Цель работы
Изучить систему параметров модели биполярного транзистора; исследовать влияние параметров модели биполярного транзистора на вольтамперные характеристики; освоить режим моделирования цепей по постоянному току.
Задание
Провести моделирование входной и выходной вольтамперных характеристик биполярного транзистора, исследовать влияние параметров модели биполярного транзистора на вольтамперные характеристики.
Исследуемый прибор
Для исследования был выбран маломощный n-p-n транзистор общего назначения 2N2222.
Схемы для моделирования
Для моделирования входной вольтамперной характеристики служит следующая схема:
А для моделирования выходной:
Параметры модели биполярного транзистора
| Обозначение | Параметр | Размерность | Значение по-умолчанию | 2N2222 |
| IS | Ток насыщения при температуре 27оС | А | 10−16 | 10.017f |
| BF | Максимальный коэффициент усиления тока в нормальном режиме в схеме с общим эмиттером (без учета токов утечки) | − | 506.842 | |
| BR | Максимальный коэффициент усиления тока в инверсном режиме в схеме с общим эмиттером | − | 154.978M | |
| NF | Коэффициент неидеальности в нормальном режиме | − | 980M | |
| NR | Коэффициент неидеальности в инверсном режиме | − | ||
| VAF | Напряжение Эрли в нормальном режиме для модели Гуммеля-Пуна | В | ∞ | |
| VAR | Напряжение Эрли в инверсном режиме для модели Гуммеля-Пуна | В | ∞ | |
| RC | Объемное сопротивление коллектора | Ом | ||
| RE | Объемное сопротивление эмиттера | Ом | 669M | |
| RB | Объемное сопротивление базы (максимальное) при нулевом смещении перехода база-эмиттер | Ом | ||
| TF | Время переноса заряда через базу в нормальном режиме | с | 485P | |
| TR | Время переноса заряда через базу в инверсном режиме | с | 2.266U | |
| CJE | Емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении | пФ | 42.42P | |
| VJE(PE) | Контактная разность потенциалов перехода база-эмиттер | В | 0,75 | 700M |
| MJE(ME) | Коэффициент, учитывающий плавность эмиттерного перехода | − | 0,33 | 643M |
| CJC | Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении | Ф | 36.64P | |
| VJC(PC) | Контактная разность потенциалов перехода база-коллектор | В | 0,75 | 700M |
| MJC(MC) | Коэффициент, учитывающий плавность коллекторного перехода | − | 0,33 | 558M |
| CJS(CCS) | Емкость коллектор-подложка при нулевом смещении | Ф | ||
| VJS(PS) | Контактная разность потенциалов перехода коллектор-подложка | В | 0,75 | 750M |
| MJS(MS) | Коэффициент, учитывающий плавность перехода коллектор-подложка | − | ||
| KF | Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкерного шума | − | ||
| AF | Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкерного шума от тока через переход | − |
Входная характеристика биполярного транзистора
Входная вольтамперная характеристика это - зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер. На следующем графике представлено семейство входных характеристик в зависимости от объемного сопротивления базы (от 0 до 100 Ом с шагом 20 Ом):
Как видно из графика, при увеличении объемного сопротивления базы характеристика становится более пологой – уменьшается ток базы при том же самом напряжении база-эмиттер.
Выходная характеристика биполярного транзистора
Выходная вольтамперная характеристика это – зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер.
Выходная характеристика биполярного транзистора в зависимости от напряжения база-эмиттер
На следующем графике представлено семейство выходных характеристик в зависимости от напряжения база-эмиттер (1…10В с шагом 1В):
С увеличением напряжения база-эмиттер растет ток коллектора. Это стандартное семейство выходных характеристик биполярного транзистора.
Выходная характеристика биполярного транзистора в зависимости от объемных сопротивлений коллектора и эмиттера
Объемные сопротивления коллектора и эмиттера вызывают потери тока точно так же, как если бы часть напряжения падала на сосредоточенном сопротивлении. Как следствие этого - более медленное нарастание тока коллектора как в случае введения объёмного сопротивления коллектора, так и в случае введения объёмного сопротивления эмиттера. За исключением лишь того, что при введении эмиттерного сопротивления несколько падал ток насыщения коллектора. Описываемые семейства представлены на графиках ниже (0…100 Ом с шагом 10 Ом):
Выходная характеристика биполярного транзистора в зависимости от напряжения Эрли
Эффект Эрли это – увеличение коллекторного тока при увеличении напряжения коллектор-эмиттер. Напряжение Эрли оценивается по значению точки пересечения в отрицательной области оси напряжения коллектор-эмиттер с прямой, экстраполирующей линейный участок выходной вольтамперной характеристики. Чем ниже напряжение Эрли, тем больше наклон этой прямой, что можно и увидеть в следующем графике:
При выполнении работы использовалось следующее учебное пособие:
1. Коротков А.С., Морозов Д.В. «Основы компьютерного проектирования и моделирования РЭС», Издательство СПбГПУ 2004.