АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

​ANALYSIS OF METHODS FOR MEASURING STATIC PARAMETERS OF BIPOLAR TRANSISTORS

Daniil Vovkanets

Student, Department of Electronics, Radio Engineering and Communication Systems,  I.S. Turgenev Orel State University,

Russia, Orel

Valentina Lobanova

Scientific supervisor, candidate of Technical Sciences, associate professor, I.S. Turgenev Orel State University,

Russia, Orel

АННОТАЦИЯ

Биполярные транзисторы широко используются в современной электронике и микроэлектронике. Они являются основным элементом всех аналоговых и цифровых схем. В этой статье рассмотрены методы измерения статических параметров биполярных транзисторов.

ABSTRACT

Bipolar transistors are widely used in modern electronics and microelectronics. They are the main element of all analog and digital circuits. This article discusses methods for measuring the static parameters of bipolar transistors.

Ключевые слова: иполярные транзисторы; статические параметры; измерение.

Keywords: bipolar transistors; static parameters; measurement.

Создание в 1948 г. Американским ученым Дж. Бардиным, В. Браттейном и В. Шокли точечного транзистора открыло новый этап развития электроники. Уже в 50 – х годах были разработаны различные типы биполярных транзисторов, которые и послужили основой элементной базы электронных устройств нового поколения. В настоящее время разработано и широко применяются несколько сотен типов транзисторов, отличающихся друг от друга мощностью выходного сигнала, рабочим частотным диапазоном, напряжением питания, характером входных сигналов и рядом других параметров.

Транзисторы широко используются в современной электронике и микроэлектронике. Они являются основным элементом всех аналоговых и цифровых схем. На базе транзисторов выполняются практически все радиотехнические функции: усиление, сравнение, преобразование радиотехнических сигналов, все логические операции, а также хранение информации. Отличительной особенностью теории транзисторов и транзисторных схем является незначительное развитие в течение последних 20 лет. Это объясняется тем, что базовые идеализированные элементы электроники, а также методы и подходы к решению задач электроники полностью разработаны. Развитие обусловлено появлением новых активных (туннельный диод, диод на гетероструктурах) и пассивных (мемристор) элементов, а также совершенствованием технологии изготовления самих транзисторов.

Биполярный транзистор имеет статические параметры, определения и методы измерения которых установлены ГОСТ 18604 [1]. Измерение ряда статических параметров основано на определении значений тока и напряжения.

Соотношение токов и напряжений в биполярном транзисторе определяется его входными и выходными вольт-амперными характеристиками (ВАХ).

Входная ВАХ в соответствии с эффектом Эрли функционально зависит от напряжения коллектор-эмиттер и описывается уравнением:

где    I_Б – ток базы;

U_БЭ – напряжение база-эмиттер;

h_11Э – входное сопротивление.

Выходная ВАХ транзистора описывается уравнением:

где    I_К – ток коллектора;

U_КЭ – напряжение коллектор-эмиттер;

h_22Э – выходная проводимость.

Обзору подлежат следующие методы измерения статических параметров по ГОСТ 18604 [2]:

– метод измерения входного сопротивления;

– метод измерения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер на постоянном токе;

– метод измерения статического коэффициента передачи тока на постоянном токе.

Метод измерения входного сопротивления

Метод измерения входного сопротивления включает структурную схему измерительной установки, представленной на рисунке 2, где R1, R2, R3 – резисторы; C1, C2, C3 – конденсаторы; L – индуктивность; G – генератор сигналов; PA – измеритель постоянного тока; PV1 – электронный измеритель переменного напряжения; PV2 – измеритель постоянного напряжения; S – переключатель; VT – измеряемый транзистор.

Рисунок 1. Структурная схема измерительной установки

Входное сопротивление h_11э включенного по схеме с общим эмиттером биполярного транзистора определяется выражением:

Метод измерения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер на постоянном токе

Метод измерения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер на постоянном токе [3] заключается в определении напряжений между выводами транзистора в режиме насыщения при заданных постоянных токах коллектора I_К и базы I_Б и является предметом исследования в рамках настоящей работы.

Структурная схема измерительной установки в отношении данного метода представлена на рисунке 2, где P1 и P3 – измерители постоянных токов базы и коллектора, P2 – измеритель постоянного напряжения, R1 и R2 – резисторы, VT – измеряемый транзистор, S – переключатель.

Рисунок 2. Структурная схема измерительной установки

Транзистор VT в соответствии с схемой, представленной на рисунке 3, включен по схеме с общим эмиттером.

Метод измерения статического коэффициента передачи тока на постоянном токе

Метод измерения статического коэффициента передачи тока на постоянном токе заключается в определении статического коэффициента передачи тока при известных значениях постоянного тока эмиттера I_Э или постоянного тока коллектора I_К и постоянного напряжения коллектор-база U_КБ.

Структурная схема измерительной установки в отношении данного метода представлена на рисунке 3, где PA1-PA3 – измерители постоянного тока,

PV – измеритель постоянного напряжения, R – токозадающий резистор, VT – измеряемый транзистор, U_К – источник питания напряжения коллектора, U_Э – источник питания постоянного тока эмиттера.

Рисунок 3. Структурная схема измерительной установки

Значение статического коэффициента передачи тока на постоянном токе определяется выражением:

Вывод

Из описанных методов измерения статических параметров биполярных транзисторов выделяется метод измерения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер на постоянном токе. Выбранный метод является предметом исследования и содержит в себе процесс измерения токов база-эмиттер и коллектор-эмиттер включенного по схеме с общим эмиттером биполярного транзистора.

Список литературы:

1. ГОСТ 18604.22-78 (СТ СЭВ 4289-83) Транзисторы биполярные. Методы измерения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер (с Изменением N 1). М.: Издательство стандартов, 1986.
2. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Гелиос АРВ, 2004. – 336 с.: ил.
3. Метрологическое обеспечение измерительных устройств: учеб. Пособие: в 2 ч. Ч. 1. Принципы построения и вопросы стандартизации автоматизированных измерительных систем/В.А. Захаров, А.С. Волегов;