Laboratorium podstaw elektroniki Ćwiczenie T1

150875
numer indeksu
Grzegorz Graczyk
imie i nazwisko
kierunek Informatyka
semestr 2 gr. 2
rok akademicki 2008/09
Laboratorium
podstaw elektroniki
Ćwiczenie T1
Charakterystyki tranzystorów: bipolarnego (npn)
w układzie WE i unipanegolarnego (z kanałem typu n)
tytul doswiadczenia
Ocena
1
Wstęp
1.1
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie waaściwości statycznych tranzystora bipolarnego oraz tranzystora unipolarnego (FET). Do pomiarów wykorzystane zostaay następujące przyrządy:
• Mulitimetry M4650A: J3-T6-258/3, J3-T6-260/4, J3/M/1/4
• Multimetr M4660A J3-T6-158/5
• Układy T1-10 oraz ZŹS-06
• Zasilacz MPS-3003L-3 J3-O11-T6-68
• Generator DF1641A J3-T6-259/2
• Oscyloskop GOS-630 J3-O11-T6-57
2
2.1
Doświadczenia
Charakterystyka wyjściowa i zwrotna tranzystora bipolarnego bez obciążenia
Rysunek 1. Schemat układu wykorzystywanego w doświadczeniach 1 i 2
Grzegorz Graczyk
2 / 11
IB [µA]
157.61 ± 0.5
157.65 ± 0.5
157.66 ± 0.5
157.66 ± 0.5
157.68 ± 0.5
157.68 ± 0.5
157.68 ± 0.5
157.68 ± 0.5
157.70 ± 0.5
157.70 ± 0.5
157.70 ± 0.5
157.71 ± 0.5
157.72 ± 0.5
157.73 ± 0.5
157.63 ± 0.5
157.57 ± 0.5
150.13 ± 0.5
147.55 ± 0.5
144.42 ± 0.5
UBE [V ]
0.589 ± 0.003
0.616 ± 0.003
0.636 ± 0.003
0.664 ± 0.003
0.671 ± 0.003
0.677 ± 0.003
0.679 ± 0.003
0.679 ± 0.003
0.679 ± 0.003
0.679 ± 0.003
0.678 ± 0.003
0.677 ± 0.003
0.674 ± 0.003
0.670 ± 0.003
0.661 ± 0.003
0.654 ± 0.003
0.645 ± 0.003
0.635 ± 0.003
0.624 ± 0.003
UCE [V ]
0.006 ± 0.003
0.037 ± 0.003
0.061 ± 0.003
0.110 ± 0.003
0.134 ± 0.003
0.171 ± 0.003
0.208 ± 0.003
0.264 ± 0.003
0.321 ± 0.003
0.383 ± 0.003
0.462 ± 0.003
0.815 ± 0.003
1.557 ± 0.004
2.602 ± 0.004
3.735 ± 0.005
4.892 ± 0.005
5.928 ± 0.006
6.994 ± 0.006
7.977 ± 0.007
IC [mA]
0.00 ± 0.03
1.19 ± 0.04
3.16 ± 0.05
10.33 ± 0.08
13.84 ± 0.10
17.46 ± 0.12
18.97 ± 0.12
19.76 ± 0.13
19.97 ± 0.13
20.04 ± 0.13
20.08 ± 0.13
20.20 ± 0.13
20.42 ± 0.13
20.70 ± 0.13
21.11 ± 0.14
21.38 ± 0.14
21.60 ± 0.14
21.76 ± 0.14
21.59 ± 0.14
W oparciu o wykres możemy obliczyć konduktancję wyjściową. Aby tego dokonać policzymy
pochodną odpowiedniej cześci wykresu. Ponieważ wykres na tym odcinku jest zbliżony do prostej
Grzegorz Graczyk
3 / 11
to pochodna będzie równa współczynnikowi kierunkowemu tej prostej i wynosi:
h22e = (219 ± 26) · 10−6 S
Otrzymany wynik jest rzędu 10−4 co mieści się w przewidywaniach dla jego wartości.
Wykres nie odpowiada przewidywaniom - część w której należałoby liczyć pochodą jest malejąca, gdy oczekiwana wartość pochodnej jest dodatnia. Błąd w pomiarach najprawdopodobniej
wynika z nagrzewania się tranzystora.
Wartość zwrotnego wzmocnienia napięciowego według wykonanych pomiarów wynosi:
h12e = −0.0073 ± 0.0004
Grzegorz Graczyk
4 / 11
2.2
Charakterystyka wejściowa i przejściowa tranzystora bipolarnego
IB [µA]
0.61 ± 0.03
10.84 ± 0.06
21.86 ± 0.010
31.50 ± 0.12
40.23 ± 0.15
50.83 ± 0.18
62.89 ± 0.22
72.98 ± 0.25
84.04 ± 0.28
96.32 ± 0.3
109.77 ± 0.4
126.51 ± 0.4
140.91 ± 0.5
161.14 ± 0.5
IB [µA]
0.61 ± 0.03
0.87 ± 0.03
1.24 ± 0.03
3.32 ± 0.04
4.51 ± 0.04
8.52 ± 0.06
17.01 ± 0.08
25.00 ± 0.11
33.89 ± 0.13
41.50 ± 0.15
53.35 ± 0.19
66.08 ± 0.23
80.39 ± 0.27
95.91 ± 0.3
110.10 ± 0.4
124.44 ± 0.4
138.25 ± 0.4
151.85 ± 0.5
162.22 ± 0.5
Grzegorz Graczyk
UBE [V ]
0.496 ± 0.003
0.522 ± 0.003
0.522 ± 0.003
0.530 ± 0.003
0.536 ± 0.003
9.544 ± 0.008
0.559 ± 0.003
0.587 ± 0.003
0.612 ± 0.003
0.649 ± 0.003
0.651 ± 0.003
0.653 ± 0.003
0.653 ± 0.003
0.654 ± 0.003
UBE [V ]
0.489 ± 0.003
0.508 ± 0.003
0.524 ± 0.003
0.560 ± 0.003
0.544 ± 0.003
0.520 ± 0.003
0.517 ± 0.003
0.515 ± 0.003
0.505 ± 0.003
0.468 ± 0.003
0.443 ± 0.003
0.446 ± 0.003
0.448 ± 0.003
0.452 ± 0.003
0.455 ± 0.003
0.460 ± 0.003
0.473 ± 0.003
0.496 ± 0.003
0.521 ± 0.003
UCE [V ]
5.049 ± 0.006
5.047 ± 0.006
5.044 ± 0.006
5.042 ± 0.006
5.041 ± 0.006
5.039 ± 0.006
5.036 ± 0.006
5.034 ± 0.006
5.032 ± 0.006
5.031 ± 0.006
5.028 ± 0.006
5.025 ± 0.006
5.023 ± 0.006
5.019 ± 0.006
IC [mA]
0.02 ± 0.03
1.17 ± 0.04
2.61 ± 0.04
3.79 ± 0.05
4.82 ± 0.05
6.09 ± 0.06
7.63 ± 0.07
9.21 ± 0.08
11.15 ± 0.09
12.51 ± 0.09
14.40 ± 0.10
16.84 ± 0.11
18.99 ± 0.12
22.02 ± 0.14
UCE [V ]
10.013 ± 0.008
10.013 ± 0.008
10.014 ± 0.008
10.013 ± 0.008
10.012 ± 0.008
10.008 ± 0.008
10.007 ± 0.008
10.006 ± 0.008
10.003 ± 0.008
10.000 ± 0.008
9.996 ± 0.008
9.995 ± 0.008
9.994 ± 0.008
9.992 ± 0.008
9.990 ± 0.008
9.988 ± 0.008
9.985 ± 0.008
9.984 ± 0.008
9.979 ± 0.008
IC [mA]
0.02 ± 0.03
0.04 ± 0.03
0.06 ± 0.03
0.24 ± 0.03
0.42 ± 0.03
0.93 ± 0.03
2.09 ± 0.04
2.07 ± 0.04
4.13 ± 0.05
5.26 ± 0.06
6.96 ± 0.06
8.90 ± 0.07
10.50 ± 0.08
12.58 ± 0.09
14.42 ± 0.10
16.32 ± 0.11
18.25 ± 0.12
20.52 ± 0.13
22.95 ± 0.14
5 / 11
Otrzymane wykresy nie odpowiadają wykresom wzorcowym z instrukcji. Z tego powodu wartości
pochodnych cząstkowych, a zatem rezystancji wejściowej przy zwartym obwodzie wyjściowym
prawdopodobnie nie będą zgodne z rzeczywistością.
Dla UCE = 5V :
h11e = (73 ± 15)Ω
Dla UCE = 10V :
h11e = (6.1 ± 1.2) · 102 Ω
Otrzymane wyniki są mniejsze niż przewidywano. Błąd pomiarowy był zapewne spowodowany długotrwałym używaniem tranzystora przed tą częścią ćwiczenia. Nieodpowiedni kształt
krzywych na wykresie uniemożliwił poprawne wyznaczenie obszaru na którym polioczona została
pochodna.
Grzegorz Graczyk
6 / 11
Aby policzyć zwarciowy współczynnik wzmocnienia prądowego wyznaczymy prostą wyznaczoną
przez konkatecjancję obu pomiarów. Współczynnik kierunkowy - a zatem pochodna takiej prostej
wynosi:
h21e = 137.1 ± 1.2
Otrzymany wynik jest rzędu podanego w instrukcji, co potwierdza jego poprawność.
Grzegorz Graczyk
7 / 11
2.3
Charakterystyka przejściowa (bramkowa) tranzystora polowego
Rysunek 2. Schemat układu wykorzystywanego w doświadczeniach 3 i 4
UGS [V ]
-11.933 ± 0.009
-5.149 ± 0.006
-4.999 ± 0.005
-4.563 ± 0.005
-4.326 ± 0.005
-4.202 ± 0.005
-4.054 ± 0.005
-3.787 ± 0.005
-3.450 ± 0.005
-3.214 ± 0.005
-2.907 ± 0.004
-2.452 ± 0.004
-1.941 ± 0.004
-1.444 ± 0.004
-0.833 ± 0.003
-0.180 ± 0 .003
UDS [V ]
7.505 ± 0.007
7.505 ± 0.007
7.505 ± 0.007
7.505 ± 0.007
7.505 ± 0.007
7.505 ± 0.007
7.505 ± 0.007
7.505 ± 0.007
7.504 ± 0.007
7.503 ± 0.007
7.502 ± 0.007
7.500 ± 0.007
7.497 ± 0.007
7.495 ± 0.007
7.491 ± 0.007
7.488 ± 0.007
ID [mA]
0.00 ± 0.03
0.00 ± 0.03
0.01 ± 0.03
0.24 ± 0.03
0.55 ± 0.03
0.75 ± 0.03
1.03 ± 0.04
1.59 ± 0.04
2.46 ± 0.04
3.13 ± 0.05
5.58 ± 0.06
5.58 ± 0.06
7.45 ± 0.07
9.41 ± 0.08
12.00 ± 0.09
15.03 ± 0.11
Na podstawie pomiarów przygotowano wykres:
Grzegorz Graczyk
8 / 11
Jak można odczytać z wykresu napięcie odcięcia UGSOF F wynosi 5V .
2.4
Charakterystyka wyjściowa (drenowa) tranzystora polowego
UGS [V ]
-4.516 ± 0.005
-4.517 ± 0.005
-4.519 ± 0.005
-4.522 ± 0.005
-4.522 ± 0.005
-4.522 ± 0.005
-4.523 ± 0.005
-4.525 ± 0.005
-4.526 ± 0.005
-4.526 ± 0.005
-4.528 ± 0.005
-4.531 ± 0.005
-4.531 ± 0.005
Grzegorz Graczyk
UDS [V ]
0.005 ± 0.003
0.075 ± 0.003
0.466 ± 0.003
1.069 ± 0.004
1.494 ± 0.004
2.038 ± 0.004
2.482 ± 0.004
3.199 ± 0.005
3.766 ± 0.005
4.425 ± 0.005
5.731 ± 0.006
8.223 ± 0.007
10.513 ± 0.008
ID [mA]
0.00 ± 0.03
0.03 ± 0.03
0.12 ± 0.03
0.17 ± 0.03
0.18 ± 0.03
0.20 ± 0.03
0.21 ± 0.03
0.23 ± 0.03
0.23 ± 0.03
0.24 ± 0.03
0.26 ± 0.03
0.28 ± 0.03
0.29 ± 0.03
9 / 11
Grzegorz Graczyk
10 / 11
2.5
Wizualizacja charakterystyki wyjściowej (drenowej) tranzystora polowego
Rysunek 3. Schemat układu wykorzystywanego w doświadczeniu 5
Zdjęcia zostały wykonane przy ustawieniu podziałki oscyloskpu na 50mV na kratkę.
UGS = (0.0250 ± 0.0003)V
UGS = (−0.4516 ± 0.0003)V
UGS = (−0.9277 ± 0.0003)V
UGS = (−1.3403 ± 0.0004)V
UGS = (−1.9286 ± 0.0005)V
UGS = (−2.563 ± 0.003)V
Grzegorz Graczyk
11 / 11