2.01.2011

ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE

LABORATORIUM

ĆW.6

WŁAŚCIWOŚCI MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

Wykonali:

Piotr Iwanowski

Dawid Budnarowski

1. Wykreślenie w skali logarytmiczno-liniowej zależności modułu współczynnika h_21e od częstotliwości. Zaznaczenie częstotliwości f_β Obliczenie częstotliwości f_T oraz czasu przelotu nośników mniejszościowych przez bazę tranzystora.

W szerokim zakresie częstotliwości przebieg wyznaczony z pomiarów zgadza z oczekiwanym. Wartość zwarciowego współczynnika wzmocnienia prądowego stała i równa 313 do częstotliwości około 30kHz, później zaczyna opada.

f_β jest to częstotliwość, w której współczynnik h_21e maleje √2-krotnie w stosunku do h_21e w punkcie o częstotliwości 1kHz.

h_21e dla częstotliwości 1kHz:

h_21e=$\frac{0,65V}{0,81V}$·$\frac{3900\mathrm{\Omega}}{10\mathrm{\Omega}}$=0,8·390≈313

f_β$\ \frac{h21e}{\sqrt{}2}$=$\frac{313}{\sqrt{}2}$≈221

f_β≈90 (odczytane z wykresu)

Obliczenie częstotliwości f_T w zakresie opadania charakterystyki| h_21e (f) |.

f_T=|h_21e (f_p) |· f_p

f_p – częstotliwość pomiarowa z zakresu f_T>f_p>> f_β

Częstotliwość f_T obliczamy w punkcie:

|h_21e|=83,9

f_p=300kHz

f_T= 83,9·300[kHz]≈25,2[MHz]

Obliczenie czasu przelotu nośników mniejszościowych przez bazę tranzystora przy wykorzystaniu parametru f_T:

t_tN=$\frac{1}{2\ \bullet \ \pi\ \bullet \ f_{T}}$

t_tN=$\frac{1}{2 \bullet 3,14 \bullet 25,2\lbrack Mhz\rbrack}$≈6[ns]

1. Obliczenie wartości rezystancji wejściowej r_be.

Wyznaczenie modułu współczynnika |h_21e|:

|h_21e| =$\frac{U_{\text{ce}}}{U_{g}}$ · $\frac{R_{3}}{R_{1}}$

Dla jednego wybranego pomiaru:

U_ce = 0,65 [V]

U_g = 0,81 [V]

R₁ = 10 [Ω]

R₃ = 3,9 [kΩ]

h_21e=$\frac{0,65V}{0,81V}$ · $\frac{3900\mathrm{\Omega}}{10\mathrm{\Omega}}$=0,8·390≈313

Wyznaczenie modułu współczynnika |h_11e|:

|h_11e| =$\frac{U_{\text{be}}}{(U_{g} - U_{be)}}$·R₃

U_be =0,05 [V]

U_g = 0,8 [V]

R₃ = 3,9 [kΩ]

|h_11e| =$\frac{0,05V}{0,8V - 0,05V}$·3,9kΩ = 260[Ω]

Wyznaczanie wartości rezystancji wejściowej r_be:

r_be =$\frac{U_{T}}{I_{b}}$

U_T = 25,8 [mV]

I_b =$\frac{I_{c}}{\beta}$

I_C = 50 [mA]

r_be =$\frac{U_{T} \beta}{I_{c}}$

r_be =$\frac{25,8\lbrack mV\rbrack 313}{50\lbrack mA\rbrack} \approx \ 161,5\ \lbrack\mathrm{\Omega}\rbrack$

Wyznaczanie wartości rezystancji rozproszonej bazy r_b:

h_11e = r_be + r_b

r_b = h_11e - r_be

r_b = 260[Ω] – 161,5 [Ω] = 98,5 [Ω]

1. Obliczenie wartości konduktancji wyjściowej g_ce tranzystora:

g_ce =$\frac{U_{\text{ae}} - U_{\text{ce}}}{R_{1} U_{\text{ce}}}$

U_ae = 1,25 [V]

U_ce = 1 [V]

R₁ = 50 [Ω]

g_ce =$\frac{1,25V - 1V}{50\mathrm{\Omega} 1V}$=5mS

1. Obliczenie wartości pojemności C_bc oraz wartości pojemności emiterowej C_e:

Wartość pojemności złącze kolektorowego C_bc:

C_bc = C₁ ^. $\frac{U_{a}}{U_{b} - U_{a}}$

U_a = 0,05 [V]

U_b = 0,4 [V]

C₁ = 230 ^. 10^-9 [F]

C_bc = 230 ^. 10^-9 [F] ^. $\frac{0,05V}{0,4V - 0,05V}$≈ 33 [pF]

Wartość pojemności emitera C_e:

C_e =$\frac{1}{2 \pi f_{\beta} r_{\text{be}}}$-C_bc

f_β ≈ 221 [kHz]

r_be = 161,5 [Ω]

C_bc ≈ 33 [pF]

C_e =( $\frac{1}{2 3,14 221\lbrack\text{kHz}\rbrack 161,5\lbrack\mathrm{\Omega}\rbrack}$)-33[pF]=4,46·10^-9[F]-33·10^-12[F]≈4,4[nF]

1. Obliczenie wartości wzmocnienia napięciowego badanego układu wzmacniacza. Wyznaczenie wartości wzmocnienia napięciowego K_u i transkonduktancji g_m:

Dane:

U_CE = 5 [V]

I_c = 50 [mA]

f = 1 [kHz]

R₂ = 100 [Ω]

Wzmocnienie napięciowe na podstawie pomiarów odczytanych z oscyloskopu:

K_u=$\frac{U_{\text{wy}}}{U_{\text{we}}}$

U_wy=3,5V

U_we=0,04V

K_u=$\frac{3,5V}{0,04V} = 87,5$

Wartość wzmocnienia jest przybliżona i obarczona błędem wynikającym z niedokładnego odczytania wartości napięcia wejściowego i wyjściowego z oscyloskopu.

Wyznaczenie wartości transkonduktancji:

g_m=$\frac{I_{c}}{U_{T}}$

I_c=50[mA]

U_T=25,8 [mV]

g_m=$\frac{50\lbrack mA\rbrack}{25,8\lbrack mV\rbrack}$≈1,9 [S]

Wartość wzmocnienia napięciowego K_u przy wykorzystaniu wzoru:

K_u=$\frac{U_{\text{wy}}}{U_{\text{we}}}$=$\frac{{- g}_{\text{m\ }} \text{\ r}_{\text{be}}}{\left( r_{\text{be}} + r_{b} \right)\ \ (G2 + g_{\text{ce}})}$

G2=$\frac{1}{R_{2}}$=$\frac{1}{100\lbrack\mathrm{\Omega}\rbrack}$=0,01[S]

K_u=$\frac{- 1,9\left\lbrack S \right\rbrack\ 161,5\lbrack\mathrm{\Omega}\rbrack}{\left( 161,5\left\lbrack \mathrm{\Omega} \right\rbrack + 98,5\left\lbrack \mathrm{\Omega} \right\rbrack \right)\ \ (0,01\left\lbrack S \right\rbrack + 5\lbrack mS\rbrack}$≈-80

Przeciwny znak wzmocnienia świadczy o zmianie fazy napięcia przez wzmacniacz. Wartość uzyskana obliczeniowo jest zbliżona do pomierzonej co świadczy o poprawności wykonania ćwiczenia.