2.2 Статические вольт-амперные характеристики транзистора

Вид характеристик зависит от схемы включения транзистора. Различают три схемы включения с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 — Схемы включения транзисторов:

с общей базой (а), с общим эмиттером (b), общим коллектором (с)

Обратите внимание, что общий электрод в индексе обозначения напряжения всегда стоит вторым.

Наибольшее распространение получила схема с общим эмиттером, так как только такое включение обеспечивает значительный коэффициент усиления и по току, и по напряжению. Остановимся на анализе этой схемы включения (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 — Схема включения с общим эмиттером

Обычно рассматривают два вида характеристик: входная и выходная. Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряженияпри постоянном выходном напряженииимеет вид, показанный нарисунке 2.

5.

Рисунок 2.5 — Входная характеристика транзистора,

включенного по схеме с ОЭ

При входная характеристика соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики двух- переходов, включенных параллельно.

Ток базы при этом равен сумме токов, проходящих через эмиттер и коллектор, причем последний работает в режиме эмиттера.

Если на коллектор подать отрицательное напряжение , то коллекторный переход окажется под обратным напряжением, ток базы будет составлять лишь малую часть тока эмиттера. Это объясняется двумя причинами:

• происходит перераспределение токов между базой и коллектором, ток коллектора увеличивается, а ток базы уменьшается;

• модуляция базовой области – это уменьшение ширины базы при приложении к коллектору обратного напряжения, вероятность рекомбинации уменьшается, что и приводит к уменьшению базового тока.

Увеличение по абсолютной величине приводит к сдвигу характеристики вправо. Это особенно заметно при относительно малых напряжениях, при росте напряжения характеристики практически сливаются в одну.

В токе присутствует составляющая, поэтому приток, а ток.

Выходная характеристика – это зависимость выходного тока от выходного напряженияпри постоянном входном токе

имеет вид, показанный на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 -. Выходная характеристика транзистора, включенного по схеме с ОЭ

Рассмотрев одну из статических характеристик, например, при , выделим на ней три участка: 1 — имеет сильную зависимость токаот напряжения; 2 – пологий участок, имеющий относительно слабую зависимость; 3 – резкий рост тока.

На 1-м участке при напряжение на коллекторном переходе равно, коллекторный переход открыт и инжектирует дырки в базу. Потоки дырок через коллекторный переход (от эмиттера в коллектор и от коллектора в базу) взаимно уравновешиваются, и ток. По мере повышения напряженияпрямое напряжение на коллекторном переходе снижается, его инжекция уменьшается и токрастет.

На 2-м участке на коллекторный переход действует обратное напряжение, в этом случае справедливы выражения

, (2.5)

. (2.6)

Исключив , получим

(2.7)

или

, (2.9)

где — коэффициент передачи по току при схеме с ОЭ;

— начальный или сквозной ток коллектора.

Коллекторные характеристики имеют некоторый наклон к оси абсцисс, вызванный эффектом модуляции базовой области.

На 3-м участке наблюдается лавинный пробой коллекторного перехода, который может перейти в тепловой. Напряжение не должно превосходить допустимое значение, указанное в справочниках.

Анализируя вид выходных характеристик, учитывая, что реальные характеристики проходят почти параллельно оси напряжения, можно сделать вывод, что транзистор эквивалентен источнику тока, управляемому током.

Выходная вольт-амперная характеристика — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Cтраница 2

Уравнение (9.22) описывает статические выходные вольт-амперные характеристики фототранзистора.  [16]

Выходные харакетристики полевого транзистора с управляющим /. — — переходом и каналом л-типа.  [17]

На рис. 5.5 приведены выходные вольт-амперные характеристики ПТУП с каналом л-типа. Характеристики других типов транзисторов имеют аналогичный вид, но отличаются напряжением на затворе и полярностью приложенных напряжений.  [18]

Основой графического расчета являются входные и выходные вольт-амперные характеристики биполярного транзистора. Вольт-амперные характеристики транзистора, полученные без включения нагрузки во внешнюю цепь, называются статическими, а при включении нагрузки — динамическими.  [19]

Они отличаются хорошей линейностью выходной вольт-амперной характеристики в широком диапазоне напряжений и токов и поэтому удобны для аналоговых схем.  [20]

Структура полевого фототранзистора и схема его включения.  [21]

Сравнивая эти характеристики с выходными вольт-амперными характеристиками обычного транзистора, можно заметить, что приращение коллекторного тока в первом случае происходит за счет увеличения базового фототока от светового потока или от увеличения тока базы во втором случае.  [22]

Простейшая схема дифференциального каскада.  [23]

Исходную рабочую точку на семействе выходных вольт-амперных характеристик транзистора Т3, так же как и транзисторов Т, и Т2, выбирают в области, где коллекторный ток весьма слабо зависит от напряжения на коллекторе.  [24]

На рис. 1 — 55 приведены экспериментальные выходные вольт-амперные характеристики пленарного транзистора.  [25]

Схема включения с общим эмиттером ( а, семейство выходных вольт-амперных характеристик ( б и график зависимости токов транзистора от напряжения на эмиттерном переходе ( в.  [26]

На рис. 2.3, б изображены выходные вольт-амперные характеристики транзистора типа р-п — р, включенного по схеме с общим эмиттером.  [27]

На рис. 2 а и б показаны входные и выходные вольт-амперные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером. Величина сопротивления насыщения лежит в пределах сотых долей ома. На рис. 3 приведена зависимость статического коэффициента усиления по току в схеме с общим эмиттером Вст от тока коллектора. Предельные параметры транзистора сведены в таблице.  [28]

Схема для снятия вольт-амперных характеристик транзистора включенного по схеме с ОЭ 46.| Входные ( а и выходные ( б вольт-амперные характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ.  [29]

На рис. 5.9 приведена схема для снятия статических входных и выходных вольт-амперных характеристик.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

3.5.3: Транзисторные вольт-амперные характеристики — технические библиотеки LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

89963

• Билл Уилсон
• Университет Райса

Что произойдет, если мы теперь и приложим некоторое смещение к переходу эмиттер-база? Как мы видели, до тех пор, пока переход база-коллектор смещен в обратном направлении, почти весь ток коллектора состоит из электронов, которые были инжектированы эмиттером в базу, диффундируют через область базы, а затем падают вниз по цепи база-коллектор.

узел. Скорость, с которой электроны падают на переход, не зависит от того, насколько велика капля (например, насколько велика \ (V _ {\ text {CB}} \)). Единственное, что имеет значение, когда речь идет о токе коллектора, это то, как быстро электроны инжектируются в область базы, что, конечно же, определяется током эмиттера \(I_{E}\). Таким образом, для нескольких различных значений тока эмиттера, \(I_{E_{1}}\), \(I_{E_{2}}\) и \(I_{E_{3}}\), мы могли бы увидеть что-то как на рисунке \(\PageIndex{2}\).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Общая базовая характеристика биполярного транзистора

. В первом квадранте, который находится в «режиме прямого активного смещения», выход с клеммы коллектора более или менее похож на источник тока; то есть \(I_{C}\) является константой, независимо от того, что такое \(V_{\text{CB}}\). Обратите внимание, однако, что мы должны использовать управляемый источник, в данном случае источник тока, управляемый током, поскольку \(I_{C}\) зависит от того, чем является \(I_{E}\). Очевидно, глядя в (смещенный вперед) вывод эмиттер-база, мы видим обычный p-n переход. Таким образом, если бы мы хотели построить «модель» этого устройства, мы могли бы придумать что-то вроде рисунка \(\PageIndex{3}\). Обратите внимание, что базовая клемма является общей для обоих входов. Поскольку на самом деле мы хотели бы думать о транзисторе как о двухпортовом устройстве (с входом и выходом), модель транзистора часто изображается так, как показано на рисунке \(\PageIndex{4}\).

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Модель транзистора с общей базой Рисунок \(\PageIndex{4}\): Перерисованный транзистор с общей базой

-частотные схемы, биполярный транзистор очень редко используется в схеме с общей базой. В большинстве случаев вы увидите его либо в конфигурации с общим эмиттером (рис. \(\PageIndex{5}\)), либо в конфигурации с общим коллектором. Общий эмиттер, вероятно, является наиболее часто используемым транзистором.

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Конфигурация схемы с общим эмиттером

Обратите внимание, что у нас есть источник тока, управляющий базой, и мы применили только одну батарею на всем пути от коллектора до эмиттера. Теперь батарея должна делать две вещи: а) она должна обеспечивать обратное смещение для перехода база-коллектор и б) она должна обеспечивать прямое смещение для перехода база-эмиттер. По этой причине кривые \(I_{C}\) как функция \(V_{\text{CE}}\) теперь выглядят несколько иначе. Теперь необходимо, чтобы \(V_{\text{CE}}\) стало немного положительным, чтобы транзистор перешел в активный режим. Другое отличие, конечно, заключается в том, что ток коллектора теперь отображается как \(\beta I_{B}\), ток базы, а не как \(\alpha I_{E}\), ток эмиттера.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Кривые характеристик с общим эмиттером для транзистора

 

---

Эта страница под названием 3.5.3: Транзисторные вольт-амперные характеристики распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 1.0 и была создана, изменена и/или курирована Биллом Уилсоном посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами Платформа LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Билл Уилсон

   Лицензия

   СС BY-NC-SA

   Версия лицензии

   1,0

   Программа ООР или издатель

   OpenStax CNX

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. источник@https://cnx. org/contents/[email protected]:1sKbR9Vg@22
   2. источник[1]-eng-88529

5. Транзисторы BJT — документация elec2210 1.0

5.1. Цели

Этот эксперимент предназначен для ознакомления с реальными характеристиками биполярных переходных транзисторов (BJT) и некоторых их применений. В частности,

1. Измерим форсированный ток базы и форсированное напряжение база-эмиттер Характеристики IC-VCE

2. Мы создадим схему инвертора на биполярных транзисторах, чтобы лучше понять концепции насыщения по напряжению и току

3. Мы научимся использовать биполярный транзистор для включения большого тока при малом напряжении или токе

4. Мы научимся измерять кривую передачи напряжения (VTC), что является важным методом проектирования широкого спектра аналоговых и цифровых схем, включая усилители и логические элементы

5. Мы получим больше опыта с макетной системой ELVIS II+

6. Мы будем продолжать развивать профессиональные лабораторные навыки и навыки письменного общения

5.

2. Требуемые SFP и индивидуальные программы

1. 3-проводной анализатор ВАХ

2. Цифровой мультиметр

3. Цифровой записывающий

4. Программа Signal Express для характеристик передачи тока база-коллектор

5. Программа Labview vi для принудительных измерений Vbe

5.3. Необходимые компоненты

1. 2N3904 Транзистор NPN техническое описание .

2. 510 резистор

3. 1 резистор

4. 10 резистор

5. 330 резистор

6. 4558 операционный усилитель техническое описание .

7. Светодиод вашего любимого цвета

8. Вентилятор 5 В постоянного тока

5.4. Введение

Подробное описание BJT можно найти в главе 5 учебника ELEC 2210, Разработка схемы микроэлектроники от Р.К. Джагер.

Аббревиатура BJT расшифровывается как Bipolar Junction Transistor. BJT можно рассматривать как устройство, которое регулирует выходной ток, ток коллектора, как правило, либо с входным током, либо с напряжением. Приведенные здесь эксперименты призваны помочь вам понять фундаментальные вольт-амперные характеристики (ВАХ) транзистора в реальном мире, а также ключевые концепции использования биполярных транзисторов в усилителях и переключателях.

Мы будем использовать 2N3904, npn BJT общего назначения с максимальным рабочим током 200 мА и максимальной рассеиваемой мощностью 625 мВт.

Клеммы C, B и E показаны на рис. 1.

Рисунок 1: Клеммы BJT.

Выходные характеристики BJT с Fo = 25 и VA = 8 показаны на рис. 2.

Рисунок 2: Выходные характеристики NPN.

Для каждой кривой передняя активная область — это область справа от колена, т. е. почти плоская часть. Область слева от колена является областью насыщения. Для коммутационных приложений BJT больше всего похож на замкнутый переключатель, когда он находится в области насыщения, где VCE мало. Это больше всего похоже на разомкнутый переключатель, когда он находится в отсечке, с iC = 0,

.

BJT часто используется в качестве переключателя, управляемого током, как показано на рис. 3.

Рисунок 3: NPN используется в качестве коммутатора.

В большинстве коммутационных приложений биполярный транзистор работает в области насыщения, когда он проводит ток. В этой области падение напряжения на клеммах коллектор-эмиттер биполярного транзистора, как и требовалось, мало. Величина тока нагрузки в этом случае определяется значением VCC и нагрузочными характеристиками и практически не зависит от входного тока или характеристик BJT.

5.5. Предварительная лаборатория

1. Получить техпаспорт на 2N3904 здесь и используйте его, чтобы найти диапазон коэффициента усиления по прямому току (Fo, также известный как hFE). Узнайте, как отличить эмиттер, базу и коллектор. Нарисуйте 2N3904 с помеченными клеммами.

2. Смоделируйте схему, показанную ниже, в Multisim. Выберите DC Sweep в качестве типа анализа. Источник 1 является источником напряжения. Развертка от 0 вольт до 1 вольта с шагом 0,001 вольта. Установите флажок «Использовать источник 2», чтобы выполнить вторичную развертку. Источник 2 является текущим источником. Развертка от 0 ампер до 0,00001 ампер с шагом 0,000001 ампер. На выходе ток коллектора. Это переменная с именем I(Q1[IC]).

   Рис. 4: Прелаб.

   Выходные характеристики аналогичной схемы показаны ниже на рисунке 5.

   Рис. 5: Смоделированные выходные характеристики 2N3904.

3. В каком регионе должен работать BJT, если он является «замкнутым переключателем»? Почему? В каком регионе он должен работать, если это «открытый переключатель»? Почему?

5.6. Лабораторная работа

Четыре части. Перед тем, как переходить к следующей части, подпишите вашу GTA на каждой части.

5.6.1. Выходные характеристики принудительного ИБ

1. Включите базу ELVIS и питание макетной платы.

2. Откройте средство запуска инструментов ELVIS через Пуск > Программы > National Instruments > NI

   ELVISmx для NI ELVIS и NI myDAQ > Средство запуска инструментов NI ELVISmx

   Рис. 6: Расположение панели запуска инструментов.

3. Откройте программную переднюю панель трехпроводного анализатора напряжения тока.

4. Тщательно измерьте принудительную выходную характеристику IB транзистора 2N3904 NPN следующим образом. Установите шаг Vc на 0,05 В и установите количество кривых на 5, как показано на рис. 7. Подключите коллектор к клемме DUT+ (контакт 29 на нижней левой клеммной колодке), подключите эмиттер к клемме DUT- и подключите базу к клемме BASE, показанной на рис. 7. Если смотреть на плоскую сторону транзистора, выводы эмиттера, базы и коллектора слева направо, как показано выше на рис. 1.

   Рис. 7: Настройки трассировщика для 2N3904 bjt.

   Рис. 8: Расположение клемм трехпроводного анализатора.

5. Нажмите «Выполнить». Трассировщик кривой должен медленно рисовать график.

6. Щелкните журнал, чтобы сохранить данные для последующего анализа. Сохраните также снимок экрана. Используя Excel или Matlab, постройте график как функцию VCE для IB = 30 мкА. Определите область насыщения и переместите активные области на свой снимок экрана.

5.6.2. Принудительные выходные характеристики VBE

Теперь мы измерим, как IC изменяется с VCE для форсированных напряжений база-эмиттер. Аналоговые выходы будут использоваться для установки напряжения базы и коллектора, а ток коллектора измеряется мультиметром ELVIS. Поскольку аналоговые выходы имеют очень маленькую токовую нагрузку, будут использоваться два неинвертирующих операционных усилителя с единичным коэффициентом усиления.

1. Соберите схему, показанную на рис. 9. Требуется только один операционный усилитель RC4558; на каждом чипе по два усилителя. Подключите неинвертирующие входы к аналоговым выходам ELVIS (контакты 31 и 32), как показано на рисунке.

   Рис. 9: Схема измерения принудительной характеристики Vbe.

   На рис. 10 показан внешний вид операционного усилителя 4558 с помеченными выводами.

   Рисунок 10: Распиновка 4558.

2. Загрузите программу LabVIEW здесь .

3. Используйте следующие настройки, как показано на рисунке 11.

   • пуск = 0,65 В

   • vbe стоп = 0,75 вольт

   • № шагов vbe = 6

   • vce start = 0 вольт

   • vce стоп = 1 вольт

   • ншагов = 30

   • Ограничение тока = 0,040 А

   Рис. 11: Настройки трассировщика для 2N3904 bjt.

4. Сохраните снимок экрана и определите области прямой активности и области насыщения.

5.6.3. Характеристики переключения транзистора NPN

Широко используемый метод для понимания работы схемы заключается в сканировании входного или исходного напряжения, и наблюдайте, как реагирует интересующее выходное напряжение. При моделировании схемы это делается с помощью развертки постоянного напряжения. анализ. Результатом является кривая передачи напряжения (VTC). VTC полезны при анализе широкого спектра аналоговых и цифровых схем.

Здесь мы будем использовать аналоговый выход AO0 для обеспечения программируемого входного напряжения, и используйте AI0 для экспериментального измерения выходного напряжения схемы переключения транзистора NPN. Схема здесь по сути представляет собой инвертор BJT, который также можно использовать в качестве усилителя. когда точка смещения установлена ​​в область, где выходное напряжение изменяется быстрее всего с входным напряжением.

1. Соберите схему, показанную на рис. 12. Клемма +5V — это нижний штырек на нижней левой клеммной колодке.

   Рис. 12: Схема включения NPN-транзистора.

2. Подключите AO0 к входу, AI0+ к коллектору, который является выходом, и AI0- к земле.

3. Загрузите программу LabVIEW здесь .

4. Измените количество шагов на 60 или 100. Нажмите «Выполнить». Вы должны увидеть график, аналогичный показанному на рисунке 13. Сохраните снимок экрана.

   Рис. 13: Схема переключения BJT VTC.

5. Повторно подключите AI0+ и AI0- к резистору нагрузки коллектора. Перезапустите программу. Сохраните снимок экрана. Щелкните правой кнопкой мыши график и экспортируйте данные для последующего анализа.

6. Повторно подключите AI0+ и AI0- через резистор последовательно с базой. Перезапустите программу и сохраните скриншот. Эти данные можно использовать позже для расчета базового тока.

7. Повторно соедините AI0+ и AI0- между базой и эмиттером. Перезапустите программу и сохраните скриншот.

При необходимости можно изменить шаг развертки.

Что делать в лабораторном отчете?

Обсудите, при каком Vin выходное напряжение начинает заметно падать? Как это соотносится с 0,7 В, напряжением включения Si PN-перехода? Напомним, что переход база-эмиттер по сути представляет собой PN-переход, только электронный ток переносится на коллектор.

Определите 3 различных рабочих участка (отсечка, прямое активное, обратное активное или насыщение) на кривой Vout-Vin.

График IC и IB против Vin. Объясните, как бета, соотношение IC/IB, изменяется с Vin.

5.6.4. Транзистор как переключатель

Здесь мы используем транзистор в качестве переключателя для включения и выключения нагрузки, которая может быть светодиодом, вентилятором или динамиком. Низкое входное напряжение или ток отключают ток коллектора. Высокое входное напряжение или ток базы включают транзистор. Естественная способность транзистора усиливать ток позволяет нам включать и выключать гораздо больший ток, используя источник с ограниченной способностью управления током, например. выход цифрового чипа. Здесь мы будем имитировать вывод цифрового чипа с помощью цифрового записывающего устройства.

Транзисторы можно использовать в качестве переключателей, когда мы хотим подключить нагрузку к интегральной схеме, которой не может управлять микросхема. Здесь транзистор используется как электронное реле. Другой способ думать об этом состоит в том, что транзистор используется для усиления ограниченного выходного тока чипа для питания гораздо большей нагрузки. В этой лабораторной работе NPN-транзистор будет использоваться для управления вентилятором. Сам транзистор будет управляться цифровым записывающим устройством ELVIS, которое обычно не может питать вентилятор.

1. Соберите схему, показанную на рис. 14. Контакты цифрового ввода/вывода находятся на верхней правой клеммной колодке. Используйте DIO 0 (контакт 1). Чтобы использовать мультиметр для измерения тока, необходимо использовать гнезда COM и A, а не гнездо V ->|-, которое использовалось ранее. Также обратите внимание, что амперметр должен быть включен последовательно с цепью.

   Рис. 14: Соединения схемы для демонстрации BJT в качестве переключателя.

2. Откройте цифровой мультиметр, выберите DC Current и щелкните Run, как показано на рис. 15.

   Рисунок 15: Цифровой мультиметр.

3. Откройте Digital Writer, нажмите «Выполнить» и переключите младший значащий бит (правый переключатель).

   Рис. 16: Цифровой записывающий модуль.

4. Измерьте и запишите в таблицу значения VCE, VBE, VBC, IB и IC при включенном и выключенном светодиоде.