Politechnika Lubelska	Laboratorium Podstaw Elektroniki
w Lublinie	Ćwiczenie: 1
Sztembis Paweł Woliński Marcin Żurek Marcin	Semestr: IV	Grupa: ED 4.3	Rok akademicki: 1999/00
Badanie charakterystyk tranzystora		Data wykonania: 20.02.2000.	Ocena:

1.Wprowadzenie.

Celem ćwiczenia jest wyznaczanie charakterystyk statycznych tranzystora p-n-p w układzie WB i WE. Następnie określenie z otrzymanych charakterystyk mieszanych parametrów przyrostowych.

Badany jest tranzystor BC211 jest przeznaczony do pracy w układach małej mocy i niskich częstotliwości.

2.1. Wyznaczanie charakterystyk statycznych tranzystora w układzie WB.

Układ pomiarowy zawiera następujące przyrządy:2 miliamperomierze ME, 2 woltomierze ME i zasilacze prądu stałego, regulowane.

a) Wyznaczanie charakterystyki wejściowej IE=f(UEB) dla UCB=const.

UCB przyjmuje odpowiednio wartości 5V,8V i 9,9V.

UCB=9,9V		UCB=8V		UCB=5V
UEB[V]	IE[mA]	UEB[V]	IE[mA]	UEB[V]	IE[mA]
0	0	0	0	0	0
0,52	2	0,46	2	0,5	2
0,55	4	0,5	4	0,54	4
0,59	10	0,54	6	0,56	6
0,62	18	0,57	10	0,58	10
0,66	30	0,61	20	0,62	20
0,68	40	0,65	30	0,65	30
0,72	60	0,68	40	0,68	40
0,76	80	0,70	50	0,73	60
0,81	100	0,74	70	0,78	80
		0,78	92	0,8	90
		0,80	100

Otrzymana charakterystyka wejściowa tranzystora.

W charakterystyce tej można wyróżnić napięcie progowe Włączenia U(TO), poniżej którego prąd bazy jest bardzo mały. Wartość napięcia progowego wynosi w naszym przypadku około 0,52V, a więc jest to normalna wartość dla tranzystorów krzemowych.

Krzywa ta jest w istocie charakterystyką diody utworzonej przez złącze emiter-baza. Z charakterystyki tej można wyznaczyć rezystancję wejściową tranzystora:

b) Wyznaczanie charakterystyki przejściowej IC=f(IE) dla UCB=const.

UCB przyjmuje odpowiednio wartości 5V,8V i 9,9V.

UCB=9,9V		UCB=8V		UCB=5V
IC[mA]	IE[mA]	IC[mA]	IE[mA]	IC[mA]	IE[mA]
0	0	0	0	0	0
1,8	2	1,8	2	2	2
3,6	4	3,8	4	4	4
10	10	6	6	6	6
18	18	10	10	10	10
30	30	20	20	20	20
40	40	30	30	30	30
60	60	40	40	40	40
80	80	50	50	60	60
98	100	70	70	80	80
		90	92	90	90
		98	100

Otrzymana charakterystyka przejściowa (prądowa) tranzystora.

Charakterystyka IC=f(IE) jest, jak widać, linią prostą na całej swej długości, można więc przyjąć, że prąd kolektora jest proporcjonalny do prądu emitera. Tranzystor pracuje więc w tym zakresie w zasadzie bez zniekształceń.

c) Wyznaczanie charakterystyki wyjściowej IC=f(UCB) dla IE=const.

IE przyjmuje odpowiednio wartości 20mA,40mA i 60mA.

IE=20mA		IE=40mA		IE=60mA
IC[mA]	UCB[V]	IC[mA]	UCB[V]	IC[mA]	UCB[V]
20	0	40	0	60	0
20	1,1	40	1	60	1
20	2	40	2	60	2
20	3	40	3	60	3
20	5	40	4	60	4
20	7	40	5	60	5
20	8	40	6	60	6
20	9	40	7	60	7
		40	8	60	8
		40	9	60	9

Otrzymana charakterystyka wyjściowa tranzystora.

Łatwo zauważyć, że prąd kolektora osiąga natychmiast prawie całą swoją wartość. Jest to spowodowane zjawiskiem nasycenia, a więc powyżej pewnego napięcia UCB wszystkie nośniki ładunku elektrycznego , pobudzone biorą udział w tworzeniu prądu kolektora.

4. Wyznaczanie charakterystyki oddziaływania wstecznego UEB=f(UCB) dla IE=const. IE przyjmuje odpowiednio wartości 20mA,40mA i 60mA.

IE=20mA		IE=40mA		IE=60mA
UCB[V]	UEB[V]	UCB[V]	UEB[V]	UCB[V]	UEB[V]
0	0,63	0	0,69	0	0,73
1,1	0,63	1	0,69	1	0,74
2	0,63	2	0,69	2	0,74
3	0,63	3	0,68	3	0,73
5	0,63	4	0,68	4	0,73
7	0,62	5	0,68	5	0,72
8	0,62	6	0,67	6	0,72
9	0,61	7	0,67	7	0,71
		8	0,67	8	0,7
		9	0,66	9	0,69

Otrzymana charakterystyka oddziaływania wstecznego.

Na wykresie widać, że napięcie emiter-baza nieznacznie się zmienia podczas dużych przyrostów napięcia kolektor-baza.

2.2. Przyrostowe parametry mieszane.

Impedancja wejściowa:

Współczynnik sprzężenia zwrotnego:

Współczynnik wzmocnienia prądowego:

Admitancja wyjściowa:

Obliczenia:

ΔUEB=0,04V

ΔUCB=2V

ΔIE=20mA

ΔIC=19,9mA

Z układu czterech rodzin charakterystyk odczytujemy przyrosty prądów i napięć w tranzystorze. Jeżeli chodzi o dokładność to w metodzie przyrostów jest ona niewielka, a więc parametry obliczone w ten sposób odbiegają od innych sposobów ich wyznaczenia, głównie z powodu małych nachyleń charakterystyk.

Mimo tego metoda przyrostów jest jednak często stosowana w praktyce, zwłaszcza, gdy pomiarów nie musi być duża. Metodę tę wykorzystują między innymi liczne próbniki tranzystorów i mierniki parametrów tranzystorów.

3.1. Wyznaczanie charakterystyk statycznych tranzystorów w układzie WE.

Układ pomiarowy w układzie WE.

Przyrządy pomiarowe jak w układzie WB, z wyjątkiem jednego miliamperomierza, który zastąpiono mikroamperomierzem.

a) Wyznaczanie charakterystyki wejściowych IB=f(UBE) dla UCE=const.

UCE przyjmuje odpowiednio wartości 5V,8V i 9,9V.

UCE=9,9V		UCE=8V		UCE=5V
UBE[V]	IB[mA]	UBE[V]	IB[mA]	UBE[V]	IB[mA]
0	0	0	0	0	0
0,47	0,02	0,45	0,02	0,45	0,02
0,51	0,04	0,5	0,04	0,5	0,04
0,55	0,1	0,54	0,08	0,52	0,06
0,58	0,2	0,56	0,14	0,54	0,1
0,61	0,3	0,58	0,2	0,58	0,2
0,62	0,4	0,6	0,3	0,6	0,3
0,64	0,5	0,62	0,4	0,62	0,4
0,65	0,6	0,64	0,5	0,65	0,5
0,66	0,7	0,65	0,6	0,66	0,6
0,68	0,8	0,68	0,7	0,67	0,7
0,69	1	0,68	0,8	0,69	0,8
		0,7	1	0,72	1

W charakterystyce tej można wyróżnić napięcie progowe Włączenia U(TO), poniżej którego prąd bazy jest bardzo mały. Wartość napięcia progowego wynosi w naszym przypadku około 0,5V.

Krzywa ta jest w istocie charakterystyką diody utworzonej przez złącze emiter-baza. Z charakterystyki tej można wyznaczyć rezystancję wejściową tranzystora:

b) Wyznaczenie charakterystyk przejściowych IC=f(IB) dla UCE=const.

UCE przyjmuje odpowiednio wartości 5V,8V i 9,9V.

UCE=9,9V		UCE=8V		UCE=5V
IC[mA]	IB[mA]	IC[mA]	IB[mA]	IC[mA]	IB[mA]
0	0	0	0	0	0
0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
1	0,04	1	0,04	0,04	1,8
4	0,1	4	0,08	0,06	2,2
11	0,2	7	0,14	0,1	4
18	0,3	10	0,2	0,2	10
25	0,4	17	0,3	0,3	16
31	0,5	24	0,4	0,4	23
40	0,6	31	0,5	0,5	30
48	0,7	38	0,6	0,6	36
56	0,8	47	0,7	0,7	44
74	1	55	0,8	0,8	52
		72	1	1	66

Otrzymana charakterystyka przejściowa (prądowa) tranzystora.

Charakterystyka IC=f(IB) jest, jak widać, linią prostą na całej swej długości, można więc przyjąć, że prąd kolektora jest proporcjonalny do prądu bazy. Tranzystor pracuje więc w tym zakresie w zasadzie bez zniekształceń.

Podobnie jak w układzie WB.

c) Wyznaczanie charakterystyki wyjściowej IC=f(UCE) dla IB=const.

IB przyjmuje odpowiednio wartości 0,2mA, 0,4mA i 0,6mA.

IB=0,20mA		IB=0,40mA		IB=0,60mA
IC[mA]	UCE[V]	IC[mA]	UCE[V]	IC[mA]	UCE[V]
0	0,017	0	0,017	0	0,016
1	0,05	1	0,03	0	0,02
2	0,07	2	0,05	1	0,03
2,5	0,089	3,5	0,07	2	0,05
4	0,1	5,5	0,09	6	0,07
6	0,14	8	0,11	8	0,09
8	0,2	12,5	0,14	12	0,11
9	0,4	18	0,2	18	0,14
10	1	20	0,4	25	0,18
		21	1	32	0,3
		22	5	33	1
				34	5

Otrzymana charakterystyka wyjściowa tranzystora.

Łatwo zauważyć, że prąd kolektora osiąga natychmiast prawie całą swoją wartość. Jest to spowodowane zjawiskiem nasycenia, a więc powyżej pewnego napięcia UCB wszystkie nośniki ładunku elektrycznego , pobudzone biorą udział w tworzeniu prądu kolektora. Z charakterystyki można również wyznaczyć rezystancję wyjściową tranzystora:

d) Wyznaczanie charakterystyk oddziaływania wstecznego UBE=f(UCE) dla IB=const.

IE przyjmuje odpowiednio wartości 0,2mA, 0,4mA i 0,6mA.

IB=0,2mA		IB=0,4mA		IB=0,6mA
UCE[V]	UBE[V]	UCE[V]	UBE[V]	UCE[V]	UBE[V]
0,017	0,49	0,017	0,55	0,016	0,58
0,05	0,53	0,03	0,56	0,02	0,59
0,07	0,54	0,05	0,57	0,03	0,6
0,089	0,56	0,07	0,59	0,05	0,61
0,1	0,56	0,09	0,6	0,07	0,62
0,14	0,58	0,11	0,61	0,09	0,63
0,2	0,59	0,14	0,62	0,11	0,64
0,4	0,59	0,2	0,63	0,14	0,66
1	0,59	0,4	0,63	0,18	0,67
		1	0,64	0,3	0,67
		5	0,64	1	0,67
				5	0,67
							5

Otrzymana charakterystyka oddziaływania wstecznego.

Na wykresie widać, że napięcie baza-emiter nieznacznie się zmienia podczas dużych przyrostów napięcia kolektor-baza.

3.2. Przyrostowe parametry mieszane.

Impedancja wejściowa:

Współczynnik sprzężenia zwrotnego:

Współczynnik wzmocnienia prądowego:

Admitancja wyjściowa:

Obliczenia:

ΔUBE=0,025V

ΔUCE=10,925V

ΔIB=0,17mA

ΔIC=11,8mA

W obliczeniach zostały przyjęte pewne przybliżenia w związku z błędami odczytu z wykresów jak i też z mierników mającymi duży wpływ na dokładność pomiarów.

WNIOSKI

Na podstawie otrzymanych charakterystyk statycznych tranzystora w układzie WE i WB możemy wysnuć następujące różnice między nimi:

1. charakterystyki wejściowe:

• przede wszystkim łatwo zauważyć, że prądy wejściowe znacznie różnią się wartościami (prąd bazy w układzie WE jest znacznie mniejszy od prądu emitera w układzie WB )

• w układzie WE napięcie baza-emiter pojawia się przy zerowym prądzie bazy i pojawia się nagle, skokowo natomiast w układzie WB napięcie emiter-baza narasta powoli w pewnej proporcji do prądu emitera, aż do osiągnięcia wartości progowej. Wartości progowe napięć emiter-baza i baza-emiter są sobie w przybliżeniu równe.

2. charakterystyki przejściowe:

• dla układu WE bardzo mały prąd bazy jest liniowo proporcjonalny do prądu kolektora w związku możemy stwierdzić, że małym prądem bazy możemy sterować dużo większy prąd kolektora

• w układzie WE widać większe różnice między wykresami dla różnych wartości stałej napięcia kolektor-emiter.

3. charakterystyki wyjściowe:

• tutaj widać przede wszystkim różnice nachylenia obu rodzin charakterystyk do obu osi. Charakterystyka w układzie WB jest równoległa do osi napięcia kolektor-baza, a prąd kolektora wzrasta bardzo skokowo co świadczy o szybkim nasyceniu tranzystora

• w układzie WE pojawia się stosunkowo duży prąd kolektora dla bardzo małych prądów bazy

4. charakterystyki oddziaływania wstecznego:

• w układzie WE charakterystyka jest równoległa do napięcia kolektor-emiter

• w układzie WB napięcie emiter-baz nieznacznie zmniejsza się przy wzroście napięcia kolektor-baza,gdy w układzie WE napięcie baza-kolektor osiąga bardziej wartość stałą przy wzroście napięcia kolektor-emiter.

Układ WE daje duże wzmocnienie zarówno prądowe jak i napięciowe, a więc co za tym idzie duże wzmocnienie mocy. Napięcie wyjściowe w układzie WE jest odwrócone w fazie o 180 w stosunku do napięcia wejściowego. Rezystancja wejściowa WE jest rzędu kilkuset omów, a wyjściowa wynosi wynosi kilkadziesiąt kiloomów. Układ ten pobiera moc w obwodzie wejściowym. Odznacza się większym wzmocnieniem niż inne układy.

Układ WB charakteryzuje się dużym wzmocnieniem prądowym i dużym wzmocnieniem napięciowym.

Podsumowując układ WE posiada lepsze parametry i dlatego znajduje największe zastosowanie w praktyce.

---