Разработка компьютерных аналогов схем исследования биполярных транзисторов

 

2. В схеме с общим эмиттером

32. Схема моделирования импульсных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

 

Параметры моделирования:

.TRAN  0 9u 0 0.001u

.STEP PARAM qwe LIST 500u 1m 2m 5m

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

33. Импульсные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

 

С ростом тока базы  возрастает количество инжектированных в базу транзистора неосновных носителей заряда, что увеличивает время их рассасывания. Как видно из рисунка в режиме насыщения коллекторный ток не зависит от тока базы.

 

Параметры моделирования:

.TRAN  0 9u 0 0.001u

.TEMP -60 27 125

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

34. Зависимость импульсных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером от температуры

 

С ростом температуры увеличивается время жизни неосновных носителей заряда что приводит к увеличению времени рассасывания накопленного заряда, т.е. к снижению быстродействия транзистора.

 

3. Схема с диодом Шоттки

Диод Шоттки – это полупроводниковый диод, выпрямительные свойства которого основаны на использовании выпрямляющего электрического перехода между металлом и полупроводником.

35. Схема моделирования биполярного транзистора с диодом Шоттки

 

 

Параметры моделирования:

.TRAN  0 9u 0 0.01u

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

36. Импульсные свойства биполярного транзистора с диодом Шоттки

 

Диод Шоттки шунтирует коллекторный переход транзистора, уменьшая степень (глубину) насыщения, что увеличивает быстродействие импульсной схемы при её выключении.

 

5. Режимные зависимости усилительных свойств транзистора

37. Схема моделирования режимных зависимостей биполярного транзистора в схеме с общей базой

 

Параметры моделирования:

.DC LIN I_I1 10u 10m 0.1u

.STEP V_V1 LIST 5 10 15

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

38. Зависимости альфа и бета биполярного транзистора от тока базы при разных U коллектора

 

 

6. Режимные зависимости динамических свойств транзистора

39. Схема моделирования импульсных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

 

 

Параметры моделирования:

.TRAN  0 9u 0 0.01u

.STEP V_V1 LIST 5 10 15 20

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

40. Режимные зависимости импульсных свойств биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

 

Из графика видно, что время рассасывания уменьшается с увеличением напряжения на коллекторе, т.к. уменьшается толщина базы и в ней накапливается меньший заряд.

 

3. Моделирование характеристик транзистора Дарлингтона

Составной транзистор (транзистор Дарлингтона) — объединение двух или более биполярных транзисторов с целью увеличения коэффициента усиления по току. Такой транзистор используется в схемах, работающих с большими токами (например, в схемах стабилизаторов напряжения, выходных каскадов усилителей мощности) и во входных каскадах усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс. До появления полевых транзисторов этот транзистор использовался в двух основных назначениях: как элемент с высоким входным сопротивлением и как элемент с большим коэффициентом усиления по току.

41. Схема моделирования входных, выходных и частотных характеристик транзистора Дарлингтона

 

 

 

1. Входная характеристика

Параметры моделирования:

.DC LIN I_I1 0 0.5m 0.01m

.STEP V_V1 LIST 10 20 30

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

42. Входные характеристики транзистора Дарлингтона при разных напряжениях коллектора

 

Как видно из рисунка входное напряжение складывается из двух падений напряжений на эмиттерных переходах транзистора.

 

2. Выходная характеристика

Параметры моделирования:

.DC LIN V_V1 0 20 0.01

.STEP I_I1 LIST 0 0.2m 0.25m 0.3m 0.35m 0.4m 0.45m 0.5m

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

43. Выходные характеристики транзистора Дарлингтона при разных токах базы

 

Как видно из графика у транзистора Дарлингтона выходная ВАХ начинается не с нулевого значения напряжения в отличие от обычного биполярного транзистора.

 

 

3. Частотные свойства

Параметры моделирования:

.AC LIN 1000 10 2Meg

.STEP V_V1 LIST 10 20 30

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

44. Частотная зависимость тока транзистора Дарлингтона при разных напряжениях коллектора

 

С увеличением напряжения на коллекторе, частотные свойства транзистора Дарлингтона практически не изменяются. В тоже время заметно существенное ухудшение частотных свойств транзистора Дарлингтона (из-за последовательного включения двух транзисторов) по сравнению с обычным биполярным транзистором.

 

 

Параметры моделирования:

.AC LIN 1000 10 2Meg

.STEP I_I1 LIST 100u 500u 1000u 

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

45. Частотная зависимость выходного тока транзистора Дарлингтона при разных входных токах

 

Как видно из графика граничная частота практически не изменяется с изменением входного тока, в то время как статический коэффициент усиления изменяется существенно, что хорошо заметно на графике токовой зависимости статического коэффициента усиления по току от тока базы приведённым ниже.

 

 

Параметры моделирования:

.DC LIN I_I1 0.1u 5000u 0.1u

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

46. График токовой зависимости статического коэффициента усиления по току от тока базы транзистора Дарлингтона

 

Из данного графика видна более существенная зависимость усилительных свойств транзистора от выбора рабочей точки.

 

4. Моделирование характеристик однопереходного транзистора

Однопереходный транзистор (ОПТ) — это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и тремя выводами, переключающие и усилительные свойства которого обусловлены модуляцией сопротивления базы в результате инжекции в неё неосновных носителей заряда.

Основой транзистора является кристалл полупроводника (например n-типа), который называется базой . На концах кристалла имеются омические контакты Б1 и Б2, между которыми располагается область, имеющая выпрямляющий контакт Э с полупроводником p-типа, выполняющим роль эмиттера.

Усилительные и переключающие свойства ОПТ обусловлены изменением сопротивления базы в результате инжекции в неё неосновных носителей заряда.

Принцип действия однопереходного транзистора удобно рассматривать, воспользовавшись эквивалентной схемой, где верхнее сопротивление и нижнее сопротивление — сопротивления между соответствующими выводами базы и эмиттером, а Д — эмиттерный р-п переход.

Ток, протекающий через сопротивления и , создаёт на первом из них падение напряжения, смещающее диод Д в обратном направлении. Если напряжение на эмиттере Uэ меньше падения напряжения на сопротивлении — диод Д закрыт, и через него течёт только ток утечки. Когда же напряжение Uэ становится выше напряжения на сопротивлении , диод начинает пропускать ток в прямом направлении. При этом сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению тока в цепи Д- , что в свою очередь, вызывает дальнейшее уменьшение сопротивления . Этот процесс протекает лавинообразно. Сопротивление уменьшается быстрее, чем увеличивается ток через р-n переход, в результате на вольт-амперной характеристике однопереходного транзистора, появляется область отрицательного сопротивления. При дальнейшем увеличении тока зависимость сопротивления от тока через р-n переход уменьшается, и при значениях больших некоторой величины Iвыкл сопротивление не зависит от тока (область насыщения).

При уменьшении напряжения смещения Uсм вольт-амперная характеристика смещается влево и при отсутствии его обращается в характеристику открытого

р-n перехода. Если посмотреть на кривую на графике зависимости тока эмиттера однопереходного транзистора напряжения (см. рисунок (a)), видно, что напряжение VE поднимается, ток IЕ возрастает до значения IP в точке включения. За пределами точки включения, ток возрастает, а напряжение падает в области отрицательного сопротивления. Напряжение становится минимальным в так называемой точке впадины. Сопротивление RB1, — сопротивление насыщения, — будет наименьшим в точке впадины.

47. Схема для моделирования ВАХ однопереходного транзистора

 

Параметры моделирования:

.DC LIN I_I1 0 100mA 0.001mA

.TEMP -60 125

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

48. ВАХ однопереходного транзистора

 

5. На рисунке хорошо виден падающий участок – участок отрицательного дифференциального сопротивления. 
   Моделирование характеристик тиристоров

Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три (или более) выпрямляющих перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот.

 

1. Триодный тиристор

Триодный тиристор (тринистор) – это тиристор, имеющий два основных и один управляющий вывод.

49. Схема моделирования триодного тиристора

 

 

Параметры моделирования:

.DC LIN I_I2 0 10m 0.001m

.STEP I_I1 LIST 0  1m 5m 10m 12m

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

50. График ВАХ триодного тиристора

 

С ростом тока управляющего электрода уменьшается напряжение включения.

 

2. Симметричный триодный тиристор

Симметричный триодный тиристор (триак) – это триодный тиристор, который при подаче сигнала на его управляющий электрод включается как в прямом, так и в обратном направлениях.

 

1. Фазовое (временное) регулирование

 

51. Схема моделирования симистора

 

 

Параметры моделирования:

.TRAN  0 20ms 0 0.001ms

.STEP I_I1 LIST -10m 0 10m 

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

52. График тока через симистор

 

На графике заметно изменение времени открытого состояния тиристора с изменением тока управляющего электрода.

 

Параметры моделирования:

.TRAN  0 15ms 0 0.001ms

.STEP I_I1 LIST -10m 0 10m 

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

53. График напряжения на симисторе при подаче на него синусоидального напряжения промышленной частоты

 

Два последних рисунка иллюстрируют работу симистора в качестве регулятора мощности переменного тока.

 

6. Моделирование характеристик полевых транзисторов

Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем.

 

1. МДП полевые транзисторы

1. Передаточная характеристика транзистора с индуцированным p- каналом

54. Схема моделирования передаточной характеристики полевого МДП транзистора с индуцированным p-каналом

 

Параметры моделирования:

.DC LIN V_V1 0 7 0.01

.STEP V_V2 LIST 0 3 5 10

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

55. График передаточной характеристики полевого МДП транзистора с индуцированным p-каналом

 

Из графика видно, что пороговое напряжение данного полевого транзистора составляет 2.4 В.

 

 

2. Передаточная характеристика транзистора с встроенным p- каналом

56. Схема моделирования передаточной характеристики полевого МДП транзистора со встроенным p-каналом

 

 

Параметры моделирования:

.DC LIN V_V1 0 -5  -0.001

.STEP V_V2 LIST 5 10

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

57. Передаточная характеристика полевого МДП транзистора со встроенным p-каналом

 

Из рисунка видно, что для данного транзистора напряжение отсечки канала составляет  -1.5 В.

 

3. Выходная характеристика транзистора с индуцированным p-каналом

 

58. Схема моделирования полевого выходной ВАХ p-канального МДП транзистора

 

 

 

Параметры моделирования:

.DC LIN V_V2 0.01 100 0.01

.STEP V_V1 LIST 0 5 6 7 8 9

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

59. График выходной ВАХ МДП полевого транзистора M2N6806

 

4. Температурная зависимость передаточных характеристик МДП транзистора с p и n каналами