Tomasz Jarmuszewski data: 16.11.1999r.

Instytut Fizyki Teoretycznej

Wydział: FIZYKA KOMPUTEROWA

29

Charakterystyka przejściowa tranzystora

Prowadzący: dr Jerieąąąccccc

1. Wstęp teoretyczny

Tranzystor to urządzenie, które pozwala sterować prądem elektrycznym. Możemy sterować prąd o dużym natężeniu używając do tego celu prądu o bardzo małym natężeniu. Tranzystor bipolarny (npn i pmp) jest elementem półprzewodnikowym wykorzystującym dwa rodzaje nośników w procesie transportu przez tranzystor.

Aby wyjaśnić dokładniej zasadę działanie tranzystora bipolarnego należy się odwołać do pasmowego modelu ciała stałego. Teoria ciała stałego zakłada, że energia elektronów wchodzących w skład ciała stałego nie jest dowolna, należy natomiast do ściśle określonych zakresów, czyli dozwolonych pasm energetycznych. Model ciała stałego, którym się posługuję opira się na kilku założeniach:

1. Ciało stałe stanowi kryształ idealny

2. Położenie atomów w sieci krystalicznej jest niezmienne, a ruchy tych atomów traktujemy jako niewielkie drgania

3. Ruch olbrzymiej liczby cząstek (atomów i elektronów) ii ich wzajemne oddziaływanie jest równoważne ruchowi jednej cząstki w uśrednionemu polu wszystkich pozostałych

Wszelki zakłócenia (domieszki lub defekty) powodują powstanie dodatkowych dozwolonych poziomów energetycznych.

Model EBERSA - MOLLA:

Jest to bardziej dokładny model tranzystora (wzmacniacza transkondukcyjnego), gdzie model transkondukcyjny zakłada, że prąc kolektora zależy bezpośrednio od napięcia jakie się odłoży pomiędzy bazą i emiterem.

W modelu Ebersa - Molla opieramy się o zależność prądu kolektora od napięcia pomiędzy bazą, a emiterem

J_s - prąd wsteczny nasycenia charakterystyczny dla danego egzemplarza

Powyższe równanie nazywamy równaniem Ebersa - Molla

Schematy układów

1. Pomiary dokonuję montując zamieszczony poniżej układ, dzięki któremu będę mógł wyznaczyć charakterystykę przełączania tranzystora

2. Pomiary dokonuję montując zamieszczony poniżej układ, dzięki któremu będę mógł wyznaczyć charakterystykę przełączania tranzystora impulsem prostokątnym

2. Pomiary

1. Wyznaczanie charakterystyki przełączania tranzystora:

Tabela charakterystyki napięciowej

R	UE [V]	UCE [V]
0,05	0,68	0,09
0,1	0,67	0,13
0,5	0,64	10,03
1	0,62	12,6
1,5	0,61	13,46
2	0,6	13,92
2,5	0,6	14,17
3,5	0,59	14,47
4	0,58	14,58
4,5	0,58	14,64
5,5	0,57	14,74
6,5	0,57	14,81
7,5	0,56	14,86
8,5	0,56	14,9
9,5	0,55	14,94
10	0,55	14,96

2. Badanie przełączania tranzystora impulsem prostokątnym:

1. Wejście kanału A oscyloskopu podłączone do punktu 1, wejście B podłączone do punktu 2

Otrzymany oscylogram

2. 
   Wejście kanału A oscyloskopu podłączone do punktu 1, wejście B podłączone do punktu 3

Otrzymany oscylogram

3. Wejście kanału A oscyloskopu podłączone do punktu 2, wejście B podłączone do punktu 3

Otrzymany oscylogram

3. Opracowanie wyników

4. Ocena błędów

Błąd jaki jest popełniamy w tym doświadczeniu wynika głównie z nie-

dokładności pomiaru woltomierzem U₁ i tak dla zakresu 1 V popełniamy błąd, który obliczmy z wzoru:

; gdzie

zatem:

z = 1V;

k = 0,5;

i = 100;

z tego wynika, że błąd wynosi:

Błąd jaki jest popełniamy mierząc woltomierzem U₂ dla zakresu 15 V obliczmy z wzoru:

; gdzie

zatem:

z = 15V;

k = 0,5;

i = 100;

z tego wynika, że błąd wynosi:

Błąd wynika jeszcze z dokładności odczytywania wartości na woltomierzach, należy tu uwzględnić zjawisko paralaksy.

Na błąd wpływ ma również dodatkowy opór jaki stawiały przewody łączące układ z przyrządem pomiarowym, jak również przewody łączące poszczególne części układu.

5. Wnioski

Obserwując zachowanie krzywej na wykresie widzimy, że przy wzroście napięcia bazy napięcie kolektora maleje liniowo. Tranzystor zaczyna przełączać dopiero dla napięć rzędu 0,6 V w granicy obliczonego powyżej błędu.

Aby zrozumieć dlaczego w otrzymanych przebiegach czas opóźnienia włączania i wyłączania niezbędne jest zrozumienie wewnętrznej budowy tranzystora i ograniczeń jakie się z tym wiążą.

Opóźnienie to wynika z szybkości dyfuzji nośników w bazie - jest to bezpośrednią przyczyną opóźnienia fazowego jakie obserwujemy. Opóźnienia to jest bardziej widoczne w tranzystorach typu npn(kiedyś stosowanych), od czasu gdy firma Sony wprowadziła na rynek tranzystory typu pnp zwiększyło to znacznie możliwości przenoszenia częstotliwości przez tranzystor, przez co przesunięcie fazowe się zmniejszyło. W tranzystorach typu pnp szybkość dyfuzji nośników jest znacznie większa niż w npn. W tranzystorach pasmo przenoszenia przesunęło się w stronę górnych częstotliwości.

Można jeszcze inaczej popatrzeć na to zagadnienie, a mianowicie można traktować układ jako filtr RC, czyli układ o określonej pojemności - czyli taki układ jest filtrem dolnoprzepustowym. Zwiększając ruchliwość nośników w tranzystorze zmniejszamy pojemność E-B(emiter - baza) i B-C(baza - colector), przez co zmniejsz się stała czasowa
i filtr przepuszcza również wyższe częstotliwości, czyli zwiększ się pasmo przenoszenia takiego układu.

1

4

z - zakres

k - klasa przyrządu

i - ilość przedziałek

GENERATOR

Impulsów prostokątnych

z - zakres

k - klasa przyrządu

i - ilość przedziałek

---