Ćwiczenie 2 - Tranzystory bipolarne. Charakterystyki

ĆWICZENIE 2
Tranzystory bipolarne. Charakterystyki tranzystorów.
I . Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, zasady działania i właściwości tranzystorów
bipolarnych. Wykreślanie charakterystyk tranzystorów.
II. Układ pomiarowy
Wszystkie pomiary należy wykonać z wykorzystaniem makiety:
charakterystyk tranzystorów bipolarnych” przedstawionej na rysunku poniżej.
„Pomiar
Tranzystory:
1.
2.
3.
4.
BD243C
BC547
BF258
2N3055
Rys. 1. Makieta „Pomiar charakterystyk tranzystorów bipolarnych”
Makieta wymaga zasilania z dwóch zasilaczy AC1 i AC2. Przed pomiarami należy ustawić
właściwy typ tranzystora bipolarnego n-p-n lub p-n-p, na podstawie informacji zawartych
w notach aplikacyjnych. Podczas wykonywania pomiarów należy pamiętać
o nieprzekraczaniu dopuszczalnych wartości napięć i prądów.
1
III. Przebieg ćwiczenia
1. Pomiar charakterystyki wejściowej tranzystora pracującego w układzie wspólnego
emitera OE
a) podłączyć przyrządy pomiarowe w taki sposób aby możliwy był pomiar UBE, IB,
UCE,
b) do układu podłączyć badany tranzystor,
c) ustawić stosowną wartość rezystancji RN (tak aby nie przekroczyć maksymalnych
wartości prądów: IB i IC)
d) załączyć zasilanie,
e) ustawić wartość UCE = 5 V,
f) wykreślić charakterystykę wejściową IB = f(UBE); w tym celu należy zmieniać
napięcie UBE i przy stałej wartości UCE odczytywać prąd bazy IB (metoda
pośrednia poprzez pomiar napięcia na znanej rezystancji),
g) zmienić napięcie UCE = 3 V i powtórzyć pomiary z punktu 1.f,
h) wyłączyć zasilanie
i) wykreślić charakterystyki wejściowe dla pozostałych tranzystorów – powtórzyć
punkty 1.b – 1.h, ale tylko dla jednej wartości UCE = 5 V (bez punktu 1.g),
j) określić wpływ UCE na charakterystykę wejściową tranzystora.
2. Pomiar charakterystyki przejściowej tranzystora pracującego w układzie wspólnego
emitera OE
a) podłączyć przyrządy pomiarowe w taki sposób aby możliwy był pomiar IB, IC,
UCE,
b) do układu podłączyć badany tranzystor,
c) ustawić stosowną wartość rezystancji RN (tak aby nie przekroczyć maksymalnych
prądu IB i IC)
d) załączyć zasilanie,
e) ustawić wartość UCE = 0,5 V,
f) wykreślić charakterystykę przejściową IC = f(IB); w tym celu należy zmieniać prąd
bazy IB (poprzez zmianę napięcie UBE) i przy stałej wartości UCE odczytywać IC,
g) wykreślić rodzinę charakterystyk (punkt 2.f) dla UCE = 1 V, 2 V, 5 V,
h) wyłączyć zasilanie,
i) wykreślić rodziny charakterystyk przejściowych dla pozostałych tranzystorów;
powtórzyć punkty 2.b – 2.h,
j) określić wpływ napięcia UCE na charakterystykę przejściową tranzystora.
3. Pomiar charakterystyki wyjściowej tranzystora pracującego w układzie wspólnego
emitera OE
a) podłączyć przyrządy pomiarowe w taki sposób aby możliwy był pomiar IB, IC,
UCE,
b) do układu podłączyć badany tranzystor,
c) ustawić stosowną wartość rezystancji RN (tak aby nie przekroczyć maksymalnych
wartości prądów IB i IC),
d) załączyć napięcie zasilania,
e) ustalić prąd bazy IB = 0 mA,
f) wykreślić charakterystykę wyjściową IC = f(UCE); w tym celu należy zmieniać
UCE, a przy stałym prądzie bazy IB odczytywać prąd IC,
g) wykreślić rodzinę charakterystyk (punkt 2.f) dla 5 wartości IB równomiernie
rozmieszczonych w przedziale (0 - IMAX), przy czym IMAX jest mniejszą z dwóch
2
h)
i)
j)
k)
wartości: ICMAX – maksymalny prąd kolektora dla danego tranzystora, IZMAX –
maksymalny, dopuszczalny prąd płynący z zasilacza (IZMAX = 500 mA),
wykreślić rodziny charakterystyk wyjściowych dla pozostałych tranzystorów –
powtórzyć punkty 3.b – 3.g
na charakterystykach zaznaczyć obszar aktywny, nasycenia, odcięcia,
na podstawie otrzymanych charakterystyk, dla każdego tranzystora wyznaczyć
napięcie Early’ego, oraz wartość prądu ICE0,
dla tranzystora BC547 wykreślić na charakterystyce wyjściowej hiperbolę
dopuszczalnej mocy.
IV. Podstawowe wiadomości niezbędne do wykonania ćwiczenia
Tranzystor bipolarny jest elementem, którego symbol graficzny zależy od konstrukcji
(rys.2)
Rys. 2. Symbole graficzne tranzystorów bipolarnych
Ponieważ tranzystor bipolarny ma 3 elektrody (E – emiter, B – baza, C - kolektor),
dlatego w układzie czwórnika jedna elektroda musi być wspólna dla obwodu wejściowego
i wyjściowego – stąd istnieją trzy podstawowe układy pracy tranzystora:
•
•
•
układ ze wspólną bazą, WB (OB) – wspólną elektrodą jest baza, wejściem E-B,
wyjściem C-B,
układ ze wspólnym emiterem, WE (OE) – wspólną elektrodą jest emiter, wejściem BE, wyjściem C-E,
układ ze wspólnym kolektorem, WC (OC)– wspólną elektrodą jest kolektor, wejściem
B-C, wyjściem E-C.
Jednocześnie, ze względu na to, że tranzystor składa się z dwóch złącz p–n: E-B i B-C, a
każde z tych złącz może być spolaryzowane w kierunku przewodzenia lub zaporowym,
można wyróżnić cztery stany polaryzacji tranzystora:
•
•
•
•
stan aktywny: złącze E-B spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, a złącze C-B
w kierunku zaporowym,
stan nasycenia: oba złącza spolaryzowane są w kierunku przewodzenia,
stan odcięcia: oba złącza spolaryzowane są w kierunku zaporowym,
stan inwersji: złącze E-B spolaryzowane w kierunku zaporowym, a złącze C-B w
kierunku przewodzenia.
Charakterystyki prądowo – napięciowe tranzystora opisują jego zachowanie dla prądów
stałych, a także umożliwiają analizę przenoszenia sygnałów zmiennych. Najważniejsze
charakterystyki tranzystora bipolarnego, pracującego w układzie wspólnego emitera, który ze
względu na swoje właściwości jest najczęściej wykorzystywany, to:
•
•
charakterystyka wejściowa: IB = f(UBE), przy UCE = const.,
charakterystyka przejściowa: IC = f(IB) przy UCE = const.,
3
•
charakterystyka wyjściowa IC = f(UCE), IB = const.
Na postawie charakterystyki wyjściowej można wyznaczyć prąd ICE0 który płynie
pomiędzy zaciskami C i E przy rozwartej bazie (IB = 0). Z tej samej rodziny charakterystyk
można wyznaczyć potencjał Early’ego: UAC (rys. 3). Zjawisko Early’ego polega na
napięciowej modulacji długości bazy przez warstwy zaporowe wnikające w głąb bazy.
Objawia się ono niezerowym nachyleniem charakterystyk kolektorowych, (konduktancja
przyrostowa gce ≠ 0).
Rys. 3. Konstrukcja wyjaśniająca modelowanie zjawiska Early’ego [1]
V. Pytania kontrolne
1. Charakterystyki tranzystorów bipolarnych w układzie wspólnego emitera.
2. Polaryzacja złącz w tranzystorze dla różnych rodzajów pracy.
3. Napięcie Early’ego.
4. Hiperbola dopuszczalnej mocy strat.
Literatura
1.
2.
3.
4.
Z. Nosal, J. Baranowski, „Układy elektroniczne cz. I. Układy analogowe liniowe”, WNT Warszawa 1998
U. Tietze, Ch. Schenk, „Układy półprzewodnikowe”, WNT Warszawa 1996
W. Marciniak, „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone” WNT Warszawa 1984
A. Guziński, „Liniowe elektroniczne układy analogowe”, WNT Warszawa 1993
4