Львівський державний університет безпеки життєдіяльності Біполярні транзистори Методичні вказівки до лабораторної роботи з дисципліни «Мікросхемотехніка» для курсантів (студентів) 2-го курсу напрямку підготовки «Управління інформаційною безпекою» Затверджено на засіданні кафедри інформаційних технологій та телекомунікаційних систем Протокол №___ від ____________2010 р. Львів Біполярні транзистори: Методичні вказівки до лабораторної робот з дисципліни «Мікросхемотехніка» для курсантів (студентів) напрямку підготовки «Управління інформаційною безпекою». Укладач Борзов Ю.О. Рецензент Цибуляк Б.З., канд..фіз.-мат. наук Тема. Дослідження біполярних транзисторів за допомогою програмного комплексу Electronics Workbench. Мета роботи: вивчення принципу дії та властивостей, дослідження характеристик, ознайомлення з основними параметрами та використанням біполярних транзисторів. Теоретичні відомості Розділ “Транзистори” (рис. 1) містить біполярні та польові транзистори.
Рис.1. Розглянемо властивості біполярного транзистора, які задаються користувачем, для цього потрібно натиснути два рази лівою кнопкою мишки на транзисторі. Якщо потрібно змінити параметри то натисніть кнопку “Редактировать модель”. У діалоговому вікні (рис. 2), можна задати такі параметри транзистора: IS - зворотний струм колекторного переходу, A; BF - коефіцієнт підсилення струму в схемі з ЗЕ H21; NF - коефіцієнт неідеальності в нормальному режимі; VAF - напруга Ерлі, близька до параметра Uк max, В; ISE - зворотний струм емітерного переходу, А; IKF - струм спаду посилення за струмом, близький до параметра Iкmax, А; NE - коефіцієнт неідеальності емітерного переходу; BR - коефіцієнт підсилення струму в схемі з ЗЕ при інверсному увімкненні транзистора, емітер і колектор міняються місцями; NR - коефіцієнт неідеальності в інверсному режимі; VAR – зворотна напруга; IKR – значення струму, при якому розпочинається зменшення коефіцієнта підсилення в інверсному режимі, А;
Рис. 2 ISC – зворотний струм колекторного переходу; NC - коефіцієнт неідеальності колекторного переходу; RB - об'ємний опір бази, Ом; IRB - струм бази, при якому опір бази зменшується на 50% від різниці RB-RBM, A; RBM - мінімальний опір бази при великих струмах, Ом; RE - об'ємний опір емітера, Ом; RC - об'ємний опір колектора, Ом; СJE - ємність емітерного переходу при нульовій напрузі, Ф; CJC - ємність колекторного переходу при нульовій напрузі, Ф; CJS - ємність колектор-підкладка, Ф; XTF - коефіцієнт, що визначає залежність часу TF переносу зарядів через базу від напруги колектор-база; VTF - напруга колектор-база, при якій починає позначатися його вплив на TF, В; ITF - струм колектора, при якому починається позначатися його вплив на TF, А; TF - час переносу заряду через базу, с; TR - час переносу заряду через базу в інверсному вмиканні, с; MJE - коефіцієнт плавності емітерного переходу; MJC - коефіцієнт плавності колекторного переходу; VJC - контактна різниця потенціалів переходу база-колектор, В; VJE - контактна різниця потенціалів переходу база-емітер, В; PTF - додатковий фазовий зсув на граничній частоті транзистора Fгр=1/(2(ТF), град.; VJS - контактна різниця потенціалів переходу колектор-підкладка,В; MJS - коефіцієнт плавності переходу колектор-підкладка; XCJC - коефіцієнт розщеплення ємності база-колектор; FC - коефіцієнт нелінійності бар'єрної ємності прямозміщених переходів; EG - ширина забороненої зони, еВ; ХТВ - температурний коефіцієнт підсилення струму в нормальному й інверсному режимах; XТI - температурний коефіцієнт струму насичення; КF - коефіцієнт флікер-шуму; AF - показник ступеня у формулі для флікер-шуму; TNOM - температура транзистора, С0. Розрізняють три схеми увімкнення біполярних транзисторів: із спільною базою (СБ), із спільним емітером (СЕ), із спільним колектором (СК), показані на рис.3. СБ) СЕ) СК) Рисунок.3 - Основні схеми увімкнення транзисторів При цьому кожна схема характеризується двома сім'ями статичних характеристик, які визначають співвідношення між струмами в колах електродів транзисторів і напругами, що прикладені до цих електродів. Такими характеристиками є: Вхідні
та вихідні
. У схемі ЗЕ, яка застосовується найбільш часто, вхідним є струм бази, вихідним – струм колектора, а емітер є загальним електродом для вхідного і вихідного кіл транзистора. Коефіцієнт передачі струму в схемі ЗЕ (коефіцієнт передачі струму бази) визначається відношенням вихідного струму до вхідного:

(1) Підставивши в формулу (1) значення струму бази IB = IЕ - IC і розділивши чисельник та знаменник на IЕ, одержимо
( 2) При зміні h21B від 0,95 до 0,99 коефіцієнт h21Е змінюється в межах 20-100. Отже, схема ЗЕ дає значне підсилення за струмом. Оскільки ця схема дає також підсилення напруги, то підсилення потужності даної схеми значно більше, ніж у схемі ЗБ. Струм колектора
(3) Другий член у правій частині рівняння (3) являє собою наскрізний тепловий струм колектора І*С0 при розімкнутому колі бази (ІВ = 0) аналогічно струму ІС0 у схемі ЗБ при ІЕ = 0, тобто
, (4) Загальний струм колектора з урахування (2) та (4) визначається з виразу (3):
(5) При UСЕ = 0 вхідна вольт-амперна характеристика аналогічна прямій вітці характеристики діода. Зі збільшенням напруги на базі базовий струм експоненціально збільшується, переходячи в лінійну залежність при порівняно невеликому струмі бази. Вихідні характеристики транзистора для схем и ЗЕ відображують залежність
і описуються співвідношенням (5). При малих напругах на колекторі 0,2 - 0,3 В струм колектора не залежить від струму бази, а характеристики зливаються в одну лінію (область насичення). При

3і збільшенням вхідного струму бази згідно з рівнянням (5) збільшується струм колектора, тому при
криві зміщуються вверх від характеристики
Струм IС при UСЕ > 0,2 - 0,3 В слабо зростає з підвищенням напруги UСЕ. Порядок виконання роботи 1. Розгляньте схему на рис. 4 і виконайте її моделювання. 2. Перенесіть необхідні елементи з заданої схеми на робочу область Electronics Workbench. 3. З'єднайте виводи елементів і розташуйте елементи в робочій області для одержання необхідної вам схеми. Для з'єднання двох контактів необхідно клацнути на один з контактів лівою кнопкою миші і, не відпускаючи клавішу, довести курсор до другого контакту. У разі потреби можна додати додаткові вузли (розгалуження). 4. Проставте необхідні номінали і властивості кожного елементу згідно варіанту. Варіант обираємо у відповідності до номера за списком у журналі. Для цього потрібно двічі виконати подвійне натискування лівою кнопкою миші на зображенні елементу. № вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12  Тип тр-ра  2N3947  2N4014  2N4123  2N4264  2N4286  2N4400  2N4409  2N4424  2N4921  2N4923  2N5038  2N5058  № вар. 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24  Тип тр-ра  2N5088  2N5172  2N5191  2N5209  2N5223  2N5232  2N5302  2N5550  2N5581  2N5629  2N5655  2N5671  № вар. 25 26 27 28 29 30 31 32      Тип тр-ра  2N4264  2N4286  2N5038  2N5058  2N5655  2N5671  2N5088  2N5172       5. Коли схема зібрана і готова до запуску, натисніть кнопку ввімкнення живлення на панелі інструментів.
Рисунок 4 - Схема для визначення вхідної ВАХ (СЕ) 6. Змінюючи опір резистора R2 з кроком 5%, зніміть вхідну ВАХ
при Uсе = 0 В. Дані запишіть у таблицю. Повторіть дослідження для Uсе = 5 В та Uсе = 10 В. 7. Побудуйте вхідну ВАХ на міліметровому папері. 8. Зробіть висновки. 9. Розгляньте схему на рис. 5 і виконайте її моделювання згідно заданого варіанту.
Рисунок 5 - Схема для визначення вихідної ВАХ (СЕ) 10. Змінюючи опір резистора R2 з кроком 5%, зніміть вихідну ВАХ
при Uве = 1 В. Дані запишіть у таблицю. Повторіть дослідження для Uве = 4 В та Uве = 8 В. 11. Побудуйте вихідну ВАХ на міліметровому папері. 12. По отриманих ВАХ визначте
13. Зробіть висновки. Контрольні запитання Опишіть принцип дії БТ, приведіть його схеми ввімкнення та статичні ВАХ. Які три області (режими) роботи має БТ? Чим визначаються частотні властивості БТ? Вимоги до оформлення звіту лабораторної роботи. Звіт виконується на листах формату А4. Зміст звіту  У звіті потрібно відобразити: 1)    мету лабораторної роботи; 2)    принципову електричну схему досліджуваного функціонального вузла; 3)    результати експериментальних досліджень у вигляді таблиць та графіків; 4) здійснити необхідні розрахунки; 5)    висновки, що базуються на аналізі отриманих результатів.