Компьютерное моделирование и исследование биполярного транзистора - Дипломная работа

Полупроводниковые приборы (диоды и транзисторы) благодаря малым габаритам и массе, незначительному потреблению электроэнергии, высокой надежности и долговечности широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре. В настоящее время почти вся бытовая радиоэлектронная техника, включая телевизоры, приемники, магнитофоны и др., работает на полупроводниковых приборах и микросхемах. Для конструирования надежных схем на транзисторах, то есть для правильного выбора типа транзистора, грамотного расчета схем, выбора оптимального теплового и электрического режимов, необходимо располагать подробными сведениями, характеризующими эксплуатационные свойства транзисторов. Данная работа является актуальной, так как транзисторы можно применять схемах усиления сигнала. Целью работы является анализ схемотехнических решений устройств для исследований работы схем включение биполярного транзистора, рассмотрение принципов работы полупроводниковых устройств, а также анализ программ предназначенных для моделирования и анализа электронных схем.Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода и три внешних вывода, и предназначенный, в частности, для усиления электрических сигналов. Термин "биполярный" подчеркивает тот факт, что принцип работы прибора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд, - дырок и электронов. В дальнейшем для краткости будем его называть просто - транзистором. Как видно из рисунка, транзистор имеет три области полупроводника, называемые его электродами, причем две крайние области имеют одинаковый тип проводимости, а средняя область - противоположный. Электроды транзистора имеют внешние выводы, с помощью которых транзистор включается в электрическую схему.В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора. Транзисторы, работающие в активном режиме, используются в усилительных схемах. Помимо активного, выделяют инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный - открыт, режим насыщения, при котором оба перехода открыты, и режим отсечки, при котором оба перехода закрыты.Рассмотрим в первом приближении физические процессы, протекающие в транзисторе в активном режиме, и постараемся оценить, каким образом эти процессы позволяют усиливать электрические сигналы. Для простоты анализа будем использовать плоскую одномерную модель транзистора, представленную на рис.3. С учетом того, что в реальной структуре транзистора ширина базы значительно меньше поперечных размеров переходов, плоская одномерная модель достаточно хорошо отражает процессы, протекающие в транзисторе. Напряжения UЭБ 0 обеспечивают открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что соответствует активному режиму работы транзистора. В связи с тем, что в коллекторном переходе отсутствует потенциальный барьер для электронов, движущихся из базы в коллектор, этот поток в первом приближении не зависит от напряжения на коллекторном переходе UКБ.Обозначается ?, hfe или h21e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзисторов. ? - величина постоянная для одного транзистора, и зависит от физического строения прибора. Если другими параметрами прибора довольно часто можно пренебречь в расчетах, то коэффициентом усиления по току практически невозможно. Входное сопротивление - сопротивление в транзисторе, которое "встречает" ток базы. Чем больше выходная проводимость, тем больше тока коллектор-эмиттер сможет проходить через транзистор при меньшей мощности. биполярный транзистор полупроводниковый Например, если транзистор с низкой выходной проводимостью усиливает сигнал в 100 раз без нагрузки, то при подсоединении нагрузки в 1 К?, он уже будет усиливать всего в 50 раз.Между базой и эмиттером транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, подсоединяют источник сигнала, а к коллектору - нагрузку. Включение n-p-n транзистора совершенно аналогично включению p-n-p транзистора, однако в данном случае придется поменять полярность обоих источников питания. Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора. Флюктуации температуры оказывают значительное влияние на режим работы транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, и поэтому следует применять специальные цепи температурной стабилизации. В связи с тем, что сопротивление коллекторного перехода транзистора в рассмотренном каскаде выше, чем в каскаде с общей базой, то необходимо больше времени на рекомбинацию носителей заряда, а, следовательно, каскад с общим эмиттером обладает худшим частотным свойством.Полупроводниковые ИМС на

Оглавление

Введение

Глава 1. Техническая часть. Компьютерное моделирование и исследование биполярного транзистора

1.1 Аналитический обзор по теме

1.1.1 Общие сведения о биполярном транзисторе

1.1.2 Режимы работы транзистора

1.1.3 Принцип работы биполярного транзистора

1.1.4 Основные параметры биполярного транзистора

1.1.5 Схемы включения биполярных транзисторов

1.1.6 Технология изготовления транзисторов

1.1.7 Применение транзисторов

1.2 Практическая часть. Компьютерное моделирование и исследование биполярного транзистора

1.2.1 Обзор программ для исследования и проектирования элементов электроники

1.2.2 Исследование биполярного транзистора с помощью программы EWB

Раздел 2. Охрана труда. Меры безопасности при техническом обслуживание компьютерной техники

2.1 Производственная санитария и гигиена труда

2.2 Требования к организации и оборудованию рабочего места техника

2.3 Требования пожарной безопасности

Заключение

Список литературы

Полупроводниковые приборы (диоды и транзисторы) благодаря малым габаритам и массе, незначительному потреблению электроэнергии, высокой надежности и долговечности широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре. В настоящее время почти вся бытовая радиоэлектронная техника, включая телевизоры, приемники, магнитофоны и др., работает на полупроводниковых приборах и микросхемах. Применение полупроводниковых приборов в электронных вычислительных машинах позволило решить проблему достижения высоких эксплуатационных параметров ЭВМ при обеспечении требуемой надежности. Для конструирования надежных схем на транзисторах, то есть для правильного выбора типа транзистора, грамотного расчета схем, выбора оптимального теплового и электрического режимов, необходимо располагать подробными сведениями, характеризующими эксплуатационные свойства транзисторов.

Данная работа является актуальной, так как транзисторы можно применять схемах усиления сигнала. А также, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления - то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

Целью работы является анализ схемотехнических решений устройств для исследований работы схем включение биполярного транзистора, рассмотрение принципов работы полупроводниковых устройств, а также анализ программ предназначенных для моделирования и анализа электронных схем.

Для реализации поставленных целей нужно решить следующие задачи: рассмотреть литературных данных по теме диплома, провести исследования по данной тематике (разработать схемы, спроектировать устройство, проанализировать рабочие характеристики устройства), привести инженерные расчеты данного разрабатываемого устройства.

Предметом исследования является моделирование и исследование биполярного транзистора. Объектом исследования является изучение полупроводниковых приборов, имеющих в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода.

Использованы следующие методы сбора материала: анализ литературы; интерпретация данных; отбор необходимого материала; разработка схемы; проектирование устройства.

Важна также грамотная организация охраны труда на предприятии, а именно: необходима служба охраны труда, необходимо проведение обучения работников, должны быть предусмотрены мероприятия пожарной безопасности, обеспечение работников соответствующими средствами индивидуальной защиты, а также проводить аттестацию рабочих мест.

Дипломная работа состоит из двух частей. В технической части рассматривается моделирование и исследование биполярного транзистора. В части дипломной работы, связанной с охраной труда исследуется безопасность работы с электронной техникой.