BADANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO CEL • poznanie

BADANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO
CEL
•
•
poznanie charakterystyk tranzystora bipolarnego w układzie WE
poznanie wybranych parametrów statycznych tranzystora bipolarnego w układzie WE
PRZEBIEG ĆWICZENIA:
1.
POMIARY CHARAKTERYSTK I PRĄDÓW ZEROWYCH TRANZYSTORA W UKŁADZIE WE
1.1.
OGLĘDZINY
Dokonać oględzin tranzystora bipolarnego określając jego:
° oznaczenie,
° topologię wyprowadzeń (baza, kolektor, emiter),
° typ obudowy.
Zaznajomić się z danymi katalogowymi badanego tranzystora.
UWAGA: Karta katalogowa tranzystora znajduje się w odrębnej instrukcji.
1.2.
Charakterystyka wejściowa - WE
W układzie WE jak na rys. 1 wyznaczyć metodą punkt po punkcie charakterystykę
wejściową IB = f(UBE). Do zasilenia układu (napięcia Udc1) wykorzystać zasilacz
laboratoryjny. Napięcie zasilające Udc1 nie powinno przekraczać 5V. Przed
rozpoczęciem łączenia układu ustawić potencjometr P1 położeniu minimum (lewe
skrajne). Zmieniając położenie potencjometru P1 od minimum do maksimum
odczytywać prąd IB (amperomierz A1) oraz napięcie UBE (woltomierz V1). Wyniki
zapisać w tabeli 1. Prąd bazy badanego tranzystora nie może przekroczyć 5 mA!!!.
Wyniki pomiarów należy zapisywać do tabeli 1.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V1→2V, amperomierz A1→20mA.
Rys.1. Schemat układu do pomiaru charakterystyki wejściowej - WE
1
Tabela 1. Charakterystyka wejściowa – WE
UBE
[V]
IB
0
0.05
0.1
1
1.5
2
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
[mA]
UBE
[V]
IB
2.5
3
3.5
4
4.5
[mA]
1.3.
Charakterystyka wyjściowa - WE
W układzie WE jak na rys. 2 wyznaczyć metodą punkt po punkcie charakterystykę
wyjściową IC = f(UCE) przy IB = const. Przed rozpoczęciem łączenia układu ustawić
potencjometr P1 położeniu minimum (lewe skrajne). Za pomocą potencjometru P1
utrzymywać stałą wartość prądu IB (amperomierz A1). Zmieniając napięcie zasilające
Udc2 odczytać napięcie UCE (woltomierz V1) i prąd IC (amperomierz A2). Wynik
zapisać w tabeli 2. Pomiary należy przeprowadzić dla dwóch wartości prądu bazy
IB=10, 20 oraz 30 µA.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierz V1→20V, amperomierze A1→200µA,
A2→20mA.
Rys.2. Schemat układu do pomiaru charakterystyki wyjściowej i przejściowej - WE
2
Tabela 2. Charakterystyka wyjściowa - WE
UCE 0
0.05 0.1
.15
[V]
.2
.3
.4
.6
1
5
10
15
IB
Ic
0
=10µA [mA]
IB
Ic
0
=20µA [mA]
IB
Ic
0
=30µA [mA]
1.4.
Charakterystyka przejściowa - WE
W układzie WE jak na rys. 2 wyznaczyć metodą punkt po punkcie charakterystykę
przejściową prądową IC = f(IB) przy UCE = const. Przed rozpoczęciem łączenia
układu ustawić potencjometr P1 położeniu minimum (lewe skrajne). Za pomocą
zasilacza DC2 ustawić stałą wartość napięcia UCE=5V (woltomierz V1). Zmieniając
wartość rezystancji potencjometru P1 zmieniamy prąd IB (amperomierz A1) i
odczytując prąd IC (amperomierz A2). Wyniki zapisujemy w tabeli 3. Pomiary
powtórzyć dla wartości napięć UCE=10 i 15V.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierz V1→20V, amperomierze A1→200µA, A2→20
mA.
Tabela 3. Charakterystyka przejściowa - WE
0
1
2
3
IB
[µA]
1.5.
UCE
=5V
Ic
0
[mA]
UCE
=10V
Ic
0
[mA]
UCE
=15V
Ic
0
[mA]
4
5
10
15
20
25
30
Pomiar prądu zerowego ICE0
Zmierzyć prąd zerowy ICE0 przy rozwartym złączu BE w układzie jak na rys.3. Za
pomocą zasilacza DC2 ustawić napięcie UCE=20V (woltomierz V1), wówczas złącza:
kolektorowe CB i emiterowe BE są spolaryzowane w kierunku zaporowym. Odczytać
prąd ICE0 (amperomierz A1). Wynik zapisać w tabeli 4.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierz V1 → 20 V, amperomierz A1 → 200 µA.
3
Rys. 3 Schemat pomiarowy do wyznaczania prądu zerowego ICE0
Tabela 4. Prąd zerowy ICE0
ICE0 [µA]
1.5.
Pomiar prądu zerowego ICB0
Zmierzyć prąd zerowy ICB0 przy rozwartym złączu BE w układzie jak na rys.4.
Napięcie zasilające należy przyłożyć pomiędzy kolektor a bazę tranzystora. Za
pomocą zasilacza DC2 ustawić napięcie wyjściowe UCB=20V (woltomierz V1),
wówczas złącze emiterowe CB jest spolaryzowane w kierunku zaporowym. Odczytać
prąd zerowy ICB0 (amperomierz A1). Wynik zapisać w tabeli 5.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierz V1 → 20 V, amperomierz A1 → 200 µA.
Rys.4. Schemat układu do pomiaru prądu zerowego ICB0
Tabela 5. Prąd zerowy ICB0
ICB0 [µA]
2.
OBLICZENIA WYBRANYCH PARAMETRÓW TRANZYSTORA W UKŁADZIE WE
2.1.
Wzmocnienie prądowe – h21e
4
Na podstawie charakterystyki wyjściowej IC = f(UCE) (patrz rys. 5), korzystając z tab.
2 obliczyć wzmocnienie prądowe h21e ze wzoru
∆I C
przy UCE = const.
h21e =
I B 2 − I B1
Obliczenia przeprowadzić przy różnych napięciach UCE i zapisać w tabeli 6.
Tabela 6. Wzmocnienie prądowe – h21e
UCE
0
0.05 0.1
.15
[V]
h21e
.2
.3
.4
.6
1
5
10
15
0
[A/A]
2.2.
Konduktancja wyjściowa – h22e
Na podstawie charakterystyki wyjściowej IC = f(UCE) (patrz rys. 5), korzystając z tab.
2 obliczyć konduktancję wyjściową h22e ze wzoru
∆ I 'C
przy IB = const.
h22 e =
∆U CE
Obliczenia przeprowadzić przy różnych prądach IE i zapisać w tabeli 7.
Tabela 7. Konduktancja wyjściowa – h22e
10
IB [µA]
20
30
h22e [mS]
IC
IB3
IB2
∆I’C
∆IC
IB1
IB0
∆UCE
UCE
Rys.5. Sposób określania parametrów h21e oraz h22e
2.3.
Zwarciowy współczynnik wzmocnienia prądowego dla prądu stałego – β0
Na podstawie pomiarów z tabeli 3 (charakterystyka przejściowa) obliczyć współczynnik β0 ze wzoru
− ( I C − I CE 0 ) I C
β0 =
≈
przy U CE = const .
IB
IB
5
Wyniki obliczeń zanotować w tabeli 8 i przedstawić na wykresie β0=f(IB).
Tabela 8. Wzmocnienie prądowe β0 – WB
IB
0
1
2
3
4
[µA]
5
10
15
20
25
30
β0
0
[A/A]
Sprawozdanie
I. Część formalna:
a) temat ćwiczenia laboratoryjnego,
b) skład zespołu laboratoryjnego,
c) data wykonania ćwiczenia.
II. Część pomiarowa:
a) schemat układu pomiarowego,
b) dane katalogowe badanego tranzystora,
c) wykaz przyrządów pomiarowych,
d) wyniki pomiarów zestawione w tabelach.
III. Część wynikowa:
a) obliczenia parametrów tranzystora w układzie WE:
o wzmocnienie prądowe h21e,
o konduktancja wyjściowa h22e,
o zwarciowy współczynnik wzmocnienia prądowego β0.
b) charakterystyki badanego tranzystora w układzie WE:
o wejściowa IB = f(UBE),
o wyjściowa IC = f(UCE),
o przejściowa IC = f(IB),
o wzmocnienia prądowego β0=f(IB).
c) prądy zerowe ICB0 oraz ICE0,
d) oszacowanie dokładności stosowanych metod pomiarowych.
IV. Wnioski dotyczące:
o parametrów h21e, h22e, β0,
o charakterystyk wejściowej, wyjściowej, przejściowej i wzmocnienia
prądowego,
o prądów zerowych ICB0 oraz ICE0,
o porównania wzmocnień prądowych h21b oraz β0.
V. Karta pomiarowa z podpisem prowadzącego
Wymagania
• symbole, oznaczenia i rodzaje tranzystorów bipolarnych,
• budowa i zasada działania tranzystora bipolarnego dryftowego,
• budowa i zasada działania tranzystora bipolarnego bezdryftowego,
6
• zakresy (stany) pracy tranzystora bipolarnego,
• punkt pracy i układy ustalania punktu pracy tranzystora bipolarnego,
• parametry charakterystyczne i graniczne tranzystora bipolarnego (definicje i
oznaczenia),
• prądy zerowe tranzystora bipolarnego,
• właściwości tranzystora bipolarnego w układzie wspólnej bazy WE,
• charakterystyki wyjściowe, wejściowe, przejściowe i zwrotne w układzie WE,
• wpływ temperatury na charakterystyki i parametry tranzystora bipolarnego,
• małosygnałowy układ zastępczy typu hybryd π tranzystora w układzie WE,
• parametry h macierzy hybrydowej tranzystora jako czwórnika w układzie WE,
• zastosowanie tranzystorów bipolarnych,
• układy pomiarowe do wyznaczania charakterystyk w ćwiczeniu TBWE,
• sposoby wyznaczania parametrów ćwiczeniu TBWE:
o wzmocnienie prądowe – h21e;
o konduktancja wyjściowa – h22e;
o współczynnik wzmocnienia prądowego dla prądu stałego – β0;
• obliczanie rozpływu prądów i spadków napięć w tranzystorach.
Literatura
1. Marciniak W.: „Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone” (rozdz.5.8 - 5.10).
Warszawa, WNT 1987.
2. Rusek M., Pasierbiński J.: „Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i
odpowiedziach” (rozdz. 4). Warszawa, WNT 1997.
3. Katalogi firmowe tranzystorów bipolarnych.
7