Исследование транзисторных ключей. Экспериментальное исследоваие переходных процессов, происходящих в транзисторном ключе

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Факультет Технической Кибернетики

Кафедра Автоматики и Вычислительной Техники

Отчет

по лабораторной работе №4

Исследование транзисторных ключей

Электроника

Работу выполнил: группа 2081/1

Преподаватель:

Подпись:___________________

Санкт-Петербург

2009

1. Цель работы:

Экспериментально исследовать переходные процессы, происходящие в транзисторном ключе

2. Исходные данные:

Транзистор МП-25

E₀ = 15 B

E_см = 5 В

I_кн (ток коллектора насыщения) = 30 мА

S (коэффициент насыщения) = 4

Е_вх (входной сигнал) = 10 В

t_и (длительность импульса) = 10 мкс

R_c = 1,0 кОм

Параметры транзистора:

β (статический коэффициент усиления по току) = 12

I_k0 (тепловой ток) = 15 мкА

f_α (граничная частота транзистора) = 1,5МГц

3. Схемы, исследуемые в работе:

Рис 1: Схема ключа с общим эмиттером

4. Выполнение работы:

Расчет параметров транзисторного ключа:

1) R_б <= E_см/I_{k0 max} = 5/500*10^-6 = 10 кОм

2) R_к = E₀/I_кн = 15/30*10^-3 = 500 Ом

I_б1 (базовый ток) = S*I_кн/β = 4*30*10^-3/17,5 = 6,86 мА

3) R = E_вх/(I_б1 + Е_см/R_б) – R_с = 10/(6,86*10^-3 + 5/10000) – 1000 = 358,7 Ом (370 Ом)

4) τ_σ =  β/2*π*f_α = 17,5/(2*3,14*600) = 4,6 мкс

t_ф = τ_σ*ln(I_б1/(I_б1 – 0,9*I_кн/ β)) = 1,16 мкс

I_б2 = E_см/R_б = 5/10000 = 0,5 мА

t_сп == τ_σ*ln((I_б2 + I_кн/β)/(I_б2 + 0,1*I_кн/β)) = 5,16 мкс

5) t_и =10 мкс; τ_н= τ_σ=4,6 мкс; 3τ_н = 13,8 мкс

t_и < 3τ_н

t_расс = τ_σ*ln((I_б1 *(1-exp(-t_и / τ_н ))+ I_б2)/(I_кн/β + I_б2)) = 4,88 мкс

6) d = I_б2/I_б1 = 0,09

C= τ_σ /R(1 + dR/(R + R_c)) = 4.6*10^-6/358,7*(1 + 0,006*358,7/(358,7 + 1000)) = 11,4 нФ

7) при наличии С:

τ_σ = С*R*R_б/(R + R_с) = 3 мкс         t_ф =  0,765 мкс          t_сп = 3,3 мкс              t_расс = 3,18 мкс

5. Экспериментальные и теоретические зависимости.

5.1. Измерение t_ф, t_сп, t_расс при отсутствии форсирующей емкости:

Экспериментально полученные данные:

Временные диаграммы E_вх, U_кэ, U_бэ представлены на рисунке 1.

5.2. Зависимости t_ф, t_сп, t_расс от t_и.

Экспериментальные зависимостиt_ф, t_сп, t_расс от t_и представлены в таблице 1.

Таблица 1, Зависимость tф, tсп, tрасс от tи.
tи, мкс	tф, мкс	tсп, мкс	tрасс, мкс
3	3,1	2,7	0,1
4	3,1	2,7	0,3
5	3,1	2,7	0,6
6	3,1	2,8	0,7
7	3,1	2,7	0,9
8	3,1	2,8	1,1
9	3,1	2,7	1,2
10	3,1	2,8	1,2
15	3,1	2,8	1,2
20	3,1	2,7	1,2
25	3,1	2,8	1,2
30	3,1	2,7	1,3

Теоретические зависимости t_ф, t_сп, t_расс от t_и выражаются формулами:

           

 

Рис. 2. зависимость t_ф  от длительности импульса            Рис. 3. зависимость t_спот длительности импульса

Рис. 4. зависимость t_расс от длительности импульса

Здесь и далее, «□» - теоретическая зависимость, «Δ» - экспериментальная зависимость.

5.3. Зависимости t_ф, t_сп, t_расс от I_б1.

I_б1 = E_вх/(R_с+R)-(E_см/R_б) (регулируется резистором Rб)

Таблица 2. Зависимость tф, tсп, tрасс от Iб1.

R, Ом	Iб1, мА	tф, мкс	tрасс, мкс	tсп, мкс
170	8,047	3,2	1,7	3
203	7,813	3,2	1,4	2,9
373	6,783	3,3	1,1	3
412	6,582	3,2	0,8	3
490	6,211	3,2	0,5	3
572	5,861	3,2	0,3	3

 

Рис. 5. Зависимости t_ф от I_б1                                                      Рис. 6. Зависимости t_сп от I_б1

Рис. 7. Зависимости t_расс от I_б1

5.4. Зависимости t_ф, t_сп, t_расс от I_б2.

I_б2  E_см/R_б (регулируется резистором Rб)

            Таблица 3. Зависимость tф, tсп, tрасс от Iб2.

Rб, кОм	Iб2, мА	tф, мкс	tрасс, мкс	tсп, мкс
10	0,5	2,9	0,5	1,5
16	0,313	2,9	0,7	1,9
25	0,2	2,9	1,1	2
35	0,143	2,9	1,3	3,1
40	0,125	2,9	1,4	3,6