WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

WYDZIAŁ MECHATRONIKI

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI
grupa
lp.
1.
2.
3.
4.
5.
Temat: Wyznaczanie parametrów diod i tranzystorów

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania podstawowych rodzajów diod półprzewodnikowych i tranzystora bipolarnego. Wykorzystaliśmy moduł główny KL-21001 oraz moduł pomiarowy KL-23001, który posłużył do zapoznania się z diodą krzemową, germanową i Zenera, oraz moduł KL-23002 którego używaliśmy do pracy z tranzystorem. Efektem naszej pracy jest wykreślenie charakterystyk poszczególnych diod i tranzystora.

2. Pomiar charakterystyki – napięciowej diody krzemowej w kierunku przewodzenia

2.1. Wstęp teoretyczny

Dioda półprzewodnikowa krzemowa zbudowana jest ze złącza PN. Cechą charakterystyczną jest to że przy bardzo małych napięciach, prąd płynący bardzo mocno wzrasta. Taką diodę oznaczmy symbolem:

Cechą charakterystyczną jest również napięcie progowe, które wynosi około 0,7 V. Jeżeli przejście PN spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, to prąd w diodzie płynie od anody do katody. Zmiana polaryzacji powoduje przepływ niewielkiego prądu w kierunku przeciwnym, nazywanym kierunkiem zaporowym.

2.2. Schemat podłączenia w kierunku przewodzenia

2.3. Wyniki pomiarów

UF [V]	0,16	0,57	0,59	0,61	0,62	0,64	0,67
IF [mA]	0	0,51	0,87	1,19	1,7	2,4	4,2

2.4. Charakterystyka prądowo-napięciowa w kierunku przewodzenia

2.5. Schemat podłączenia w kierunku zaporowym

2.6. Wyniki pomiarów

UR [V]	0,55	0,64	0,69	0,76	0,83	0,97	1,35
IR [mA]	0	0	0	0	0	0	0

2.7. Charakterystyka prądowo – napięciowa w kierunku zaporowym

3. Pomiar charakterystyki – napięciowej diody germanowej w kierunku przewodzenia

3.1. Wstęp teoretyczny

Dioda półprzewodnikowa germanowa zbudowana jest ze złącza PN. Diody germanowe posiadają gorsze właściwości przy polaryzacji w kierunku zaporowym. Przy małych napięciach w kierunku przewodzenia przez diody płynie prąd. W diodach germanowych, płynący prąd w kierunku wstecznym może być dużo większy niż prąd, który płynie w diodach krzemowych. Symbol diody jest taki sam jak przy diodzie krzemowej, zaś wartość napięcia progowego wynosi około 0,3 V.

3.2. Schemat podłączenia w kierunku przewodzenia

3.3. Wyniki pomiarów

UF [V]	0,55	0,58	0,6	0,62	0,64	0,65	0,66
IF [mA]	0,39	0,67	0,91	1,31	1,82	2,41	2,83

3.4. Charakterystyka prądowo-napięciowa w kierunku przewodzenia

3.5. Schemat podłączenia w kierunku zaporowym

3.6. Wyniki pomiarów

UR [V]	1,14	2,01	2,54	2,64	3,8	6,17	8,09
IR [mA]	0	0	0	0	0	0	0

3.7. Charakterystyka prądowo-napięciowa w kierunku zaporowym

4. Pomiar charakterystyki – napięciowej diody Zenera w kierunku

przewodzenia

4.1. Wstęp teoretyczny

Dioda Zenera jest diodą półprzewodnikowa, której głównym parametrem jest napięcie przebicia złącza PN. Po przekroczeniu napięcia przebicia następuje nagły wzrost prądu. W kierunku przewodzenia zachowuje się jak normalna dioda, natomiast przy polaryzacji zaporowej może przewodzić prąd po przekroczeniu określonego napięcia na złączu, zwanego napięciem przebicia. Symbol diody Zenera:

4.2. Schemat podłączenia w kierunku przewodzenia

4.3. Wyniki pomiarów

UF [V]	0,61	0,69	0,72	0,73	0,74	0,76	0,78
IF [mA]	0,04	0,17	0,49	0,85	1,25	2,47	5,29

4.4. Charakterystyka prądowo-napięciowa w kierunku przewodzenia

4.5. Schemat podłączenia w kierunku zaporowym

4.6. Wyniki pomiarów

UR [V]	1,44	2,75	3,57	4,31	5,4	6,21	7,98
IR [mA]	0	0	0	0	0	0	0,86

4.7. Charakterystyka prądowo-napięciowa w kierunku zaporowym

5. Pomiar natężenia prądu w tranzystorze bipolarnym pnp

5.1. Wstęp teoretyczny

Tranzystor bipolarnym zwany też warstwowym, jest kombinacją dwóch półprzewodnikowych złączy p-n. Procesy zachodzące w jednym złączu oddziałują na drugie, a nośnikami ładunku elektrycznego są dziury i elektrony. Wykonywane najczęściej z krzemu, rzadziej z germanu. Składa się z trzech obszarów o przeciwnym typie przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złączy: p-n i n-p. W tranzystorze bipolarnym poszczególne obszary półprzewodnika mają swoją nazwę: B – baza, E – emiter, C – kolektor. Zależnie od doprowadzenia i wyprowadzenia sygnału rozróżniamy trzy sposoby włączenia tranzystora do układu:

• układ ze wspólnym emiterem OE ,

• układ ze wspólną bazą OB ,

• układ za wspólnym kolektorem OC .

Wybór układu pracy tranzystora jest zależny od przeznaczenia i rodzaju zastosowanego tranzystora. Przy produkcji tranzystorów dąży się do osiągnięcia jak największej wartości iloczynu wydzielanej mocy i maksymalnej częstotliwości generacji.

5.2. Schemat podłączenia układu do pomiary I_B, I_C, I_E

5.3. Wyniki pomiarów

IC	IB	IE	β
3 [mA]	0,02 [mA]	3,07 [mA]	150
ICsat=12,1 [mA]	0,22 [mA]	12,4 [mA]	55

5.4. Obliczam współczynnik wzmocnienia prądowego β

$$\beta = \frac{I_{C}}{I_{B}} = \frac{3*10^{- 3}\lbrack A\rbrack}{0,02*10^{- 3}\lbrack A\rbrack} = 150$$

$$\beta = \frac{I_{\text{Csat}}}{I_{B}} = \frac{12,1*10^{- 3}\lbrack A\rbrack}{0,22*10^{- 3}\lbrack A\rbrack} = 55$$

5.6. Schemat podłączenia układu do pomiary I_B, I_C, I_E

5.7. Wyniki pomiarów

IC	IB	IE	β
3 [mA]	0,02 [mA]	3,02 [mA]	150
ICsat=12,22 [mA]	0,24 [mA]	12,41 [mA]	50,91

5.8. Obliczam współczynnik wzmocnienia prądowego β

$$\beta = \frac{I_{C}}{I_{B}} = \frac{3*10^{- 3}\lbrack A\rbrack}{0,02*10^{- 3}\lbrack A\rbrack} = 150$$

$$\beta = \frac{I_{\text{Csat}}}{I_{B}} = \frac{12,22*10^{- 3}\lbrack A\rbrack}{0,24*10^{- 3}\lbrack A\rbrack} = 50,91$$

6. Pomiar charakterystyki I_C=f(U_CE)

6.1. Wstęp teoretyczny

W każdym układzie pracy tranzystora, OE, OB i OC, można wyznaczyć dla niego cztery rodziny charakterystyk statycznych, określające zależności pomiędzy wartościami ustalonymi prądów i napięć występujących na wejściu i wyjściu odpowiedniego czwórnika. Są to:

• Charakterystyki wejściowe U_we(I_we) dla U_wy = const.

• Charakterystyki przejściowe U_wy(I_we) dla U_wy = const.

• Charakterystyki oddziaływania wstecznego U_we(I_we) dla U_we = const.

• Charakterystyki wyjściowe Iwy(U_wy) dla I_we = const.

Z pośród tych charakterystyk największe znaczenie praktyczne ma charakterystyka wyjściowa. Jest ona wykorzystywana do definiowania obszarów pracy tranzystora. Dzięki wyznaczeniu tego obszaru przyrząd może pracować bez ryzyka przebicia lub uszkodzenia w wyniku samonagrzewania.

6.2. Schemat podłączenia układu do pomiary charakterystyki I_C=f(U_CE)

IB=0μA
UCE [V]	0,1	0,3	0,5	0,7	1	2	3	5
IC [mA]	0	0	0	0	0	0	0	0
IB=10μA
UCE [V]	0,1	0,3	0,5	0,7	1	2	3	5
IC [mA]	0,88	1,52	1,53	1,53	1,53	1,53	1,55	1,56
IB=20μA
UCE [V]	0,1	0,3	0,5	0,7	1	2	3	5
IC [mA]	1,52	3,13	3,13	3,14	3,15	3,17	3,19	3,22
IB=30μA
UCE [V]	0,1	0,3	0,5	0,7	1	2	3	5
IC [mA]	1.97	4,62	4,64	4,65	4,66	4,7	4,74	4,8
IB=40μA
UCE [V]	0,1	0,3	0,5	0,7	1	2	3	5
IC [mA]	3,51	6,24	6,29	6,31	6,32	6,38	6,44	6,52
IB=50μA
UCE [V]	0,1	0,3	0,5	0,7	1	2	3	5
IC [mA]	3,29	7,7	7,8	7,82	7,85	7,92	8	8,13
IB=60μA
UCE [V]	0,1	0,3	0,5	0,7	1	2	3	5
IC [mA]	4,11	9,08	9,25	9,29	9,43	9,53	9,62	9,83

6.3. Wyniki pomiarów:

6.4. Charakterystyka I_C=f(U_CE)

7. Wnioski:

Otrzymane pomiary wykazują duża zgodność wartości teoretycznych z wynikamy otrzymanymi podczas ćwiczenia. Diody prostownicze przy niewielkim napięciu w kierunku przewodzenia dla diody krzemowej ok. 0,7 V i dla diody germanowej 0,3 V przewodzą prąd rzędu kilku mA. Natomiast w kierunku zaporowym prądy nie płyną lub lub są rzędu kilku μA co również potwierdza teoria. Podczas ćwiczenia potwierdziliśmy właściwości diody Zenera. W kierunku przewodzenia zachowuje się ona jak zwykła dioda, natomiast w kierunku zaporowym płynie znikomy prąd wsteczny. Prąd zwiększa się gwałtownie w momencie przebicia diody. Następnym elementem ćwiczenia był pomiar natężenia prądu w tranzystorze bipolarnym pnp oraz określenie współczynnika wzmocnienia prądowego β, który dla tranzystora Q1 wyniósł 150 jak również dla tranzystora Q2 wyniósł 150. Ostatnim elementem ćwiczenia był pomiar charakterystyki I_C=f(U_CE) tranzystora. Na podstawie pomiarów utworzyliśmy rodzinę charakterystyk, które dobrze odzwierciedlają badane zależności.