Студопедия — МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. Семейства входных и выходных характеристик транзистора КТ342А приведены на рисунке 3
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. Семейства входных и выходных характеристик транзистора КТ342А приведены на рисунке 3






Семейства входных и выходных характеристик транзистора КТ342А приведены на рисунке 3.


 

 



1к, мА


 

 


Входная характеристика транзистора ^ = f(U бэ) представляет собой зависимость ток базы от напряжения между базой и эмиттером при постоянных выходных напряжениях икэ. Характеристика при икэ=0 идёт из начала координат, так как если все напряжения равны нулю, то нет никакого тока. При этом оба перехода включены в прямом направлении. Ток базы является суммой прямых токов эмиттерного и коллекторного переходов. Рассматриваемая характеристика подобна обычной характеристике для прямого тока полупроводникового диода. При икэ>0 характеристика сдвигается вправо, ток базы уменьшается и при малых ибэ становится отрицательным (на рисунке не показан).

Выходные характеристики iк = f(Uкэ) представляют собой зависимости ток коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером. Как правило, эти характеристики даются при различных постоянных входных токах базы i^ Это объясняется тем, что вследствие сравнительно малого входного сопротивления транзистора источник входного переменного входного напряжения, имеющий часто большое внутреннее сопротивление, работает в режиме генератора тока. Таким образом, обычно бывает задан входной ток транзистора и удобно вести расчёты с помощью семейства выходных характеристик, связывающие выходные ток и напряжение с входным током.

Первая характеристика при ^=0 выходит из начала координат и весьма напоминает обычную характеристику для обратного тока полупроводникового диода. Условие ^=0 соответствует разомкнутой цепи базы. При этом через весь транзистор от эмиттера к коллектору проходит сквозной ток ^-э 0.

Если ^>0, то выходная характеристика расположена выше, чем при ^=0, и тем выше, чем больше ток i^ Увеличение тока базы означает, что за счёт повышения напряжения ибэ
соответственно увеличился ток эмиттера, частью которого является ток базы. Следовательно, пропорционально возрастает и ток коллектора. Благодаря линейной зависимости между токами пологие участки соседних выходных характеристик расположены приблизительно на одинаковых расстояниях друг от друга.

Выходные характеристики показывают, что при увеличении икэ от нуля до небольших значений (десятые доли вольта) ток коллектора резко возрастает (режим насыщения), а при дальнейшем увеличении икэ характеристики идут с небольшим подъёмом (активный режим), что означает сравнительно малое влияние икэ на ток коллектора. При повышении икэ уменьшается толщина базы, вследствие чего уменьшается ток базы. Так как характеристики снимаются при i^const, то для поддержания прежнего значения тока базы приходится увеличивать напряжение ибэ. За счёт этого несколько возрастает L,, а следовательно, и ток коллектора.

Чем больше токи коллектора i^ тем раньше, т.е. при меньших значениях икэ наступает электрический пробой.

Выпишем из справочника предельные параметры для транзистора КТ342А

икэ max = 30 В,

ТК max = 50 м^

Рк max = 250 мВт (torp <25'C) и Рк max = 2(l50- t„f)мВт (25'C < t0„ < 125-C).

Во избежание теплового пробоя транзистора мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе транзистора, Рк = икэ1к не должна превышать максимально допустимой мощности

рассеивания для данного транзистора.

о

Примем t=60 С. Тогда имеем Рк max = 2(150 —)= 2(150-60)= 180 мВт.

Кривая предельно допустимой мощности описывается формулой:

I = Л- = 180

к икэ икэ

Исходя из данных значений нанесём кривую допустимой мощности и определим область безопасных режимов работы (рис. 3, б).

Рабочая точка не задана. Рабочая точка должна располагаться на линейном участке ВАХ, при этом токи и напряжения в режиме усиления гармонического сигнала не должны превышать максимально допустимые. Выберем ток базы 1б=0.05 мА, икэ=3 В. Тогда по входной характеристике для икэ=3 В (необходимо дорисовать) находим напряжение смещения базы ибэ= 0.545 В.

Находим на выходных характеристиках (рис. 3) точку А на пересечении линий, соответствующих икэ=3 В и 1б=0.05 мА.

Для определения h-параметров воспользуемся семействами входных и выходных характеристик для схемы с ОЭ.

Параметр h11:3 (входное сопротивление) определяется по выражению:

AU б

h = dU*

11э IT ^б

Uk3 = const

Задав приращение напряжения в точке А AUfo = 0.0545 В, получим приращение тока базы А1б = 0.06 мА. Тогда

0.0545

h =AU»■

Hi 1 ^

-3

0. 06 • 10

Uk3 = const

Параметр h12:3 (коэффициент обратной связи по напряжению) определяется по выражению:


 


h = dUfo

12э dU


Через точку А (рис. 3, а) проведём горизонтальную линию (I^const). Разница между точками пересечения кривых входных характеристик равна: AUfe = 0.0545 В, АИкэ = 2 В Тогда


 
 

 

определяются по выходным характеристикам.

Через точку А (рис. 3,б) проводим вертикальную прямую до пересечения с соседней характеристикой (при этом U^const). Приращения токов равны: AIk = 7.5 мА, А1б = 0.05 мА. Тогда


             
   
AIk
     
 
 
   
 
 

Задав приращение напряжения Uk3=2 В в окрестности точки А получаем приращение тока

AIk = 0.5 мА. Тогда


               
   
   
AIk
 
h2
 
   
 
 

По вычисленным значениям h-параметров можно получить параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора, элементы которой достаточно полно отражают свойства реального транзистора на низких частотах, что необходимо для анализа транзисторных схем.

Эквивалентная Т-образная схема, составленная из физических параметров биполярного транзистора, включённого по схеме с ОЭ, представлена на рисунке 4.

гб г*.. Рис. 4. Эквивалентная Т-образная схема транзистора, включённого с ОЭ

 

Найдём параметры эквивалентной схемы по известным выражениям. Сопротивление гэ равно

г = j» = _0:j6_ = 2.74 ^).

э I3 Ij, 0.0095

*

Сопротивление г к равно * 1 1

Г* =------- =-------------- т = 4.0 (кОм).

к h22 э 2.5 • 10-4

Статический коэффициент передачи по току БТ для включения с ОЭ равен Ь = h21э = 150.

Сопротивление гб равно

гб = h11э - (h21э +1) = 908 - (150 +1)2.74» 495 (Ом).

Теперь проверим правильность определения параметра hi23 h12 3 = r3 h223 = 2.74 • 2.5 • 10-4 = 6.8 • 10-4 (Ом).

Данное значение примем за окончательное.

Задача № 4

Рассчитать модуль |h213| и фазу 9h21„ ко3ффициента передачи по току БТ в схеме с ОЭ на частоте f=60 кГц.

Предельная частота ко3ффициента передачи по току в схеме с ОБ ^21б, статический ко3ффициент передачи то току в схеме с ОБ равны: йшб=15 МГц, а=0.95.

Решение

На высоких частотах возникает фазовый сдвиг между входным и выходным токами БТ, обусловленный конечным временем пролёта носителей от 3миттера к коллектору и наличием ёмкостей переходов БТ. Это приводит к комплексному характеру ко3ффициентов передачи по току и их частотной зависимости

h21 б(f)= |h21 б(f)• eJФh21б(f) и h213(f)= |h213(f)• ejh213(f).

Необходимо уяснить понятие предельной частоты ко3ффициента передачи по току БТ для схемы включения с ОБ и ОЭ. Частотные зависимости модуля и фазы ко3ффициентов передачи по току характеризуются выражениями:

a

r f ^ f

V h21б 0

1 +


f V h2^ 0
  (f ^  
1 +    
  Vfh213 0  


 


где а, в - статические ко3ффициенты передачи по току БТ для включения с ОБ и ОЭ, соответственно;

fh21(5, fh213 - предельные частоты ко3ффициентов передачи по току для схемы с ОБ и ОЭ, соответственно.

Причём связь между 3тими частотами определяется выражением fh

f=

h21 3

Используя выражения для преобразования h-параметров для различных схем включения транзисторов, определим статический ко3ффициент передачи по току для включения с ОЭ:

0.95

Р = -^= =19.

1 -а 1-0.95

Тогда предельная частота ко3ффициента передачи по току для включения с ОЭ


               
 
 
   
h213
     
18.94
 
 
   

 

 

и фаза ко3ффициента передачи по току в схеме с ОЭ


 
 

Задача № 5

Усилительный каскад выполнен на полевом транзисторе 2П302Б в схеме с общим истоком. Рабочая точка ПТ задаётся напряжением источника питания Цип=10 В и параметрами:

- сопротивление резистора Яс=0.4 кОм,

- напряжения на затворе в режиме покоя изи0=-1.4 В.

1. Нарисовать принципиальную схему усилителя;

2. На семействе статических ВАХ транзистора построить нагрузочную прямую и определить положение рабочей точки;

3. Для найденной рабочей точки определить сопротивление резистора в цепи истока Яи и малосигнальные параметры S, R; и ц;

4. Графоаналитическим методом определить параметры режима усиления Ки и Рвых при амплитуде входного сигнала изи m=0.25 В.

Решение

1. Схема усилительного каскада на полевом транзисторе типа 2П302Б по схеме с общим истоком и резистором нагрузки Rc в цепи стока представлена на рисунке 5. Напряжение смещения задаётся автоматически за счёт включения в цепь истока резистора Ru, падение напряжения на котором определяет напряжение изи = U3 - ии = -ICRи.

 
 

+ иип -

Рис. 5. Схема усилительного каскада на полевом транзисторе

 


 

Ic, мА Рис. 6. Статические характеристики транзистора 2П302Б

 

На основании второго закона Кирхгофа для цепи на рисунке 5 в режиме покоя можно составить уравнение

UиП = UСи + 1С (RС + Rи) = UСи + IСRС + |изи I, откуда

и ип и си |и зи|

Rc

Это уравнение нагрузочной прямой.

Построение данной прямой показано на рисунке 6. Для 3того необходимо рассчитать координаты двух точек:

1. Ic = 0, иси = и ип = 10 (В).

и ип и 31

10-1.4

2 и си = 0, IС = '

Rc 400

Соединяя полученные точки, строим нагрузочную прямую.

Точка пересечения нагрузочной прямой с характеристикой, соответствующей заданному значению изи0 даёт положение рабочей точки О. Эта рабочая точка соответствует току стока в рабочей точке Ig0=11.1 мА и напряжению иси0=4.9 В.

3) Сопротивление резистора в цепи истока Rи находим следующим образом:


 


1.4

= 126 (Ом).

0.0111


 


Малосигнальные параметры S, R; и ц определяются как (рис. 6)

- крутизна характеристики


               
   
14.5 -5.2 9.3 = — = 9.3
   
АТ
   
мА
 
 

-1.0 + 2.0 1.0


 
 

 

Данные параметры связаны между собой соотношением:

m = S • R; = 9.3-14.2 = 132.

Данное соотношение практически выполняется.

4) При подаче синусоидального входного сигнала с амплитудой итзи=0.25 В транзистор переходит в динамический режим (режим усиления) и его состояние описывается нагрузочной характеристикой.

В 3том режиме параметры могут быть вычислены с помощью рисунка 6 и определяются выражениями


               
   
ис
 
     
 
 
   
Ес, Rr=const
 

- выходная мощность Рвых = 2 • исИm • Iсm = 1 -10 - 2.2 = 1.1 (мВт).

Задача № 6

Электронно-лучевая трубка с 3лектростатическим отклонением луча имеет длину отклоняющих пластин L1=30 мм, расстояние между пластинами а=9 мм, расстояние от 3крана до ближайшего к нему края пластин L2=180 мм. Напряжение на втором аноде равно иа2=2.5 кВ, а постоянное напряжение между отклоняющими пластинами равно иоткл=45 В. Необходимо определить:

а) чувствительность ЭЛТ;

б) отклонение 3лектронного луча на 3кране от оси трубки;

в) угол отклонения луча в точке выхода его из поля пластин.

Решение

Конструкция 3лектронно-лучевой трубки (ЭЛТ) с 3лектростатическим отклонением луча показана на рисунке 7.



 

а) Полное отклонение пятна на экране определяется выражением

h = h1 + h2 = Uоткл L'l + L2tga =

1 2 4U32d 12 2U32l 2 2

где h1 - отклонение электронов, приобретённое между отклоняющих пластин, h2 - отклонение электронов, приобретённое на пути между отклоняющими пластинами и экраном.

2'2500'9 I 2

б) Основным параметром электростатической отклоняющей системы является чувствительность к отклонению Бэ, показывающая, на сколько миллиметров отклоняется луч на приёмнике электронов при изменении отклоняющего напряжения на 1 Вольт:


               
   
h
       
мм В
 
h7 =
 
 

в) угол отклонения луча в точке выхода его из поля пластин определяется выражением

U L1

откл 1

2Ua2 d

Тогда значение угла равно


           
   
     
>1.72°.
 
a = arctg
 
 

Задача № 7

Фотодиод включён последовательно с источником питания и резистором R. Обратный ток насыщения затемнённого фотодиода (темновой ток) равен I0.

Фототок диода в фотогальваническом режиме при коротком замыкании перехода составляет 1ф1 при потоке световой энергии Ф1; 1ф2 при потоке световой энергии Ф2; 1ф3=0 при потоке световой энергии Ф3=0.


Определите напряжение холостого хода Uxx диода для Ф Ф2 и Ф3, а также значения Ф1 и Ф2 (лм), считая токовую чувствительность при монохроматическом световом потоке равной Si=1.5-10"2 мкА/лм.

Рассчитать и построить семейство ВАХ идеализированного фотодиода для световых потоков Ф Ф2 и Ф3 в диапазоне напряжений U от ихх до - 10 (при расчётах считать, что фототок не зависит от напряжения на запертом переходе; Т=300 К).

Описать принцип работы, характеристики и параметры фотодиода.

Значения

I0 = 3 мкА;

R = 40 кОм;

1Ф1 = 30 мкА;

1Ф2 = 90 мкА.

Решение

Схема цепи представлена на рисунке 8.


 

Рис. 8. Схема цепи Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов:

1) без внешнего источника электрической энергии (вентильный, фотогенераторный или фотогальванический режим);

2) с внешним источником электрической энергии (фотодиодный или фотопреобразовательный режим) (рис. 8).

Ток, протекающий через фотодиод, можно представить в виде:

(qu


                   
   
.kT
 
I = I0
   
 
 
         
(4)
 
 
 

где

1ф - фототок, вызванный облучением p-n перехода светом;

I0 - тепловой ток p-n перехода. Здесь этот ток равен обратному току насыщения затемнённого фотодиода (темновой ток);

U - напряжение на диоде.

При разомкнутой внешней цепи RtI=<», I=0 легко выразить напряжение холостого хода их или фото-ЭДС. Воспользуемся выражением (5). Тогда


 

 

kT, (IФ2Л

- для Ф=Ф2 Uxx = — ln

q

kT, L I фз Л

- для Ф=Фз Uxx = — ln q

= 0.026 ln |1 + yj = 0.089 (В). = 0.026 ln | 1 + 3| = 0.


 


Статическая интегральная токовая чувствительность при монохроматическом световом потоке

определяется отношением ST = —. Из данного выражения определим значения потоков Ф1 и

Ф

Ф2:

ТФ1 = 30
Si 1.5 • 10-
IФ2 = 90
Si 1.5 • 10'
Ф1 =

Ф=

2 = 2000 (лм), -2 = 6000 (лм).

 

Вольт-амперной характеристикой здесь является зависимость общего тока фотодиода от напряжения U, приложенного к фотодиоду:

I общ = f(U).

Данная характеристика определяется выражением (4). Рассчитаем и построим ВАХ фотодиода при различной величине освещённости.

1. Поток световой энергии равен Ф1. Тогда

(qU Л

U1 (U)=!„ -I

Результаты расчёта обратной ветви (U<0) вольт-амперной характеристики представим в виде
U, В   -0.01 -0.02 -0.05 -0.1 -0.2 -1 -10
ТобщЬ мкА   30.96 31.61 32.56 32.94      

 

Построенная по этим значениям вольт-амперная характеристика изображена на рисунке 9.

2. Поток световой энергии равен Ф2. Тогда

qU


 
 

 

 

и, В   -0.01 -0.02 -0.05 -0.1 -0.2 -1 -10
1общ3:> мкА   0.96 1.61 2.56 2.94      
общ3

Построенная по этим значениям вольт-амперная характеристика изображена на рисунке 9. 1общ(Цобр), мкА

 

------- при Ф=Ф2 ------- при Ф=Ф3 Рис. 9. Семейство ВАХ идеализированного фотодиода для световых потоков Ф Ф2 и Ф3

 

Фотодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, в которых используется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током светодиодов. Под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происходит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает и обратный ток увеличивается.

Если на переход не подано внешнее напряжение и цепь разомкнута, т освещение приводит к накоплению фотоэлектронов в n-области и дырок в р-области. В результате образуется разность потенциалов U<^, т.е. появляется фото-ЭДС (вентильный или фотогенераторный или фотогальванический режим). Если цепь замкнута, то возникает фототок. В таких условиях диод работает как фотоэлемент (фотодиодный или фотопреобразовательный режим).

Фотодиод описывается вольт-амперной, энергетической (световой), спектральной и частотной характеристиками. Если к неосвещённому фотодиоду подключить источник, значение и полярность которого можно изменять, то снятые при этом ВАХ будут иметь такой же вид, как у обычного полупроводникового диода. При освещении диода существенно изменяется лишь обратная ветвь ВАХ (рис. 9), прямые ветви практически совпадают при сравнительно небольших напряжениях.


Энергетическая характеристика фотодиода связывает фототок со световым потоком, падающим на светодиод (рис. 10).

Рис. 10. Энергетические характеристики

 

При работе фотодиода в вентильном режиме спектральные характеристики существенно зависят от сопротивления резистора, включённого во внешнюю цепь. С ростом нагрузочного сопротивления характеристики всё более искривляются и при больших сопротивлениях имеют ярко выраженный участок насыщения. При работе диода в фотодиодном режиме энергетические характеристики линейны, т.е. практически все фотоносители доходят до p-n- перехода и участвуют в образовании фототока.

Спектральная характеристика фотодиода есть зависимость чувствительности от длины волны падающего светового потока (рис. 11, а). При больших длинах волн, т.е. при малых энергиях квантов света по сравнению с шириной запрещённой зоны полупроводника, энергия кванта оказывается недостаточной для переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. Селеновые фотодиоды имеют спектральную характеристику, близкую по форме к спектральной зависимости человеческого глаза. Г ерманиевые и кремниевые фотодиоды чувствительны как в видимой, так и в инфракрасной части спектра излучения.

Частотная характеристика показывает изменение интегральной чувствительности при изменении яркости светового потока с разной частотой модуляции (рис. 11, б). Быстродействие диода характеризуется граничной частотой, на которой интегральная чувствительность

           
     
 
 
 

уменьшается в л/2 раз по сравнению со своим низкочастотным значением.

- темновой ток 1т - начальный обратный ток, протекающий через диод при отсутствии внешнего смещения и светового излучения (10-20 мкА для германиевых и 1-2 мкА для кремниевых диодов).

- рабочее напряжение ир - номинальное напряжение, прикладываемое к фотодиоду в фотодиодном режиме (ир=10-30 В).

- интегральная чувствительность 8инт, показывающая, как изменяется фототок при единичном изменении светового потока

S = ^

инт аФ

- граничная частота fjp - частота, где интегральная чувствительность уменьшается в л/2 раз (106-1012 Гц).


Список литературы

1. Методические указания и контрольные задания по курсу «Электронные приборы и устройства» для студентов заочной формы обучения. Сост. А.Я. Бельский, С.В. Дробот, В.Б. Рожанский и др. - Мн.: БГУИР, 2006. - 59 с.

2. Булычев А. Л., Лямин П.М., Тулинов Е.С.. Электронные приборы: Учебник. - Мн.: Выш. шк., 1999.

3. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Высш. шк., 2004.

4. Ткаченко Ф.А. Техническая электроника: Учеб. пособие. - Мн.: Дизайн ПРО, 2000.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»)







Дата добавления: 2015-06-15; просмотров: 1308. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Стресс-лимитирующие факторы Поскольку в каждом реализующем факторе общего адаптацион­ного синдрома при бесконтрольном его развитии заложена потенци­альная опасность появления патогенных преобразований...

ТЕОРИЯ ЗАЩИТНЫХ МЕХАНИЗМОВ ЛИЧНОСТИ В современной психологической литературе встречаются различные термины, касающиеся феноменов защиты...

Этические проблемы проведения экспериментов на человеке и животных В настоящее время четко определены новые подходы и требования к биомедицинским исследованиям...

Понятие о синдроме нарушения бронхиальной проходимости и его клинические проявления Синдром нарушения бронхиальной проходимости (бронхообструктивный синдром) – это патологическое состояние...

Опухоли яичников в детском и подростковом возрасте Опухоли яичников занимают первое место в структуре опухолей половой системы у девочек и встречаются в возрасте 10 – 16 лет и в период полового созревания...

Способы тактических действий при проведении специальных операций Специальные операции проводятся с применением следующих основных тактических способов действий: охрана...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия