Politechnika Białostocka

Wydział Elektryczny

Katedra Automatyki i Elektroniki

Instrukcja

do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu:

ELEKTRONIKA ENS1C300 022

BADANIE TRANZYSTORÓW

BIAŁYSTOK 2013

1.

CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

Celem

ć

wiczenia

laboratoryjnego

jest

poznanie

podstawowych

parametrów

i charakterystyk prądowo-napięciowych tranzystorów oraz nabycie umiejętności ich

poprawnego wyznaczania.

Zakres ćwiczenia obejmuje badanie:

-

tranzystorów bipolarnych (npn, pnp, Darlingtona);

-

tranzystorów unipolarnych (złączowych – JFET, z izolowaną bramką – MOSFET;

z kanałem typu n lub p),

-

tranzystorów z węglika krzemu (Sic).

Szczegółowy zakres ćwiczenia ustala prowadzący.

2.

METODYKA BADAŃ

2.1 Badanie tranzystorów

2.2.1 Wyznaczanie charakterystyk statycznych diod metodą "punkt po punkcie".

Najprostszą metodą wyznaczania charakterystyk statycznych jest metoda “punkt po punkcie".

Metoda ta jest czasochłonna i nie pozwala na wyznaczanie charakterystyk statycznych w

dużym zakresie prądów i napięć, ponieważ element się nagrzewa i otrzymywane

charakterystyki są nie tylko funkcją jej właściwości elektrycznych, ale również temperatury.

Pomiar powinien być więc wykonany możliwie szybko i przy wartościach prądów i napięć

znacznie niższych od dopuszczalnych. Zaletą metody jest stosunkowo duża dokładność, która

przy zastosowaniu przyrządów wysokiej klasy oraz wyznaczaniu charakterystyk w małym

zakresie prądów i napięć może dochodzić do ± 0,5%.

Jeżeli tranzystor potraktujemy jako czwórnik (rys.3), to możemy zdefiniować cztery rodzaje

Rys.3. Prądy i napięcia w czwórniku

charakterystyk statycznych:

−

wejściowe:

I

1

= f(U

1

)

U

2

– parametr

−

wyjściowe:

I

2

= f(U

2

)

I

1

– parametr

−

przejściowe:

I

2

= f(I

1

)

U

2

– parametr

−

zwrotne:

U

1

= f(U

2

)

I

1

– parametr

U

1

I

1

I

2

U

2

W zależności od sposobu włączenia tranzystora (wspólny emiter, wspólna baza, wspólny

kolektor – dla tranzystorów bipolarnych lub wspólne źródło, wspólna bramka, wspólny dren –

dla tranzystorów unipolarnych) otrzymamy różne rodziny charakterystyk statycznych.

Przykładowo, dla tranzystora bipolarnego w układzie wspólnego emitera, przytoczone wyżej

zależności przyjmują postać:

−

wejściowe:

I

B

= f(U

BE

)

U

CE

- parametr

−

wyjściowe:

I

C

= f(U

CE

)

I

B

- parametr

−

przejściowe:

I

C

= f(I

B

)

U

CE

- parametr

−

zwrotne:

U

BE

= f(U

CE

)

I

B

- parametr

Na rysunkach 4 i 5 przedstawione są schematy układów pomiarowych do zdejmowania

charakterystyk statycznych metodą „punkt po punkcie” dla tranzystora bipolarnego npn

(wspólny emiter) i unipolarnego złączowego z kanałem typu n (wspólne źródło). Schematy

pomiarowe dla innych rodzajów tranzystorów (pnp, kanał typu p) i innych sposobów

włączenia tranzystora należy przygotować samodzielnie.

Rys.4 Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych tranzystorów bipolarnych

metodą "punkt po punkcie" w układzie wspólnego emitera

Rys.5 Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk przejściowych i wyjściowych

tranzystora JFET z kanałem typu n

2.2.2. Wyznaczanie charakterystyk statycznych tranzystorów metodą oscyloskopową.

W oparciu o punkty 2.1.2 i 2.2.1 zaproponować schemat układu pomiarowego do

wyznaczania charakterystyk statycznych tranzystora metodą oscyloskopową.

(Podpowiedź: przypomnieć, jaka jest zależność pomiędzy prądami kolektora i emitera w stanie aktywnym).

R

C

R

B

mA

mA

V

V

+

_

+

_

Zasilacz

Zasilacz

R

D

R

G

mA

V

V

_

+

+

_

Zasilacz

Zasilacz

3.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Uwaga! Szczegółowy zakres ćwiczenia (t.j. konkretne typy badanych elementów

półprzewodnikowych oraz rodzaje charakterystyk i sposoby ich wyznaczania) podaje

prowadzący na początku ćwiczenia.

a)

zapoznać się z kartami katalogowymi badanych przyrządów półprzewodnikowych

(dostępne w laboratorium lub na stronach internetowych);

b)

zanotować najważniejsze parametry dopuszczalne i charakterystyczne badanych

elementów;

c)

zmontować odpowiednie układy pomiarowe;

d)

wyznaczyć metodą „punkt po punkcie” wybrane rodziny charakterystyk statycznych

wybranych tranzystorów;

e)

wyznaczyć charakterystyki statyczne tranzystorów metodą oscyloskopową;

f)

wyznaczyć parametry hybrydowe tranzystora bipolarnego przy pomocy miernika

parametrów; określić wpływ punktu pracy tranzystora na wyniki pomiarów;

4.

OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW

Sprawozdanie powinno zawierać schematy układów pomiarowych i wyniki pomiarów.

Wyniki pomiarów należy przedstawić w postaci tablic i wykresów.

W zależności od zakresu wykonanych badań należy:

−

na podstawie otrzymanych charakterystyk statycznych wyznaczyć współczynniki

wzmocnienia prądowego (statyczny i dynamiczny) tranzystora bipolarnego w kilku

wybranych punktach pracy;

−

wyznaczyć moc wydzielaną w tranzystorze w zależności od punktu pracy (np. w funkcji

prądu bazy);

−

wyznaczyć napięcie odcięcia kanału lub napięcie progowe oraz prąd nasycenia drenu

tranzystora unipolarnego;

−

określić transkonduktancję tranzystora unipolarnego w kilku wybranych punktach pracy;

−

na podstawie charakterystyk wyjściowych (I

D

= f(U

DS

)) wyznaczyć rezystancję włączenia

R

DSon

i rezystancję wyłączenia R

DSoff

tranzystora polowego;

−

wyznaczyć podstawowe parametry tranzystora SiC.

5.

WYMAGANIA BHP

Warunkiem przystąpienia do praktycznej realizacji ćwiczenia jest zapoznanie się z

instrukcją BHP, obowiązującą w laboratorium, oraz przestrzeganie zasad w niej zawartych.

6.

LITERATURA

[1] Kołodziejski J., Spiralski L., Stolarski E. Pomiary przyrządów półprzewodnikowych,

WKiŁ, Warszawa, 1990.

[2]

Marciniak W. Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone, WNT, 1984

[3]

Tietze U., Schenk Ch. Układy półprzewodnikowe, WNT, 2009.