Курсовой проект Рындин / 9206_Талгатулы_Рощин_Зокиров_Работа№4
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра МНЭ
ОТЧЕТ по практической работе №4
по дисциплине «ОМиПМЭК»
Тема: «Схемотехническое моделирование интегрального биполярного
транзистора»
|
|
|
Рощин И. В. |
|
|
|
Талгатулы Р. |
Студенты гр. 9206 |
|
Зокиров И. Д. |
|
Преподаватель |
|
|
Рындин Е. А. |
Санкт-Петербург
2023
Цель работы: расчет и построение семейства выходных и входных ВАХ интегрального биполярного транзистора на основе модели Эберса-Молла и исходных данных, указанных в варианте задания.
Основные теоретические положения:
Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими р-n-переходами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.
Наиболее широко распространенными являются биполярные транзисторы с двумя p-n-переходами. Они могут быть p-n-p- и n-p-n-типов.
Рис. 1. – Схематическое изображение биполярного транзистора n-p-n и p-n-p типов соответсвенно.
Различают три основных режима работы биполярного транзистора:
активный, отсечки, насыщения:
1) Режим глубокой отсечки: оба перехода транзистора смещены в обратном направлении с помощью внешних напряжений. Режим глубокой
2
отсечки характеризует запертое состояние транзистора, в котором его сопротивление максимально, а токи электродов минимальны. Этот режим широко используется в импульсных устройствах, где биполярный транзистор выполняет функцию электронного ключа.
2)Режим насыщения: оба p-n-перехода транзистора с помощью приложенных внешних напряжений смещены в прямом направлении. При этом падение напряжения на транзисторе минимально и составляет десятки милливольт. Режим насыщения возникает тогда, когда ток коллектора транзистора ограничен внешними параметрами источника питания, а параметры внешнего источника сигнала таковы, что ток эмиттера существенно больше максимального значения тока в коллекторной цепи. Тогда коллекторный переход оказывается открытым, падение напряжения на транзисторе минимально и не зависит от тока эмиттера.
3)Активный режим: один из переходов биполярного транзистора смещен в прямом направлении приложенным к нему внешним напряжением, а
другой – в обратном направлении. В нормальном активном режиме в прямом направлении смещен эмиттерный переход. Обратное включение транзистора называется инверсным.
Схемы включения биполярного транзистора включают в себя: с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором.
Рис. 2. – Схемы включения а)с общей базой (n-p-n), б) с общим эмиттером (n-p- n), в)с общей базой (p-n-p), г)с общим эмиттером (p-n-p).
3
Модель Эберса-Молла – описывает процессы в активной области транзистора, т. е. процессы взаимодействия переходов без учета сопротивлений слоев, учет которых существенно усложняют систему уравнений Эберса – Мола.
Рис. 3. – Схематическая модель Эберса-Молла.
Уравнения описывающую данные модель выводятся благодаря уравнениям Кирхгоффа, составляющими которой являются токи базы, эмиттера и коллектора, выраженные следующим образом:
Иделизировання ВАХ эмиттерного перехода:
Благодаря некоторым математическим операциям получим выражения для оценки выходных характеристик биполярного транзистора:
4
Код программы:
clear all; close all; clc; T=300; k=1.38e-23; q=1.6e-19; fi=(k*T)/q; Ik0=3e-9;
Uk=linspace(-0.6,3); Ie=0:3;
an=0.99;
for i=1:length(Uk) for j=1:length(Ie)
Ik(i,j)=an*Ie(j)-Ik0*(exp(-Uk(i)/fi)-1); end
end plot(Uk,Ik,'LineWidth',2);
xlabel('Collector voltage, V','FontSize', 14) ylabel('Collector current, mA','FontSize', 14) grid on
ylim([-0.6 max(max(Ik))*1.1]) legend('I_e=0mA','I_e=1mA','I_e=2mA','I_e=3mA')
Рис. 4. – Выходная характеристика биполярного транзистора с
заданными параметрами.
5
Вывод: Точность применения модели Эберса-Молла определяется точностью определения параметров конкретного транзистора IЭО, IКО, N, I.
При этом следует учитывать идеализацию модели – не учтены объемные сопротивления слоев, нелинейность параметров, пробой переходов и т.д.
6