Транзистором называется полупроводниковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усиливать мощность. Классификация транзисторов производится по следующим признакам:
- По материалу полупроводника — обычно германиевые или кремниевые;
- По типу проводимости областей (только биполярные транзисторы): с прямой проводимостью (p-n-p — структура) или с обратной проводимостью (n-p-n — структура);
- По принципу действия транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные);
- По частотным свойствам:
- НЧ (<3 МГц);
- СрЧ (3ч30 МГц);
- ВЧ и СВЧ (>30 МГц);
- По мощности: Маломощные транзисторы ММ (<0,3 Вт), средней мощности СрМ (0,3ч3Вт), мощные (>3 Вт).
1.
Теоретическая часть
1 Биполярный транзистор КТ301Ж
1.1 Общие сведения
Корпус металлический, герметичный, с гибкими выводами (рисунок 1).
Масса транзистора не более 0,5 г.
Рисунок 1 — Биполярный транзистор КТ301Ж
1.2 Максимально допустимые параметры
Гарантируются при температуре окружающей среды Тс. от минус 55єС до плюс 85єСк max = 10 мА постоянный ток коллектораэ max = 10 мА постоянный ток эмиттераэб max = 3 В постоянное напряжение эмиттер-базакб max = 20 В постоянное напряжение коллектор-базакэ max = 20 В постоянное напряжение коллектор-эмиттер при к.з. между эмиттером и базойк max = 150 мВт постоянная рассеиваемая мощность коллектора при Tc от минус 55єС до плюс 60єС
Тn max = 120єС температура перехода, п-к = 0,6 єС/мВт тепловое сопротивление переход-корпус
1.3 Электрические параметры
Работа транзистора характеризуется параметрами, определяющими усилительные и частотные свойства в режимах усиления, переключения и отсечки, а также максимально допустимыми режимами эксплуатации. Электрические параметры транзистора приведены в таблице 1.
Таблица 1 Электрические параметры транзистора КТ301Ж
|
Наименование |
Обозначение |
Значения |
Режимы измерения |
||||||
|
минимальное |
максимальное |
Uк , В |
Uэ , В |
Iк , мА |
Iб , мА |
Iэ , мА |
f , МГц |
||
|
Обратный ток коллектора, мкА |
Iкбо |
10 |
20 |
||||||
|
Обратный ток эмиттера, мкА |
Iэбо |
10 |
3 |
||||||
|
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, В |
Uкэ нас |
3 |
10 |
1 |
|||||
|
Напряжение насыщения база-эмиттер, В |
Uбэ нас |
2,5 |
10 |
1 |
|||||
|
Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте |
|h21э| |
1,5 |
10 |
1,5 |
20 |
||||
|
Статистический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ |
h21э |
80 |
300 |
10 |
3 |
||||
|
Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте, пс |
τн |
2000 |
10 |
2 |
2 |
||||
|
Максимальная частота генерации, МГц |
fmax |
60 |
10 |
3 |
|||||
1.4 Вольтамперные характеристики
Входные статические характеристики транзистора изображены на рисунке 2, выходные — на рисунке 3.
Рисунок 2 — Входные статические характеристики транзистора
Рисунок 3 — Выходные статические характеристики транзистора
2 Полевой транзистор КП103Ж
2.1 Общие сведения
Корпус металлический, с гибкими выводами (рисунок 4,а) и пластмассовый (рисунок 4,б).
Масса для обоих типов 1 г.
Рисунок 4,а — Полевой транзистор КП103Ж
Рисунок 4,б — Полевой транзистор КП103Ж
2.2 Максимально допустимые параметры
Гарантируются при температуре окружающей среды Тс. от минус 55єС до плюс 85єСсз max = 15 В суммарное напряжение сток-затворси max = 10 В постоянное напряжение сток-исток= 12 мВт постоянная рассеиваемая мощность транзистора
2.3 Электрические параметры
Работа транзистора характеризуется параметрами, определяющими усилительные и частотные свойства в режимах усиления, переключения и отсечки, а также максимально допустимыми режимами эксплуатации. Электрические параметры транзистора приведены в таблице 2.
Таблица 2 Электрические параметры транзистора КП103Ж
|
Наименование |
Обозначение |
Значения |
Режимы измерения |
||||||||
|
минимальное |
максимальное |
Uси, В |
Uзи, В |
Iс. нач., мкА |
|||||||
|
Начальный ток стока, мА |
Iс. нач. |
0,5 |
3 |
10 |
0 |
||||||
|
Ток утечки затвора, мА при Тс=+85єС при Тс=-55єС |
Iз. ут. |
20 2*103 20 |
0 0 0 |
10 10 10 |
|||||||
|
Крутизна характеристики, мА/В |
S |
0,5 |
2,8 |
10 |
0 |
||||||
|
Напряжение отсечки, В |
Uзи отс |
0,5 |
2,2 |
10 |
10 |
||||||
|
Коэффициент шума, дБ |
Кш |
0,5 |
3 |
5 |
0 |
||||||
|
Входная емкость, пФ |
С11и |
20 |
10 |
0 |
|||||||
|
Проходная емкость, пФ |
С12и |
8 |
10 |
0 |
|||||||
|
Относительная разность начального тока стока, % |
∆Iс. нач. |
10 |
20 |
10 |
0 |
||||||
|
Относительная разность крутизны тока стока, % |
∆S |
10 |
20 |
10 |
0 |
∆Uзи отс |
5 |
10 |
10 |
10 |
|
2.4 Вольтамперные характеристики
Входные статические характеристики транзистора изображены на рисунке 5, выходные — на рисунке 6.
Рисунок 5 — Входные статические характеристики транзистора
Рисунок 6 — Выходные статические характеристики транзистора
2. Расчетная часть
1 Биполярный транзистор КТ301Ж
1.1 Исходные данные для расчетов
Транзистор типа n-p-n, включен в схему с общим эмиттером. Напряжение источника питания Eп = 5 В, сопротивление нагрузки Rн = 3 кОм.
1.2 Построение нагрузочной прямой
Для построения нагрузочной прямой используем уравнение
п = Uкэ + Iк*Rн.
Приравнивая Iк =0, получаем первую точку Uкэ =5В.
Приравнивая Uкэ =0В, получаем вторую точку Iк =1,6мА.
Построение нагрузочной прямой показано на рисунке 7.
Рисунок 7 — Нагрузочная прямая выходной ВАХ
Фиксируем параметры режима покоя — Iк0 =0,9 мА, Uкэ0 =1,5 В, Iб0 =7 мкА.
Для определения Uбэ0 на входных вольтамперных характеристиках построим рабочую прямую. На пересечении с Uкэ = 10 В опустим перпендикуляр на ось абсцисс.
Определение Uбэ0 на входных вольтамперных характеристиках показано на рисунке 8.
Рисунок 8 — Построение рабочей прямой
бэ0 = 0,37 В.
Определим графическим способом параметры:
∆ Uкэ = 1,3В∆ Uбэ = 0,02В
∆ Iк = 0,8мА∆ Iб = 7мкА
2.1.3 Определение малосигнальных параметров
Входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока:
= 0,02 / 7 * 10-6 = 2,8 кОм
Коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока:
= 0,8 * 10-3 / 7 * 10-6 = 114,2
Выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (холостой ход входной цепи):
= 0,8 * 10-3 / 1,3 = 0,61мСм
Коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей:
= (12,5 * 0,00061) / 0,807 * 10-3 = 9,4
1.4 Расчет величин элементов эквивалентной схемы транзистора
На рисунке 9 изображена физическая малосигнальная эквивалентная схема биполярного транзистора.
Рисунок 9 — Физическая малосигнальная эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)
Емкость коллекторного перехода Ск =10 пф
Емкость эмиттерного перехода Сэ =80 пф
Постоянная времени τн =2000 пс
Модуль коэффициента передачи тока |h21э| =1,5
Сопротивление эмиттерного перехода эмиттерному току:
= 30,9 Ом
Сопротивление эмиттерного перехода базовому току:
= 3,5 кОм
Крутизна характеристики транзистора:
= 40 мА/В
Выходное сопротивление транзистора (сопротивлением внешней утечки между коллектором и эмиттером):
транзистор биполярный полевой мощность
= 4,1 кОм
Сопротивление коллекторного перехода:
= 375 Ом
Объемное сопротивление базы:
= 200 Ом
1.5 Определение граничных и предельных частот транзистора
Предельная частота передачи тока в схеме с ОЭ:
= 0,44 МГц
Граничная частота передачи тока:
= 30 МГц
Максимальная частота генерации транзистора:
= 24,4 МГц
Предельная частота транзистора по крутизне:
1.6 Определение частотных зависимостей Y-параметров
Рассчитаем значения частот:
wh21Э = 2p¦ h21Э = 2,76 Мрад/с
wS = 2p¦S = 499,8 Мрад/с
Проводимость прямой передачи (крутизна проходной характеристики), которую определяют при коротко замкнутом для переменной составляющей выходе транзистора:
= (40 * 10-3) / (√ 1+(w*2000*10-12)2)
При w = 100 Мрад/с|Y21(ω)| = 39,2 мСм
При w = 200 Мрад/с|Y21(ω)| = 37,1 мСм
При w = 300 Мрад/с|Y21(ω)| = 34,4 мСм
При w = 400 Мрад/с|Y21(ω)| = 31,2 мСм
При w = 500 Мрад/с|Y21(ω)| = 28,3 мСм
При w = 800 Мрад/с|Y21(ω)| = 21,2 мСм
При w = 1100 Мрад/с|Y21(ω)| = 16,5 мСм
По полученным данным построим график зависимости |Y21(ω)| (рисунок 10).
Рисунок 10 — График зависимости |Y21(ω)|
Входная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора:
= (1 / 2,8*103)*√((1+(w/2,76*106)2 ) / (1+(w/499,8*106)2 )
При w = 100 Мрад/с|Y11(ω)| = 12,6 мСм
При w = 200 Мрад/с|Y11(ω)| = 24 мСм
При w = 300 Мрад/с|Y11(ω)| = 33 мСм
При w = 400 Мрад/с|Y11(ω)| = 40 мСм
При w = 500 Мрад/с|Y11(ω)| = 45,6 мСм
При w = 800 Мрад/с|Y11(ω)| = 54,6 мСм
При w = 1100 Мрад/с|Y11(ω)| = 58,7 мСм
По полученным данным построим график зависимости |Y11(ω)| (рисунок 11).
Рисунок 11 — График зависимости |Y11(ω)|
2 Полевой транзистор КП103Ж
2.1 Исходные данные для расчетов
Транзистор с каналом p-типа, включен в схему с общим истоком. Напряжение источника питания Eп = 20 В, сопротивление нагрузки Rн = 3 кОм.
2.2 Построение нагрузочной прямой
Для построения прямой используем уравнение
п = Uси + Iс*Rн.
Приравнивая Iс =0, получаем первую точку Uси.=20 В.
Приравнивая Uси=0, получаем вторую точку Iс =6,6 мА.
Построение нагрузочной прямой изображено на рисунке 12.
Рисунок 12 — Нагрузочная прямая выходной ВАХ
Фиксируем параметры режима покоя — Iс0 = 0,3 мА, Uси0 = 19 В, Uзи0 = 0,5 В.
2.3 Определение малосигнальных параметров
Крутизна характеристики полевого транзистора:
= (0,55*10-3) / 0,5 = 1,1 мА/В
Внутреннее сопротивление транзистора:
= 4 / 0,1*10-3 = 40 кОм
Статический коэффициент усиления:
= 1,1 * 40 = 44
2.2.4 Расчет величин элементов эквивалентной схемы транзистора
На рисунке 13 изображена эквивалентная схема полевого транзистора.
Рисунок 13 — Эквивалентная схема полевого транзистора
СЗС = 8 пФ проходная емкость
СЗИ = 20 пФ входная емкость= 40 кОм внутренне сопротивление транзистора= 1,1 мА/В крутизна характеристики транзистораКАН = 15,8 кОм сопротивление канала в рабочей точке
2.5 Определение граничных и предельных частот транзистора
Предельная частота проводимости прямой передачи полевого транзистора:
¦S = 1/(2p×RКАН ×СЗИ) = 0,5 МГц
Граничная частота усиления полевого транзистора
¦ГР = S/(2p×ССИ) = 17,5 МГц
2.6 Определение частотных зависимостей Y-параметров
wS = 2p¦S = 3,14 МГц
Входная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора:
При ω = 1 Мрад/сY11(ω) = 26,85 мкСм
При ω = 2 Мрад/сY11(ω) = 44,25 мкСм
При ω = 3 Мрад/сY11(ω) = 63,1 мкСм
При ω = 8 Мрад/сY11(ω) = 101,69 мкСм
При ω = 13 Мрад/сY11(ω) = 132,23 мкСм
При ω = 18 Мрад/сY11(ω) = 166,38 мкСм
По полученным данным построим график зависимости Y11(ω) (рисунок 14).
Проводимость обратной передачи, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей входе транзистора:
При ω = 1 Мрад/сY12(ω) = 2,82 мкСм
При ω = 2 Мрад/сY12(ω) = 4 мкСм
При ω = 3 Мрад/сY12(ω) = 4,89 мкСм
При ω = 8 Мрад/сY12(ω) = 8 мкСм
При ω = 13 Мрад/сY12(ω) = 10,19 мкСм
При ω = 18 Мрад/сY12(ω) = 12 мкСм
По полученным данным построим график зависимости Y12(ω) (рисунок 15).
Рисунок 15 — График зависимости Y12(ω)
Проводимость прямой передачи, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора:
При ω = 1 Мрад/сY21(ω) = 1049,9 мкСм
При ω = 2 Мрад/сY21(ω) = 929,8 мкСм
При ω = 3 Мрад/сY21(ω) = 789,6 мкСм
При ω = 8 Мрад/сY21(ω) = 394,8 мкСм
При ω = 13 Мрад/сY21(ω) = 227,3 мкСм
При ω = 18 Мрад/сY21(ω) = 108 мкСм
По полученным данным построим график зависимости Y21(ω) (рисунок 16).
Рисунок 16 — График зависимости Y21(ω)
Выходная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей входе транзистора:
При ω = 1 Мрад/сY22(ω) = 30,8 мкСм
При ω = 2 Мрад/сY22(ω) = 43,82 мкСм
При ω = 3 Мрад/сY22(ω) = 59,5 мкСм
При ω = 8 Мрад/сY22(ω) = 146,15 мкСм
При ω = 13 Мрад/сY22(ω) = 235,3 мкСм
При ω = 18 Мрад/сY22(ω) = 324,9 мкСм
По полученным данным построим график зависимости Y22(ω) (рисунок 17).
Рисунок 17 — График зависимости Y22(ω)
Вывод
В ходе выполнения курсовой работы определены параметры и статические характеристики транзисторов. Для биполярного транзистора КТ301Ж графически определены h — параметры: h11Э = 2800 Ом — входное сопротивление, h21Э = 114,2 — коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока, h12Э = 9,4 — коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока, h22Э = 0,61 мСм — выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока.
Для полевого транзистора КП103Ж графически определены: крутизна характеристики — S= 1,1 мА/В, внутреннее сопротивление Ri = 40 кОм, статический коэффициент усиления µ.= 44.
В соответствии условиями задания рассчитаны параметры эквивалентной схемы, определены граничные и предельные частоты транзисторов.
Для биполярного транзистора записаны выражения для модулей ½Y21(w)½, ½Y11(w)½ и построены графики этих зависимостей от частоты. Из графиков следует, что при увеличении частоты, проводимость прямой передачи убывает, а входная проводимость возрастает.
Для полевого транзистора записаны выражения для модулей Y-параметров и построены графики данных зависимостей от частоты. Входная проводимость |Y11(w)|, проводимость обратной передачи |Y12(w)|, выходная проводимость |Y22(w)|:
— линейно возрастают с увеличением частоты; а проводимость прямой передачи — |Y21(w)| линейно убывает с увеличением частоты.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/izmerenie-parametrov-tranzistorov/
1. Валенко В.С., Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств, ─ М.: «Додэка», 2001
2. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник / Под ред. Н.Н. Горюнова. М.: Энергоатомиздат, 1985
— Транзисторы для аппаратуры широкого применения.: Справочник / Под ред. Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1981
— Тугов Н.М. Полупроводниковые приборы: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990
— Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам, — Таганрог, 2004
— Москатов Е.А. Электронная техника, — Таганрог, 2004
