Биполярные транзисторы

Московский  Ордена Ленина, Ордена Октябрьской  Революции и Ордена Трудового  Красного Знамени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э.БАУМАНА

 
 
 
 
 
 
 

ОТЧЕТ

О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ  РАБОТЕ 

Исследование  полупроводниковых приборов

по теме: 

«Биполярные транзисторы» 
 
 
 
 
 
 

 По научной  работе     выполнил  _______________   Ворончихин Д. Н.

                             подпись, дата   

Руководитель  темы     проверил  ________________   Загидуллин Р. Ш.

                                                                        подпись, дата 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва, 2008

Реферат

   Отчет 20 с., 3 ч., 30 рис., 1 источник.

   Объектом  исследования являются биполярные транзисторы.

   Цель  работы — получение модельных характеристик транзисторов и их занесение в библиотеку МС7, а также установка рабочей точки в промежуточном каскаде УНЧ и настройка УНЧ в заданной полосе частот.

   В процессе работы проводились экспериментальные  исследования в лаборатории и  моделирование экспериментальных исследований в программе МС7. 
 
 

   Содержание

Реферат - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -  - - - - - - - - - - - 2

Содержание  - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2

Обозначения и сокращения - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3

Введение - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3

1. Определение параметров модели транзистора- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3

         1.1 Определение параметров модели транзистора из библиотеки МС7- - - - - - - - - 3

         1.2 Определение параметров модели транзистора из экспериментального стенда- 8

2. Установка рабочей точки - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13
3. Усилительный каскад на биполярном транзисторе- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15

Заключение- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19

Список литературы - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19

Приложение  - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Обозначения и сокращения

     МС7 – MicroCap7

     УНЧ – усилитель низкой частоты

     Ib - ток базы

     Ik - ток коллектора

     Uke - напряжение коллектор эмиттер

     Ube - напряжение база эмиттер

     Ukb - напряжение коллектор база

     Сob - емкость коллекторного перехода

     Cjc – барьерная емкость коллекторного перехода

     Cje – барьерная емкость эмиттерного перехода

     Fгр – граничная частота усиления

     АЧХ – амплитудно-частотная характеристика 
 
 

     Введение

     В ходе работы мы преследуем несколько  целей. В первой части наша задача – создание модели экспериментально-исследованного транзистора и внесение его в библиотеку МС7 для дальнейшего использования. При этом мы используем программу MODEL, адекватность модели создаваемой этой программой мы проверяем, рассчитывая в ней транзистор уже существующий в МС7. Получив его модельные характеристики, сравниваем созданную модель с существующей, критерий оценки – совпадение выходных характеристик в контрольной точке с точностью до 10%. Убедившись в адекватности работы, используем экспериментальные данные и справочные материалы для определения в программе MODEL всех параметров модели (статических и динамических). Заносим рассчитанный транзистор в библиотеку MC7. Критерием адекватности модели  вновь является совпадение экспериментальной и модельной выходных характеристик в контрольной точке (5мА, 5В) с точностью до 10%. Во второй части мы устанавливаем рабочую точку и рассчитываем разделительные емкости для УНЧ на биполярном транзисторе. Затем анализируем его при помощи MC7, для оценки качества усиления рассчитываем коэффициент нелинейных искажений нашего УНЧ.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Определение параметров модели транзистора

   1.1 Определение параметров модели транзистора из библиотеки МС7

     В соответствии с вариантом исследуемый транзистор КТ315В. Для определение его параметров построим семейство выходных характеристик для тока базы Ib=1, 2, 3, 4, 5 мА, при этом используем следующую схему:

     

   Полученные  выходные характеристики: 

       

      Также нам необходимы входные характеристики. Здесь достаточно двух характеристик при Uke = 0 В; 5 В. Используем следующую схему измерений:

      Полученные  характеристики:

     

Теперь определим статические параметры модели используя программу MODEL:

     

       

     

     

   Теперь  обратимся к динамическим параметрам модели транзистора, при этом используем справочные данные. Определяем напряжение эмиттер – база и ёмкость коллекторного перехода Ukb = 10 B ,  Cob = 7 пФ. Данные вносим в соответствующую таблицу программы MODEL и рассчитываем параметры.

       
 
 
 
 

     Для эмиттерного перехода барьерную ёмкость Cje выбираем на порядок ниже получившейся барьерной емкости коллекторного перехода Cjc, то есть Cje = Cic/10 = .

       
 
 

     Постоянная  времени прямого включения TF (определяет среднее время жизни неосновных носителей в базе) может быть определена по граничной частоте Fгр = 5МГц и значению BF = 202.02, рассчитанному выше :

     

Постоянная  времени обратного включения  TR для сплавных транзисторов обычно задается 0.5-0.3 TF:

     

     Итак, мы рассчитали все параметры модели исследуемого биполярного транзистора. Внесем его в библиотеку МС7, создав файл с расширением *.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 проверки адекватности модели построим выходную характеристику, используя схему на рис.  рассчитанного и внесенного в библиотеку транзистора КТ315Вnew при токе базы Ib = 400 мкА.

Сравнив значения в контрольной точке Uke = 5 В, получаем следующую погрешность в %:

 
 

   1.2 Определение параметров  модели транзистора из экспериментального стенда

   Нами  проводились исследование транзистора МП40 на лабораторном стенде. При этом, используя нижеприведенную схему, мы получили выходные характеристики транзистора при трех токах базы: Ib = 0.18 мА; 0.09 мА; 0.27 мА.

   

   Полученные  данные:  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   И соответственно выходные характеристики: 

     Также мы получили входные характеристики для исследуемого транзистора при  двух значениях выходного напряжения Uke = 0 В; 5 В, используя ниже приведенную схему измерений.

     

     

 
 
 

     Используя полученные экспериментальные данные и программу MODEL, определим статические параметры модели транзистора:

     

       
 
 
 
 
 

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       
 
 
 

       
 

       
 

       

       

       

       
 
 
 
 
 

       
 

     

     

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

       
 
 

      Теперь определим  динамические параметры модели транзистора, при этом используем справочные данные. Определяем напряжение эмиттер – база и ёмкость коллекторного перехода Ukb = 5 B , Cob = 60 пФ. Данные вносим в соответствующую таблицу программы MODEL и рассчитываем параметры. 

       
 
 
 
 

      Аналогично для эмиттерного перехода: ёмкость эмиттерного перехода Cib = 18 пФ при Ubе = 5В.  

       
 
 
 

     Постоянная  времени прямого включения TF (определяет среднее время жизни не основных носителей в базе) может быть определена по граничной частоте Fгр = 1МГц и величине BF = 44.14:

     

Постоянная  времени обратного включения  TR для сплавных транзисторов обычно задается 0.5-0.3 TF:

     

     Итак, мы рассчитали все параметры модели исследуемого биполярного транзистора. Внесем его в библиотеку МС7, создав файл с расширением *.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 проверки адекватности модели, построим выходную характеристику  внесенного в библиотеку транзистора МП 40, используя  схему для снятия выходных характеристик (рис.), и при  токе базы соответственно Ib = 155 мкА. Построим экспериментальную и модельную характеристики ( рис. 18 ) и оценим погрешность в % в контрольной точке Uke = 5B: