Для аналізу в роботі використовують три схеми включення біполярних транзисторів; із спільною базою (СБ), із спільним емітером (СЕ) із спільним колектором (СК), показані на рис.2.1:
Рис.2.1 Схеми включення біполярних транзисторів
Для кількісного аналізу використовується бібліотека EWB, в якій міститься певна кількість імпортних біполярних транзисторів в [11,15]. Незалежну бібліотеку вітчизняних транзисторів можна створити, використовуючи команду Model з меню Circuit.
В склад параметрів моделей транзисторів включені наступні характеристики ( в квадратних дужках приведені позначення параметрів прийняті в EWB 10.xx):
Рис.2.2 Діалогове вікно установки основних параметрів біполярних транзисторів
[IS] – transport saturation current (зворотній струм колекторного переходу);
1) [BF] – ideal maximum forward beta (коефіцієнт підсилення струму в схемі СЕ – Н21Е);
2) [BR] – ideal maximum reverse beta (коефіцієнт підсилення струму зі СЕ при інверсному включенні транзистора, тобто емітер і колектор міняються місцями );
3) [RB] – zero bias base resistance (об’ємний опір бази );
4) [RC] – collector resistance (об’ємний опір колектора);
5) [RE] – emitter resistance (об’ємний опір емітера);
6) [CJE] – B-E zero-bias depletion capacitance (ємність емітерного переходу при нульовій напрузі);
7) [CJC] – B-C zero-bias depletion capacitance (ємність колекторного переходу при нульовій напрузі);
FC – коефіцієнт не лінійності бар’єрної ємності прямо зміщених переходів;
EG- ширина забороненої зони;
XTB – температурний коефіцієнт підсилення струму в прямому та інверсному режимах;
XTI - температурний коефіцієнт струму насичення;
KF – коефіцієнт флікер-шуму;
AF – показник степені у формулі для флікер-шуму;
TNOM – температура транзистора.
Вольт-амперні характеристики. Найбільш простою і поширеною моделлю біполярного транзистора є модель Еберса-Молла.
Схема для дослідження ВАХ транзистора (2N5400) приведена на рис.2.4. Сімейство вхідних ВАХ знімають при фіксованих значеннях шляхом зміни струму та вимірювання . Сімейство вихідних ВАХ знімають при фіксованих значеннях шляхом зміни напруги та вимірювання .
Характерограф для дослідження вихідних ВАХ транзисторів в схемі СЕ виконаний в двох варіантах так: з ручним задаванням струму бази (рис.2.5) і автоматичним (рис.2.7). В двох моделях струм бази задається джерелами постійного струму І1-І5, що підключаються до бази досліджуваного транзистора з допомогою перемикачів [1]-[4]. Керованих однойменними клавішами(рис.2.5), або програмно керованими 1-4 (рис.2.7), для яких час включення вибрано однаковим і рівним нулю (Тon=0), а час виключення Тoff=0.1, 0,2, 0,3 і 0,4 с відповідно. В першому випадку базовий струм рівний сумі струмів джерел, вибраних перемикачами в довільній комбінації, в другому – строго через 1 с в наступній послідовності: І1 (в момент t=0 – початок моделювання – всі перемикачі переводяться в стан протилежний приведеному на рис.2.7), І2, І2+І3, І2+І3+І4, І2+І3+І4+І5. Вказаний часовий інтервал вибраний з умови синхронізації моменту підключення чергового джерела струму до бази транзистора з початком максимального можливого періоду 0,1 с (частота 10 Гц) слідування трикутних імпульсів з функціонального генератора, що використовується в ролі джерела випробувальної напруги (режими роботи генератора показані на рис.2.5,7). При цьому амплітуда імпульсу вибирається з умови, при якій її подвійне значення було б більше спаду напруги , де В –коефіцієнт підсилення струму в схемі СЕ ( в діалоговому вікні досліджуваного транзистора параметр =38.55), Іб макс=100мкА – максимальний струм бази. Значить для схеми на рис. 1б амплітуда сигналу повинна бути вибрана більше 193 мВ (вибрано 250 мВ). Для схеми 1г відповідно – 963 мВ (вибрано 2 В).
Рис.2.4 Схема для дослідження ВАХ транзистора
Рис.2.5 Характерограф для дослідження вихідних ВАХ транзисторів з ручним задаванням струму бази
Рис.2.6 ВАХ транзисторів
Рис.2.7 Характерограф для дослідження вихідних ВАХ транзисторів з автоматичним задаванням струму бази
Рис.2.8 ВАХ транзисторів
Формування ВАХ здійснюється в режимі розгортки А/В, тобто сигнал в каналі А (сигнал напруги на резисторі R1) розгортається на осі Х сигналом, що поступає з колектора транзистора. З приведеної на рис. 2.8 початкової ділянки ВАХ при Іб=100 мкА слідує, що на її лінійній ділянці при напрузі на колекторі 100,8 мВ (вісь Х, канал В) спад напруги на опорі навантаження (вісь Y, канал А) складає біля 0,4 В, що відповідає колекторному струму 4,0 мА і, відповідно, коефіцієнт підсилення струму складає 40, що доволі близько до «паспортного» значення 38,55.
Модуль коефіцієнта передачі струму (Н21е) на високій частоті вимірюється за допомогою схеми на рис.2.9 . Режим по постійному струмі транзистора задається з допомогою джерела струму Іе(5мА), в ролі джерела вхідного синусоїдального сигналу використовується джерело струму Іі (1 мА, при вимірюваннях, частота змінюється від одиниць до десятків МГц), струм бази Іб і колектора Ік вимірюється амперметрами в режимі АС. Конденсатор Св – блокуючий (так звана розв’язка по високій частоті). Модуль коефіцієнта передачі розраховується за показами амперметрів. Зокрема, при частоті вхідного сигналу 1МГц він рівний, згідно показів амперметрів
Рис.2.9 Схема для вимірювання коефіцієнта передачі струму на високій частоті