P

RACOWNIA ELEKTRONICZNA

Instytut Fizyki Politechniki Krakowskiej

ĆWICZENIE

1

Tranzystor bipolarny

Tranzystor bipolarny

2

ĆWICZENIE

1

Tytuł ćwiczenia: Tranzystor bipolarny

Andrzej Osak/Paweł Karbowniczek

1.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania tranzystora bipolarnego i jego

zastosowaniami oraz wyznaczenie charakterystyk tranzystora i parametrów charakteryzujących
tranzystor.

2.

Wprowadzenie

2.1

Tranzystor

Tranzystorem nazywamy trójelektrodowy przyrząd półprzewodnikowy służący zazwyczaj do

wzmacniania sygnałów elektrycznych. Tranzystor bipolarny zbudowany jest z trzech warstw
domieszkowanych półprzewodników odzielonych złączami p-n. Ze względu na kolejność ułożenia
warstw rozróżniamy tranzystory typu p-n-p lub n-p-n. Kolejne warstwy noszą nazwę emitera (E), bazy
(B) i kolektora (C). Warstwa środkowa (baza) jest cienka. Określenie bipolarny bierze się z faktu
występowania dwóch nośników prądu elektronów i dziur w tego typu tranzystorach.

Tranzystor bipolarny

3

Rys. 1 Schematyczne przedstawienie budowy tranzystora npn (a) pnp (b). Poniżej znajdują się

symbole graficzne odpowiednich typów tranzystorów.

(obok odpowiednich typów wstawić a i b)

Rys. 2 Zdjęcie różnych typów tranzystorów.

(uzupełnić o zdjęcia)

2.2

Zasada działania

Rys. 3 Zasada działania tranzystora.

W naszym przykładzie analizujemy tranzystor p-n-p do którego złącza p-n przykładamy napięcie

w kierunku przewodzenia natomiast n-p zaporowym. Ze względu na nieliniową charakterystykę
złącza p-n niewielkim zmianom przyłożonego napięcia odpowiadają duże zmiany prądu dziurowego
płynącego przez złącze. Dziury z obszaru emitera przechodzą do bazy. Cienka warstwa emitera
umożliwia dyfuzję dziur do kolektora. Zdecydowana większość dziur z emitera dociera do kolektora
tworząc prąd kolektora I

K

.Tylko niewielka część dziur tworzy prąd bazy I

B

. Prąd emitera jest sumą

prądów bazy i kolektora I

E

=I

K

+I

B

i jak już wspomnieliśmy I

K

>>I

B

. Zazwyczaj prąd bazy jest prawie 100

razy mniejszy od prądu kolektora. Wynika z tego, że w naszym przykładowym układzie, niewielka

Tranzystor bipolarny

4

zmiana prądu bazy może wywołać dużą zmianę prądu kolektora. Tranzystor w takim układzie może
być wykorzystany do wzmocnienia sygnałów elektrycznych.

2.3

Charakterystyki tranzystora

Charakterystykami statycznymi tranzystora nazywamy zbiór wartości natężeń prądów w

zależności od przyłożonych napięć w zakresie w którym może on pracować. Charakterystyki
sporządza się w różnych układach współrzędnych tak dobranych aby łatwo uzyskać parametry
niezbędne do praktycznych zastosowań.

Tranzystory mogą pracować w różnych układach połączeń których cechą charakterystyczną jest

występowanie wspólnej elektrody. Rozróżniamy układy ze wspólnym emiterem, bazą i kolektorem.
W dalszej części będziemy zajmować się często występującym układem ze wspólnym emiterem.

Charakterystyką wejściową tranzystora nazywamy zależność natężenia prądu bazy I

B

od napięcia

między bazą a emiterem U

BE

przy stałym napięciu między kolektorem a emiterem U

KE

.

I

B

= f(U

BE

) dla U

KE

= const.

Charakterystyką wyjściową tranzystora nazywamy zależność natężenia prądu kolektora I

K

od

napięcia między kolektorem a emiterem U

KE

przy stałym natężeniu prądu bazy I

B

.

I

K

= f(U

KE

) dla I

B

= const.

Charakterystyką wzmocnienia prądowego nazywamy zależność natężenia prądu kolektora I

K

od

natężenia prądu bazy I

B

przy stałym napięciu między kolektorem a emiterem U

KE

.

I

K

= f(I

B

) dla U

KE

= const.

Charakterystyką napięciowego sprzężenia zwrotnego nazywamy zależność napięcia między bazą

a emiterem U

BE

od napięcia między kolektorem a emiterem U

KE

przy stałym natężeniu prądu bazy I

B

.

U

BE

= f(U

KE

) dla I

B

= const.

Rys. 4 Przykładowe Charakterystyki tranzystora bipolarnego.

Tranzystor bipolarny

5

2.4

Parametry charakteryzujące tranzystor

Korzystając z charakterystyk tranzystora, pracującego w układzie ze wspólnym emiterem, można

wyznaczyć cztery parametry charakteryzujące tranzystor:

1.

oporność wejściowa

ℎ =

=

2. przewodniość wejściowa

ℎ =

=

3. współczynnik wzmocnienia prądowego

ℎ =

=

4. współczynnik zwrotnego sprężenia napięciowego

ℎ =

=

2.5

Zastosowanie

(proszę uzupełnić)

3.

Spis przyrządów i elementów układu pomiarowego

1.

Zasilacz prądu stałego

2.

Potencjometr

3.

Płytka z wbudowanym tranzystorem

4.

Mikroamperomierz

5.

Miliwoltomierz (multimetr)

6.

Woltomierz (multimetr)

7.

Miliamperomierz

8.

Zasilacz regulowany

9.

Kable połączeniowe

Tranzystor bipolarny

6

Rys. 5 Fotografia układu pomiarowego.

4.

Schematy elektroniczne

Rys. 6 Schemat układu do pomiaru charakterystyk tranzystora bipolarnego typu p-n-p.

(plusy z zasilaczy idą do emitera)

Tranzystor bipolarny

7

5.

Instrukcja wykonania ćwiczenia

5.1

Wykonanie pomiarów

1.

W celu sporządzenia charakterystyk statycznych tranzystora zestawiamy układ pomiarowy
korzystając ze schematu elektronicznego przedstawionego na rysunku 6. Przed
sprawdzeniem przez prowadzącego nie wolno podłączyć układu do sieci elektrycznej!

2.

Rysujemy tabelę pomiarową według poniższego wzoru lub korzystamy bezpośrednio z
arkusza kalkulacyjnego.
Tabela 1

Nazwa tranzystora

Zadanie 1 - Pomiar charakterystyki wyjściowej
I

B

[uA]

L.p.

U

KE

[V]

I

K

[mA]

I

K

[mA]

I

K

[mA]

I

K

[mA]

1.

2

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Zadanie 2 - Pomiar napięciowego sprzężenia zwrotnego
I

B

[uA]

L.p.

U

KE

[V]

U

BE

[V]

U

BE

[V]

U

BE

[V]

U

BE

[V]

1.

2

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Zadanie 3 - Pomiar charakterystyki wejściowej
U

KE

[V]

Tranzystor bipolarny

8

L.p.

I

B

[uA]

U

BE

[V]

U

BE

[V]

U

BE

[V]

U

BE

[V]

1.

2

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

3.

Wyznaczamy zależność U

BE

=f(I

B

) przy U

KE

=0. Przy wyłączonym zasilaczu Z

2

dla różnych prądów

bazy wskazanych przez prowadzącego ćwiczenie (np.: 25, 50, 75 i 100μA) mierzymy
odpowiadające napięcie U

BE

. Wyniki zapisujemy w tabeli 1.

4.

Dla uprzednio ustalonych prądów bazy (np.: 25, 50, 75 i 100μA) mierzymy zależność
U

BE

=f(U

KE

) i I

K

=f(U

KE

). Ustawiamy prąd bazy na zadaną wartość a następnie dla ustalonych

przez prowadzącego wartości napięć U

KE

(np.: 1,5, 3,0, 4,5, 6,0, 7,5V) odczytujemy wartości

U

BE

i I

K

. Przed odczytem sprawdzamy wartości zadanych parametrów i w razie potrzeby

korygujemy je a następnie wyniki zapisujemy w tabeli 1 lub bezpośrednio w odpowiednim
arkuszu kalkulacyjnym.

5.2

Opracowanie wyników pomiarów

1.

Korzystając z wyników pomiarów rysujemy:
a.

Charakterystykę wejściową

b.

Charakterystykę wyjściową

c.

Charakterystykę napięciowego sprzężenia zwrotnego

2.

Na podstawie charakterystyki wejściowej sporządzamy charakterystykę wzmocnienia
prądowego. W tym celu dokonujemy przecięcia charakterystyki wejściowej prostymi
odpowiadającymi kilku ustalonym wartościom U

KE

(np.: 2, 4, 6V) i odczytujemy

odpowiadające tym wartościom wartości prądów I

B

i odpowiadających przecięciom wartości

prądów I

K

. Wyniki zapisujemy w tabeli 2 lub bezpośrednio w odpowiednim arkuszu

kalkulacyjnym i na ich podstawie rysujemy charakterystykę wzmocnienia prądowego.
Tabela 2

Zadanie 4 - Wyznaczenie charakterystyki przejściowej (wzmocnienia prądowego)

const U

KE

[V]

L.p.

I

B

[uA]

U

KE

[V]

U

KE

[V]

U

KE

[V]

U

KE

[V]

1.

2

3.

4.

Tranzystor bipolarny

9

5.

6.

7.

8.

9.

10.

3.

Korzystając ze sporządzonych wcześniej charakterystyk wyznaczamy parametry
charakteryzujące tranzystor Definicje parametrów znajdują się w rozdziale 2.4. Wyniki
zapisujemy w tabeli 3 lub odpowiednim arkuszu kalkulacyjnym.

Tabela 3

Wyznaczenie parametru h

11

const U

KE

[V]

∆

U

BE

[V]

∆

I

B

[A]

h

11

[

Ω

]

Wyznaczenie parametru h

22

const I

B

[A]

∆

I

K

[A]

∆

U

KE

[V]

h

22

[S]

Wyznaczenie parametru h

21

const U

KE

[V]

∆

I

K

[A]

∆

I

B

[A]

h

21

Wyznaczenie parametru h

12

const I

B

[A]

∆

U

BE

[V]

∆

U

KE

[V]

h

12

6.

Literatura

1.

Sztuka elektroniki, P. Horowitz.

2.

Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki część I, praca zbiorowa pod redakcją B. Oleś i M. Duraj.

3.

Laboratorium

podstaw

elektrotechniki,

elektroniki

i

miernictwa,

F.

Stażyk.

http://www.fizyka.pk.edu.pl/elektronika/cw1.pdf

4.

Podstawy elektroniki P. E. Gray, C. L. Searle