Транзистор КТ602А

 

 

Введение

Применение полупроводниковых приборов (включая транзисторы) позволило разрешить множество задач. Транзисторы благодаря своим малым габаритам и массе, незначительному потреблению электроэнергии, высокой надежности и долговечности широко применяются в различной аппаратуре.

Срок службы полупроводниковых триодов и их экономичность во много раз больше, чем у электронных ламп. Преимущества транзисторов по сравнению с электронными лампами - отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его разогрева. Транзисторы сами по себе во много раз меньше по массе и размерам, чем электрические лампы, и транзисторы способны работать при более низких напряжениях и более высоких частотах.

В данной работе проанализированы два транзистора разных типов: биполярный КТ602А,.В теоретической части раскрыты принцип и строение транзисторов, их основныепараметры и особенности. В расчетной на основе заданных вольт-амперных характеристик (ВАХ) и параметров проведен анализ эквивалентных схем, исследование малосигнальных параметров и частотных свойств

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Транзистор КТ602А

1.1 Теоретическая  часть:

Описание транзистора.

Технология: эпитаксиально-планарная, кремниевая, npn.

Разработчик: Московский НИИ молекулярной электроники, разработка закончена в 1963г. 

Изготовители: «Элион», г Зеленоград (до 1974г); Воронежский завод полупроводниковых приборов (1970- 1982г); Минское ПО «Транзистор» (до 1987г).

Назначение: Разработка велась как базовый транзистор для ГИМС «Посол». В дальнейшем выпускался как самостоятельный транзистор для импульсных схем, а также для усиления и генерирования колебаний. В настоящее время снят с производства.

Параметры транзистора.

Параметры соответствуют аА0.336.674 ТУ. Статус технических условий: «Не поддерживаются!», «В новых разработках не применять!».

Семейства входных и выходных статических характеристик транзистора показаны на рисунке 1.

 

 

 

Аналоги транзистора(по информации от разработчика и центра «Дейтон»).

Полный отечественный аналог отсутствует.

 

 

Полный зарубежный аналог это BCY42 фирмы Fairchild Semiconductors разработки 1961 года. В настоящее время на сайте этой фирмы сведения о нем отсутствуют. Фирма TI копировала этот транзистор под названиями 2N729, 2N780 в других корпусах, фирма Matsushita копировала этот транзистор в других корпусах под названиями 2SC33, 2SC105 (как 2Т312В). В настоящее время на сайтах этих фирм сведения об этих транзисторах отсутствуют.

 

	КТ602А
Обратный ток коллектора Iкбо, мкА	10
Обратный ток змиттера Iэбо, мкА	100
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, Uкэ.нас, В	0,18
Напряжение насыщения база-эмиттер, В	0,83
Статический коэффициент h21э	30
Модуль h21э на частоте 20 МГц	9
Емкость эмиттерного перехода максимальная, пФ	20
Емкость коллекторного перехода средняя, пФ	3,5
Постоянная времени в цепи обратной связи, пс	500
Граничная частота fгр, МГц	80
	КТ602А
Максимальный ток коллектора Iк.макс, мА	30
Максимальный ток коллектора импульсный Iк.и.макс, мА	60
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ.макс, B	20
Максимальное напряжение база-эмиттер Uэб.макс, B	4
Максимальная рассеиваемая мощность Рк.макс, мВт	225

 

 

 

 

 

 

2 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

 

2.1 Исходные данные

Дан биполярный транзистор КТ602 А, включенный по схеме с общим эмиттером. Выходная цепь транзистора нагружена резистор и питается от источника ЭДС . Построим нагрузочную линию, выберем рабочую точку и определим основные параметры и характеристики транзистора.

 

Рисунок 2.1

 

 

2.2 Построение нагрузочной линии по постоянному току

Нагрузочная линия определяет режим работы выходной цепи транзистора, поэтому она строится на выходной вольт-амперной характеристике транзистора и определяется следующим уравнением:

  (2.1)

Для получения нагрузочной линии необходимо найти 2 точки, удовлетворяющие уравнению (2.1):

1. приравниваем нулю ток коллектора в этом случае напряжение коллектор-эмиттер равно напряжению питания:

;   (2.2)

2. приравниваем нулю напряжение коллектор-эмиттер, тогда ток коллектора равен:

   (2.3)

Отмечаем точки и на выходной вольт-амперной характеристике транзистора. Соединив эти точки, получаем нагрузочную линию (рисунок 2.2).

 

Рисунок 2.2

 

2.3 Выбор рабочей точки

Рабочая точка должна быть выбрана примерно посередине между режимами отсечки и насыщения на ближайшей выходной характеристике. Так как в нашем случае рабочая точка попадает между характеристиками и (рисунок 2.3), то между ними достраиваем ещё одну характеристику (выделена пунктирной линией) и именно на ней отмечаем рабочую точку.

 

Рисунок 2.3

 

 

 

 

Выбранной точке соответствуют следующие параметры рабочего режима:

   (2.4)

   (2.5)

   (2.6)

Ещё один параметр определяем по входной ВАХ (рисунок 2.4). Несмотря на то, что напряжение коллектор-эмиттер для расчёта выбираем именно характеристику , потому что для активного режима эти характеристики практически совпадают.

 

з

Рисунок 2.4

 

Таким образом, транзистор будет работать в выбранном режиме при напряжении смещения:

   (2.7)

 

 

2.4 Определение h-параметров

Для определения h-параметров транзистора необходимы его входная и выходная вольт-амперные характеристики. На входной ВАХ задаёмся приращением базового тока относительно рабочей точки (рисунок 2.5):

   (2.8)

Приращению базового тока соответствует приращение напряжения база-эмиттер, равное:

   (2.9)

 

Рисунок 2.5

 

Параметр h11Э, определяющий входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока, равен:

   (2.10)

На выходной ВАХ транзистора также задаёмся приращением тока базы (рисунок 2.6):

   (2.11)

Рисунок 2.6

 

Соответствующее приращение тока коллектора равно:

   (2.12)

Тогда параметр h21Э, т.е. коэффициент передачи транзистора по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока, равен:

   (2.13)

 

Для определения следующего h-параметра задаёмся приращением напряжения коллектор-эмиттер на выходной ВАХ транзистора (рисунок 2.7):

   (2.14)

 

Рисунок 2.7

 

Соответствующее приращение тока коллектора составляет:

   (2.15)

Выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (холостой ход входной цепи) – параметр h22Э равен:

   (2.16)

Последний h-параметр – коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока определяется по формуле пересчета:

   (2.17)

где – значение тока эмиттера.

Так как ток эмиттера равен:

   (2.18)

то параметр имеет значение:

   (2.19)

 

 

 

 

 

2.5 Расчёт величин элементов эквивалентной схемы

Физическая малосигнальная эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто) представлена на рисунке 2.8. Рассчитаем величины входящих в неё элементов.

 

Рисунок 2.8

 

Значения конденсаторов и равны ёмкостям коллекторного и эмиттерного переходов и находятся по справочнику:

   (2.20)

   (2.21)

Для расчёта сопротивлений резисторов необходимо определить сопротивление эмиттерного перехода эмиттерному току и крутизну вольт-амперной характеристики транзистора:

   (2.22)

   (2.23)

Сопротивление эмиттерного перехода базовому току рассчитываем по формуле:

  (2.24)

Выходное сопротивление транзистора равно:

  (2.25)

Сопротивление коллекторного перехода:

  (2.26)

 

И, наконец, последний параметр – объёмное сопротивление базы:

  (2.27)

 

2.6 Расчёт граничных и предельных частот

Предельную частоту передачи тока рассчитываем по формуле:

  (2.28)

Так как модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте равен, согласно справочнику , а частота измерения то значение граничной частоты передачи тока равно:

  (2.29)

Из справочника находим значение постоянной времени цепи обратной связи:                                                (2.30)

Далее рассчитываем максимальную частоту генерации транзистора:

   (2.31)

Предельная частота транзистора по крутизне:

   (2.32)

 

2.7 Определение частотных зависимостей Y-параметров

Необходимо определить частотные зависимости модулей проводимости прямой передачи и входной проводимости транзистора .

Перечисленные величины определяется на практике при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора.

Определим зависимость

   (2.33)

Зависимость равна:

 

   (2.33)

Для построения графиков найденных зависимостей необходимо рассчитать некоторое количество точек.  Максимальное значение частоты не должно быть меньше, чем , т. е. для нашего случая – Исходя из этого заполняем таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – значения и

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	175	28,67	14,43	9,61	7,19	5,73	4,76	4,27	3,75	3,34	2,82
	250	41,17	20,66	13,78	10,33	8,46	6,88	6,08	5,36	4569	4,34

 

По значениям таблицы 2.2 строим графики (рисунок 2.9) и (рисунок 2.10).

Рисунок 2.9

Рисунок 2.10

 

Заключение

В процессе выполнения данной работы произведен анализ работы транзисторов с нагрузкой в выходной цепи. Получены навыки в области оценки и расчета статических характеристик и параметров биполярных и полевых транзисторов, расчета параметров эквивалентной схемы и малосигнальных параметров,а также оценки зависимости Y-параметров транзисторов от частоты.

Малосигнальные параметры точки покоя биполярного транзистора КТ602А, при ЕП = 50 В и RН  = 1 кОм  принимают следующие значения:

Uкэ0=25 В; Iк0=23 мА; Iб0=0,75 мА; Uбэ0=2.5 В.

Величины элементов эквивалентной схемы биполярного транзистора имеют следующие значения:

h21э= 100 ;              h22э= 5 мСм;

h12э= 2.8   ;            h11э= 400 кОм;

Крутизна характеристики

S = 0.25 мА/В.

Сопротивление каналав рабочей точке

rК = UСИ0/IС0 = 40 кОм.

.

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1.Тугов  Н.М. Полупроводниковые приборы: учебник  для вузов. М.:Энергоатомиздат, 1990.

2.Жеребцов  И.П. Основы электроники. Л.: Энергоатомиздат, 1989.

3.Вайсбурд  Ф.И., Панаев Г.А., Савельев Б.Н. Электронные  приборы и усилители. М.: Радио  и связь, 1987.

4. Степаненко  И.П. Основы теории транзисторов  и транзисторных схем. М.: Энергия, 1977.

5. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1985.

6.Полупроводниковые  приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник/ Под ред. А.В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1994.

7.Нефедов  А.В., Гордеева В.И. Отечественные  полупроводниковые приборы и  их зарубежные аналоги:  Справочник.  М.: Радио и связь, 1990.

8.Полупроводниковые  приборы. Транзисторы: Справочник /Под ред. 
Н.Н. Горюнова. М.: Энергоатомиздат, 1985.

9.Транзисторы для аппаратуры  широкого применения.: Справочник /  Под  ред.Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1981.