовуючи програму MODEL:
Тепер звернемося до динамічних параметрах моделі транзистора, при цьому використовуємо довідкові дані. Визначаємо напругу емітер - база і ємність колекторного переходу Ukb = 10 B, Cob = 7 пФ. Дані вносимо в відповідну таблицю програми MODEL і розраховуємо параметри.
Для емітерного переходу бар'єрну ємність Cje вибираємо на порядок нижче вийшла бар'єрної ємності колекторного переходу Cjc, тобто Cje = Cic / 10 =.
Постійна часу прямого включення TF (визначає середній час життя неосновних носіїв в базі) може бути визначена по граничній частоті Fгр = 5МГц і значенням BF = 202.02, розрахованому вище:
Постійна часу зворотного включення TR для сплавних транзисторів зазвичай задається 0.5-0.3 TF:
Отже, ми розрахували всі параметри моделі досліджуваного біполярного транзистора. Внесемо його в бібліотеку МС7, створивши файл з розширенням * .lib: * Q2T208K_NEW.lib ***** *** Q2T208K_NEW .MODEL Q2T208K_NEW PNP (IS = 9.99992F BF = 202.02 NF = 1.00012 VAF = 46.2499 + IKF = 80.3629M ISE = 1.350869e-018 NE = 1.52899 BR = 4.10679 IKR = 999.977 ISC = 99.9999P + NC = 2 RE = 367.168M CJE = 108.675P VJE = 700.002M MJE = 499.771M CJC = 190.373P VJC = 700M + MJC = 500.069M TF = 157.6P XTF = 500M VTF = 10 ITF = 10M TR = 78.78P EG = 1.11) Для перевірки адекватності моделі побудуємо вихідну характеристику, використовуючи схему на рис. розрахованого і внесеного в бібліотеку транзистора КТ315Вnew при струмі бази Ib = 400 мкА.
Порівнявши значення в контрольній точці Uke = 5 В, отримуємо наступну похибка в%:
1.2 Визначення параметрів моделі транзистора з експериментального стенду Нами проводилися дослідження транзистора МП40 на лабораторному стенді. При цьому, використовуючи наведену нижче схему, ми отримали вихідні характеристики транзистора при трьох токах бази: Ib = 0.18 мА; 0.09 мА; 0.27 мА.
Отримані дані: І відповідно вихідні характеристики:
Також ми отримали вхідні характеристики для досліджуваного транзистора при двох значеннях вихідної напруги Uke = 0 В; 5 В, використовуючи нижче наведену схему вимірів.
Використовуючи отримані експериментальні дані і програму MODEL, визначимо статичні параметри моделі транзистора:
Постійна часу прямого включення TF (визначає середній час життя неосновних носіїв в базі) може бути визначена по граничній частоті Fгр = 1МГц і величиною BF = 44.14:
Постійна часу зворотного включення TR для сплавних транзисторів зазвичай задається 0.5-0.3 TF:
Отже, ми розрахували всі параметри моделі досліджуваного біполярного транзистора. Внесемо його в бібліотеку МС7, створивши файл з розширенням * .lib: * MP40.lib ***** *** MP_40New .MODEL MP_40New PNP (IS = 12.6815F BF = 45.8769 NF = 293.297M VAF = 40.8818 IKF = 10M + ISE = 2.460553e-016 NE = 1.31483 BR = 888.963M IKR = 947.255M ISC = 2.71444P NC = 2 RE = 2 + CJE = 51.3416P VJE = 700.001M MJE = 499.79M CJC = 171.113P VJC = 700.003M MJC = 499.718M + FC = 500M TF = 3.606N XTF = 500M VTF = 10 ITF = 10M TR = 1.803N EG = 1.11) Для перевірки адекватності моделі, побудуємо вихідну характеристику внесеного в бібліотеку транзистора МП 40, використовуючи схему для зняття вихідних характеристик (рис.), І при струмі бази відповідно Ib = 155 мкА. Побудуємо експериментальну і модельну характеристики (рис. 18) і оцінимо похибку в% в контрольній точці Uke = 5B:
2. Установка робочої точки Проведемо установку робочої точки проміжного каскаду УНЧ за допомогою дільника напруги (рис.19)
Нам поставлено струму спокою (Rk = 1 kOm) в режимі класу А і напруга колекторного живлення Ек (Ek = 12 B). Так як робоча точка повинна лежати посередині навантажувальної прямої, тобто Uke = 6B, а струм колектора за умовою Ik = 6 mA. Звідси, використовуючи закон Кірхгофа, визначаємо Rk:
Отримуємо Rk = 600 Ом, проте в ряді Е12 такої величини немає, тому вибираємо найближче значення Rk = 620 Ом. В цьому випадку Uke = Ek - IkRk = 5.8 В. Для розрахунку інших опорів нам потрібні значення Ib і Ube в робочій точці. Для визначення Ib використовуємо характеристику прямої передачі при Uke = 5.8 В. При отриманні характеристики прямої передачі використовуємо схему вимірів вихідних характеристик (рис.1)
Отримуємо Ib = 76 мкА. Для визначення Ube використовуємо вхідні характеристику при Uke = 5.8 В.
Отримуємо Ube = 0.72 В. Далі для розрахунку R1, R2 задамося струмом подільника: Id = 10..100Ib (тобто в межах 0.76 - 7.6 мА). Ми визначимо його так, щоб R2 = Ube / Id лежало якомога ближче до значень ряду Е24. Нехай R2 = 130 Ом. Тоді Id = Ube / R2 = 5.54 мА, цей струм лежить в межах допустимих значень. Далі за законом Кірхгофа:
Отримуємо R1 = 2036 Ом. З ряду Е24 знаходимо R1 = 2000 Ом. Переконаємося в правильності розрахунків провівши моделювання схеми в MC7, використовуючи режим Dynamic DC:
3. Підсилювальний каскад на біполярному транзисторі Схема УНЧ має наступний вигляд:
Спочатку проведемо розрахунок розділових конденсаторів C1 і С2 для заданої смуги робочих частот, ємності навантаження і опору навантаження. За умовою маємо: F = 1 кГц, Rн = 10 кОм, Cн = 100 пФ В області нижніх частот опору конденсаторів С1 і С2 збільшуються і стають порівнянними з еквівалентними опорами входу і виходу УНЧ. Амплітудно-частотні спотворення в цій області залежать від низькочастотних постійних часу t1 і t2 ланцюгів розділових конденсаторів C1 і C2 відповідно. Результуюча постійна часу каскаду t на деякій частоті w оцінюється через коефіцієнт частотних спотворень M:
Сам же коефіцієнт частотних спотворень на частоті w визначається так: M (w) = K (w ср) / K (w) де K (w ср) - коефіцієнт посилення на середній частоті, а K (w) - коефіцієнт посилення на даній частоті. Тоді на граничних частотах за визначенням M =
Постійна часу каскаду складно залежить від постійних часу окремих ланцюгів однак, якщо в каскаді постійна часу деякої гілки істотно менше постійних часу інших гілок, то можна вважати, що постійна часу всього каскаду визначається саме їй. Тому покладемо t1 = tн, а t2 = 10 tн. Розглянемо еквівалентну схему вхідного ланцюга з розділовим конденсатором С1:
Для визначення опору Rbe (вхідний опір транзистора в робочій точці) використовуємо вхідні характеристику при Uke = 5.6В:
отримуємо:
Для цього ланцюга t1 = tн = 0.0008c. У той же час t1 = RC1, де R - сумарний опір гілки визначається:
Звідси знаходимо і С1:
Отже, отриманий результат C1 = 4.2 мкФ, або якщо використовувати стандартний ряд значень ємностей електролітичних конденсаторів С1 = 5мкФ. Аналогічно діємо при визначенні другий розділової ємності. Розглянемо еквівалентну схему вихідний ланцюга з розділовим конденсатором С2:
Для визначення опору Rke (вихідний опір транзистора в робочій точці) використовуємо вихідну характеристику при Ib = 78 мкА:
отримуємо:
В даному випадку t2 = 10tн. У той же час t2 = RC1, де R - сумарний опір гілки визначається:
Звідси:
Отримуємо результат С2 = 758нФ, або за стандартною лінійці С2 = 1мкФ. Тепер проаналізуємо отриманий УНЧ в МС7. Амплітудно-частотний аналіз (АЧХ):
Амплітудно-часовий аналіз:
Для оцінки якості посилення проведемо спектральний аналіз вихідного сигналу в заданій смузі частот (вхідний сигнал має частоту Fвх = 1000Гц):
Оцінимо коефіцієнт нелінійних спотворень y в%:
висновок Отже, в результаті проведеної роботи були визначені параметри моделі експериментально дослідженого транзистора МП 40, після чого цей транзистор був доданий в бібліотеку МС7. У другій частині роботи також були досягнуті позитивні результати: за допомогою дільника в проміжному каскаді УНЧ на біполярному транзисторі встановлена робоча точка, відповідна середині навантажувальної прямої. Розраховані значення мінімальні значення розділових ємностей, що вносять найменші спотворення у вихідний сигнал. Також для УНЧ на досліджуваному транзисторі була побудована АЧХ і розрахований коефіцієнт нелінійних спотворень. Список літератури 1. Григоров О.П., Замятін В.Я. «Транзистори». Москва, Радіо і зв'язок, 1989 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ення в конрольной точці Гсчітанного і внесеного в бібліотеку транзісора
Тепер визначимо динамічні параметри моделі транзистора, при цьому використовуємо довідкові дані. Визначаємо напругу емітер - база і ємність колекторного переходу Ukb = 5 B, Cob = 60 пФ. Дані вносимо в відповідну таблицю програми MODEL і розраховуємо параметри.
Аналогічно для емітерного переходу: ємність емітерного переходу Cib = 18 пФ при Ubе = 5В.
. Звідси постійна часу каскаду на граничних частотах t = 1 / w. Визначимо постійну часу каскаду tн на нижній частоті (вона свідомо більше постійної часу на верхній частоті):
