Расчет характеристик биполярных транзисторов

Расчет характеристик биполярных транзисторов

Введение

Транзистор - это электронный полупроводниковый усилительный прибор, предназначенный для усиления сигналов. Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые.

В нашей работе мы будем рассматривать характеристики и особенности только биполярного транзистора. Физически биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника, разделенных двумя p-n-переходами. Таким образом, существуют p-n-p- и n-p-n-транзисторы. Различаются эти разновидности только полярностями соответствующих направлений. Три вывода биполярных транзисторов называются коллектор, эммитер и база. База подключена к среднему из трех полупроводниковых слоев. У транзистора есть 3 режима работы: рабочий режим, режим отсечки и режим насыщения.

В нашей работе также будут затронуты две схемы включения биполярного транзистора: с общим эммитером (ОЭ) и общей базой (ОБ). В схеме с ОЭ входное сопротивление намного больше, чем в схеме с ОБ. Коэффициент усиления по мощности у схемы с ОЭ также значительно больше, чем у схемы с ОБ. Благодаря этим свойствам, схема с ОЭ нашла очень широкое применение.

Все графики построены с использованием программы MathCad.

биполярный транзистор схема

1.Исходные данные и формулы

N₁=3, N₂=8

I_kmax=300мА - предельное значение тока коллектора

I_s=310∙10^-3А - ток насыщения

m₁=3.9 - коэффициент не идеальности эммитерного перехода

m₂=3.3 - коэффициент плавности коллекторного перехода

t=25℃ - номинальная температура

t_max=95℃ - максимальная температура

t_min=-55℃ - минимальная температура

r_kk=1,5 кОм - сопротивление области коллектора

Входные характеристики (I_Б=f(U_б), где U_кэ=const):

Выходные характеристики (I_к=f(U_к), где I_б=const):

𝛽_N=40∙N₂=40∙8=320 - прямой коэффициент передачи тока базы

𝛽_I= N₁+N₂=3+8=11 - инверсный коэффициент передачи тока базы

к=1,38∙10^-23Дж/К - постоянная Больцмана

T^k=273+t℃ - абсолютная температура

e=1.6∙10^-19К

2. Расчеты и результаты работы

2.1 Входные характеристики

Построение входных характеристик для двух значений напряжения коллектор - эмиттер = 0В и = 3В, пользуясь формулой (1):

При ,

При

Рисунок 1 - Входные характеристики транзистора

2.2 Входные характеристики транзистора при разных температурах

Построение входных характеристик при = 3В для трёх значений температуры (номинальной, максимальной и минимальной):

При t=25°C

При t=95°C

При t=-55°C

Рисунок 2 - Входные характеристики транзистора для разных значений t

2.3 Выходные характеристики

Построение семейства (пять кривых для номинальной температуры и пять кривых для максимальной температуры) выходных характеристик, пользуясь формулой (2):

При t=25℃

Рисунок 3 - Выходные характеристики транзистора

При t=95℃

Рисунок 4. Выходные характеристики транзистора при максимальной температуре

2.4 h-параметры транзистора

Определение h - параметров исследуемого транзистора по построенным характеристикам:

2.5 Внутренние, физические параметры транзистора и h-параметры для схемы с ОБ

Определение h - параметров для схемы с ОБ и внутренних физических параметров транзистора по вычисленным значениям h - параметров для схемы с ОЭ:

Заключение

В нашей работе были исследованы биполярные транзисторы, рассчитаны их основные характеристики и параметры. Также мы получили некоторые зависимости, которые характеризую особенности транзисторов.

Выяснили, как температура влияет на характеристики, а соответственно и работу, биполярных транзисторов. Так с увеличением температуры ток базы в схеме с ОЭ увеличивается, то есть при том же падении напряжения U_б ток будет выше. Также и ток коллектора увеличивается при неизменном падении напряжения U_к. Сильное влияние температур на выходные характеристики в схеме с ОЭ может привести к потере работоспособности конкретных устройств, если не принять схемотехнические меры для стабилизации тока.

Список литературы

. Галочкин Ю.И. Физические основы электроники: Учеб. пособие. / - Владивосток: изд - во ДВГТУ, 2008. - 155 с.

. В.И. Лачин, Н.С. Савёлов, Электроника; Учеб. пособие. - Ростов н/Д; изд - во «Феникс», 2002. - 576 с.

. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К. М. Брежнева, Е. И. Гантман, Т. И. Давыдова и др. Под ред. П. Р. Перельмана. - М.; Радио и связь, 1981. - 656 с., ил.

4.           И.П. Жеребцов. Основы электроники. - 5-изд., перераб. И доп.- Л.: Энергоатомиздат. 1990. - 352 с.: ил.