Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 23
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
Факультет «ФЭУ»
Кафедра «ПЭ»
Расчетно-графическая работа
По дисциплине Физические основы электроники»
Студент группы 9ПЭБа-1
А.А. Семенов
Преподаватель
А.К. Смирнова
2021
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
Факультет «ФЭУ»
Кафедра «ПЭ»
Расчетно-графическая работа
По дисциплине Физические основы электроники»
Студент группы 9ПЭБа-1
А.А. Семенов
Преподаватель
А.К. Смирнова
2021
2
Содержание
Задача Задача Задача Задача Задача Задание 4. Биполярные транзисторы 4.1. По входными выходным ВАХ найти h- параметры транзистора как четырехполюсника для схемы с ОЭ.......................................9
Задача 31............................................................................................................. 9 4.2. Найти физические и h- параметры транзистора как четырехполюсника для схемы с ОЭ, используя h- параметры для схемы с ОБ. Задача 41........................................................................................................... Вариант 4.3. Рассчитать частотные свойства транзистора............................................20
Список использованных источников
Задача переход имеет обратный ток насыщения
,
напряжение, приложенное к переходу, равно 0,5 В. Пользуясь уравнением ВАХ идеального p-n- перехода, найти отношение прямого тока к обратному при Т = 300 Дано ВТ = 300 K
Найти:
Решение
Зависимость силы тока от напряжения для идеального полупроводникового перехода имеет вид где- обратный ток насыщения- элементарный заряд- напряжение, В;
Дж/К – постоянная Больцмана,
Т – температура, К.
Величина прямого тока
Величина обратного тока
4
Ответ:
Задача Определить ширину электронно-дырочного перехода ив n- и областях соответственно, контактную разность потенциалов и максимальное значение напряженности электрического поля в переходе германиевого туннельного диода при Т = 300 К с
Дано:
Т = 300 К
Найти:
-?; -?; -?;
-?
Решение:
Контактная разность потенциалов где- постоянная Больцмана,
Кл заряд электрона- концентрации электронов и дырок соответственно в и
полупроводниках.
5
- концентрация электронов в собственном проводнике в зоне проводимости.
Для германия при Т КВ примесных полупроводниках при рабочих температурах
,
где
- концентрации акцепторной и донорной примесей.
Ширина p-n перехода в равновесном состоянии где- относительная диэлектрическая проницаемость германия- диэлектрическая постоянная.
Ширина p-n перехода ив и n – областях соответственно связана с концентрациями примесей зависимостью
По условию, значит
,
напряжение, приложенное к переходу, равно 0,5 В. Пользуясь уравнением ВАХ идеального p-n- перехода, найти отношение прямого тока к обратному при Т = 300 Дано ВТ = 300 K
Найти:
Решение
Зависимость силы тока от напряжения для идеального полупроводникового перехода имеет вид где- обратный ток насыщения- элементарный заряд- напряжение, В;
Дж/К – постоянная Больцмана,
Т – температура, К.
Величина прямого тока
Величина обратного тока
4
Ответ:
Задача Определить ширину электронно-дырочного перехода ив n- и областях соответственно, контактную разность потенциалов и максимальное значение напряженности электрического поля в переходе германиевого туннельного диода при Т = 300 К с
Дано:
Т = 300 К
Найти:
-?; -?; -?;
-?
Решение:
Контактная разность потенциалов где- постоянная Больцмана,
Кл заряд электрона- концентрации электронов и дырок соответственно в и
полупроводниках.
5
- концентрация электронов в собственном проводнике в зоне проводимости.
Для германия при Т КВ примесных полупроводниках при рабочих температурах
,
где
- концентрации акцепторной и донорной примесей.
Ширина p-n перехода в равновесном состоянии где- относительная диэлектрическая проницаемость германия- диэлектрическая постоянная.
Ширина p-n перехода ив и n – областях соответственно связана с концентрациями примесей зависимостью
По условию, значит
Максимальное значение напряженности поля в равновесном переходе
Ответ:
;
Задача Барьерная емкость варикапа равна 40 пФ при обратном напряжении 3 В. Определить уменьшение емкости приуменьшении обратного напряжения до 9 В Дано В В
Найти:
-?
Решение:
Пренебрегая контактной разностью потенциалов, можно записать где - постоянная- обратное напряжение
При изменении обратного напряжения меняется и барьерная емкость варикапа
Ответ:
;
Задача Барьерная емкость варикапа равна 40 пФ при обратном напряжении 3 В. Определить уменьшение емкости приуменьшении обратного напряжения до 9 В Дано В В
Найти:
-?
Решение:
Пренебрегая контактной разностью потенциалов, можно записать где - постоянная- обратное напряжение
При изменении обратного напряжения меняется и барьерная емкость варикапа
Таким образом, барьерная емкость уменьшилась на
Ответ: барьерная емкость уменьшилась на
Задача Определить статические коэффициенты усиления потоку биполярного транзистора, включенного в схемы с ОБ, ОЭ, если при изменении тока эмиттера на 1,6 мА ток коллектора увеличился на мА
Дано:
Найти:
- ?
Решение:
Статический коэффициент усиления потоку биполярного транзистора с ОБ
,
где
- изменение тока эмиттера, А- изменение тока коллектора, А
Ответ: барьерная емкость уменьшилась на
Задача Определить статические коэффициенты усиления потоку биполярного транзистора, включенного в схемы с ОБ, ОЭ, если при изменении тока эмиттера на 1,6 мА ток коллектора увеличился на мА
Дано:
Найти:
- ?
Решение:
Статический коэффициент усиления потоку биполярного транзистора с ОБ
,
где
- изменение тока эмиттера, А- изменение тока коллектора, А
Статический коэффициент усиления потоку биполярного транзистора с ОЭ
Ответ:
;
Задача В схеме на рисунке 1 КВ, Б В, К 2 кОм , Б кОм , β= 100 . Рассчитать токи в электродах и напряжение U
К
Рисунок 1 – Схема к задаче Дано
Ответ:
;
Задача В схеме на рисунке 1 КВ, Б В, К 2 кОм , Б кОм , β= 100 . Рассчитать токи в электродах и напряжение U
К
Рисунок 1 – Схема к задаче Дано
Найти Б Э I
к
-?.
Решение:
Ток базы
Ток коллектора
Ток эмиттера
Ответ: КВ Раздел 4. Биполярные транзисторы. По входными выходным ВАХ найти параметры транзистора как четырехполюсника для схемы с ОЭ.
Задача Пользуясь справочными данными, приведите семейство входных и выходных характеристик транзистора КТ603В в схеме с
10
ОЭ. В качестве независимых переменных используйте входное и выходное напряжение. Поясните поведение входных и выходных характеристик транзистора.
По справочнику установите максимально допустимые параметры транзистора постоянный ток коллектора I
К
max
;
напряжение коллектор–эмиттер U
КЭ max
; мощность рассеиваемую коллектором транзистора К. На семейство выходных характеристик нанесите границы области допустимых режимов работы. Задайтесь положением рабочей точки и, пользуясь характеристиками, рассчитайте для нее значения параметров транзистора. На основании полученных числовых значений параметров рассчитайте параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора и изобразите ее.
Рисунок 2 – Эквивалентная схема биполярного транзистора с общей базой
По данным справочника Постоянный ток коллектора
Напряжение коллектор–эмиттер
;
Мощность рассеиваемую коллектором транзистора
Определим область допустимых режимов на семействе выходных характеристик транзистора. Кривую допустимой мощности строим по выражению
11 1. Определяем выходную проводимость транзистора
На линейном участке выходных характеристик (рис) выбираем рабочую точку
Примем
. По графику. Определяем коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ
По выходным характеристикам (рис определяем. Определяем входное сопротивление в схеме с ОЭ
На входных характеристиках транзистора с ОЭ (рис. 3) выбираем
к
-?.
Решение:
Ток базы
Ток коллектора
Ток эмиттера
Ответ: КВ Раздел 4. Биполярные транзисторы. По входными выходным ВАХ найти параметры транзистора как четырехполюсника для схемы с ОЭ.
Задача Пользуясь справочными данными, приведите семейство входных и выходных характеристик транзистора КТ603В в схеме с
10
ОЭ. В качестве независимых переменных используйте входное и выходное напряжение. Поясните поведение входных и выходных характеристик транзистора.
По справочнику установите максимально допустимые параметры транзистора постоянный ток коллектора I
К
max
;
напряжение коллектор–эмиттер U
КЭ max
; мощность рассеиваемую коллектором транзистора К. На семейство выходных характеристик нанесите границы области допустимых режимов работы. Задайтесь положением рабочей точки и, пользуясь характеристиками, рассчитайте для нее значения параметров транзистора. На основании полученных числовых значений параметров рассчитайте параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора и изобразите ее.
Рисунок 2 – Эквивалентная схема биполярного транзистора с общей базой
По данным справочника Постоянный ток коллектора
Напряжение коллектор–эмиттер
;
Мощность рассеиваемую коллектором транзистора
Определим область допустимых режимов на семействе выходных характеристик транзистора. Кривую допустимой мощности строим по выражению
11 1. Определяем выходную проводимость транзистора
На линейном участке выходных характеристик (рис) выбираем рабочую точку
Примем
. По графику. Определяем коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ
По выходным характеристикам (рис определяем. Определяем входное сопротивление в схеме с ОЭ
На входных характеристиках транзистора с ОЭ (рис. 3) выбираем
рабочую точку.
При по входной характеристике
Определить коэффициент обратной связи по напряжению не предоставляется возможным, так как присутствует только одна входная характеристика при
Рассчитаем параметры Т-образной схемы эквивалентной схемы транзистора.
Дифференциальное сопротивление- тепловой потенциал при Т=300
К,
- ток эмиттера транзистора в
рабочей точке
При по входной характеристике
Определить коэффициент обратной связи по напряжению не предоставляется возможным, так как присутствует только одна входная характеристика при
Рассчитаем параметры Т-образной схемы эквивалентной схемы транзистора.
Дифференциальное сопротивление- тепловой потенциал при Т=300
К,
- ток эмиттера транзистора в
рабочей точке
Рисунок 3 - Входные характеристики транзистора КТ603В
Рисунок 4 - Выходные характеристики транзистора КТ603В
Выходной ВАХ транзистора называется зависимость коллекторного тока от напряжения между коллектором и эмиттером,
снятая при неизменном токе базы. Эта зависимость является нелинейной и может быть разбита наряд участков. На большей части характеристик приток коллектора почти не зависит от напряжения
(пологий участок характеристик).
На пологом участке выходных характеристик транзистор может характеризоваться как прибор со свойствами управляемого источника тока, те. источника тока. значение которого можно изменять путем изменения тока. Небольшой наклон
Выходной ВАХ транзистора называется зависимость коллекторного тока от напряжения между коллектором и эмиттером,
снятая при неизменном токе базы. Эта зависимость является нелинейной и может быть разбита наряд участков. На большей части характеристик приток коллектора почти не зависит от напряжения
(пологий участок характеристик).
На пологом участке выходных характеристик транзистор может характеризоваться как прибор со свойствами управляемого источника тока, те. источника тока. значение которого можно изменять путем изменения тока. Небольшой наклон
пологого участка выходной характеристики обусловлен тем, что при увеличении напряжения увеличивается напряжение на коллекторном переходе и расширяется двойной электрический слой коллекторного перехода, что приводит к уменьшению толщины базы. На крутом участке выходных характеристик транзистора приуменьшении уменьшается напряжение на коллекторном переходе, и при напряжение изменяет свой знак. При дальнейшем уменьшении до нуля к коллекторному переходу приложено прямое напряжение. Навстречу току дырок из эмиттера в коллектор начинается противоположное движение основных носителей (дырок)
из коллектора в базу. В результате коллекторный ток при таком уменьшении резко падает. Крутой участок выходных характеристик транзистора характеризуется потерей транзистором свойств усилительного элемента, эта часть характеристик используется в импульсной технике при реализации ключевого режима транзистора.
Входные характеристики транзистора — зависимостей тока базы от напряжения между базой и эмиттером при постоянном напряжении. При оба перехода в транзисторе работают при прямом напряжении, токи коллектора и эмиттера суммируют в базе. Входная характеристика в этом режиме представляет собой ВАХ двух переходов, включенных параллельно При на коллекторном переходе появляется обратное напряжение, на эмиттерном — сохраняется прямое. Ток базы в этом режиме, обусловленный процессом
17 Рисунок 5 - Эквивалентная схема биполярного транзистора с общей базой
Область эмиттера – самая низкоомная область, так как насыщена примесями. За ней по пути тока идет открытый эмиттерный переход также обладающий низким сопротивлением.
Эти области отражаются довольно малым сопротивление r. Далее по пути тока расположена область тонкой базы, в которой примесей мало и, следовательно, ее сопротивление заметнее. И, наконец, ток входит в коллектор, по пути носители проходят закрытый коллекторный переход, да и сама коллекторная область достаточно высокоомная. Отражается это сопротивлением r к – 100000 Ом.
Для усиления сигнала схему дополняют генератором тока э
из коллектора в базу. В результате коллекторный ток при таком уменьшении резко падает. Крутой участок выходных характеристик транзистора характеризуется потерей транзистором свойств усилительного элемента, эта часть характеристик используется в импульсной технике при реализации ключевого режима транзистора.
Входные характеристики транзистора — зависимостей тока базы от напряжения между базой и эмиттером при постоянном напряжении. При оба перехода в транзисторе работают при прямом напряжении, токи коллектора и эмиттера суммируют в базе. Входная характеристика в этом режиме представляет собой ВАХ двух переходов, включенных параллельно При на коллекторном переходе появляется обратное напряжение, на эмиттерном — сохраняется прямое. Ток базы в этом режиме, обусловленный процессом
рекомбинации неосновных носителей в базе, равен разности эмиттерного и коллекторного токов. Входная характеристика транзистора в этом режиме строится по прямой ветви ВАХ
эмиттерного перехода, но значения тока уменьшаются на коэффициента, показывающий, что ток базы — это лишь рекомбинационная составляющая эмиттерного тока. Найти физические и параметры транзистора как четырехполюсника для схемы с ОЭ, используя параметры для схемы с ОБ.
Задача Привести и описать эквивалентные схемы биполярного транзистора для малого сигнала с ОБ и с ОЭ (Т-образные схемы замещения в физических параметрах).
Определить внутренние физические параметры б
r
,
э
r
,
к
r
,
и коэффициенты передачи потоку и образных эквивалентных схем с Бис ОЭ транзистора, если известны его параметры как активного линейного четырехполюсника,
включенного по схеме с ОБ.
Вариант
h - параметры для схемы с ОБ
б
11
h
, Ом б
12
h
б
21
h
б
22
h
, См 40 6,0·10
-4
- 0,97 Указанные в таблице параметры для схемы с ОБ пересчитать в параметры для схемы с ОЭ.
Решение
эмиттерного перехода, но значения тока уменьшаются на коэффициента, показывающий, что ток базы — это лишь рекомбинационная составляющая эмиттерного тока. Найти физические и параметры транзистора как четырехполюсника для схемы с ОЭ, используя параметры для схемы с ОБ.
Задача Привести и описать эквивалентные схемы биполярного транзистора для малого сигнала с ОБ и с ОЭ (Т-образные схемы замещения в физических параметрах).
Определить внутренние физические параметры б
r
,
э
r
,
к
r
,
и коэффициенты передачи потоку и образных эквивалентных схем с Бис ОЭ транзистора, если известны его параметры как активного линейного четырехполюсника,
включенного по схеме с ОБ.
Вариант
h - параметры для схемы с ОБ
б
11
h
, Ом б
12
h
б
21
h
б
22
h
, См 40 6,0·10
-4
- 0,97 Указанные в таблице параметры для схемы с ОБ пересчитать в параметры для схемы с ОЭ.
Решение
17 Рисунок 5 - Эквивалентная схема биполярного транзистора с общей базой
Область эмиттера – самая низкоомная область, так как насыщена примесями. За ней по пути тока идет открытый эмиттерный переход также обладающий низким сопротивлением.
Эти области отражаются довольно малым сопротивление r. Далее по пути тока расположена область тонкой базы, в которой примесей мало и, следовательно, ее сопротивление заметнее. И, наконец, ток входит в коллектор, по пути носители проходят закрытый коллекторный переход, да и сама коллекторная область достаточно высокоомная. Отражается это сопротивлением r к – 100000 Ом.
Для усиления сигнала схему дополняют генератором тока э
Рисунок 6 - Эквивалентная схема биполярного транзистора с общим эммитером
Особенностью работы БТ в режиме общего эмиттера являются большие коэффициенты усиления как потоку, таки по напряжению.
Важной особенностью такого включения является инвертирование фазы выходного сигнала на 180 градусов, а также низкое выходное сопротивление и высокое входное. Источник сигнала подключается к базе, поэтому через транзистор протекает большой ток эмиттер- коллетор.
2) Физические параметры транзистора с ОБ
19
3) параметры для схемы с ОЭ:
Физические параметры транзистора с ОЭ
20 4.3. Рассчитать частотные свойства транзистора.
Рассчитайте модуль и фазу коэффициента передачи потоку транзистора в схеме с ОЭ на частоте Дано МГц =
=110 кГц
α=0,965
Найти:
- ?;
- ?
Решение:
Статический коэффициент передачи потоку для включения с ОЭ
Особенностью работы БТ в режиме общего эмиттера являются большие коэффициенты усиления как потоку, таки по напряжению.
Важной особенностью такого включения является инвертирование фазы выходного сигнала на 180 градусов, а также низкое выходное сопротивление и высокое входное. Источник сигнала подключается к базе, поэтому через транзистор протекает большой ток эмиттер- коллетор.
2) Физические параметры транзистора с ОБ
19
3) параметры для схемы с ОЭ:
Физические параметры транзистора с ОЭ
20 4.3. Рассчитать частотные свойства транзистора.
Рассчитайте модуль и фазу коэффициента передачи потоку транзистора в схеме с ОЭ на частоте Дано МГц =
=110 кГц
α=0,965
Найти:
- ?;
- ?
Решение:
Статический коэффициент передачи потоку для включения с ОЭ
Предельная частота коэффициента передачи потоку для включения с ОЭ
Модуль коэффициента передачи потоку в схеме с ОЭ
Фаза коэффициента передачи потоку в схеме с ОЭ
Модуль коэффициента передачи потоку в схеме с ОЭ
Фаза коэффициента передачи потоку в схеме с ОЭ
Список использованных источников. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Б.Л.
Перельман. Справочник. 1981 гс
Перельман. Справочник. 1981 гс