I INF	Kamil Pieczara	20.04.2015
Ćwiczenie nr 22	Wyznaczanie statycznej charakterystyki tranzystora	Ocena:

Uwagi:

Wstęp teoretyczny

Tranzystor („transfer resistor”- element transformujący rezystancję) to kombinacja dwóch położonych blisko siebie złącz p-n w jednym krysztale półprzewodnikowym. Jest następcą lampy elektronowej (triody). Dzięki swej miniaturowej budowie i doskonałym parametrom, stał się podstawowym elementem elektronicznym przy konstrukcji wszelkiego rodzaju układów scalonych w tym także procesorów. Materiałami wyjściowymi przy produkcji tranzystorów bywają najczęściej krzem i german. Ze względu na niską energię aktywacji złącz germanowych , stosuje się je przy produkcji elementów zasilanych niskimi napięciami, rzędu 1,5 Volta ( krzemowe struktury wymagają zasilania około 5 V).

Ze względu na zastosowaną różną technologię produkcji wyróżnić można dwie zasadnicze grupy tranzystorów:
a) bipolarne (obciążające źródło sygnału, sterowane prądem) wśród nich wyróżniamy tranzystory typu p-n-p oraz n-p-n.
b) polowe (sterowane napięciowo) tutaj wyróżniamy tranzystory FET, JFET oraz MOSFET typ n i p.

W tym rozróżniamy dwa rodzaje tranzystorów warstwowych: tranzystor typu p-n-p
i tranzystor typu n-p-n. Różnią się one kolejnością występowania obszarów o różnym typie przewodnictwa. Obszar (E), zwany emiterem emituje nośniki ładunku , a obszar (C) ,zwany kolektorem zbiera nośniki ładunku. Miedzy emiterem i kolektorem znajduje się cienka warstwa półprzewodnika o przeciwnym typie przewodnictwa zwana baza (B).

W praktyce najczęściej stosuje się trzy sposoby połączenia tranzystora:

a) wzmacniacz napięciowy ( konfiguracja WB- wspólna baza),

b) wzmacniacz napięciowo prądowy ( konfiguracja WE- wspólny emiter),

c) wzmacniacz prądowy ( konfiguracja WC- wspólny kolektor).

Ze względu na duże wzmocnienie prądowe KI i napięciowe KU , z pośród wymienionych konfiguracji najczęstsze zastosowanie w wielu urządzeniach elektronicznych ma układ
o wspólnym emiterze WE.Celem ćwiczenia było dokonanie pomiaru statycznych charakterystyk tranzystora bipolarnego i wyznaczenie kilku jego podstawowych parametrów.

Charakterystyki statyczne tranzystora n-p-n w układzie wspólnego emitera:

Układ do pomiaru charakterystyk statycznych tranzystora w układnie o wspólnym emiterze.

Wykresy chrakterystyki statycznej tranzystora

Wyjściowa (zależność przy stałej wartości prądu bazy

Wyjściowa (zależność przy stałej wartości prądu bazy

Wyjściowa (zależność przy stałej wartości prądu bazy

Wyjściowa (zależność przy stałej wartości prądu bazy

Wyjściowa (zależność przy stałej wartości prądu bazy

Wyjściowa (zależność przy stałej wartości prądu bazy

Obliczenia

Współczynnik wzmocnienia prądu β dla układu WE

przy U_C = const.

gdzie:

zmiana prądu kolektora

zmiana prądu bazy

Dla U_CE = 15V

Dla U_CE = 20V

Rezystancja wejściowa

R_BE = r_we U_{CE = const.}

r_we1 = =116,56 Ω U_CE = 5V- const.

r_we2 = = 114,46 Ω U_CE = 10V- const.

Rezystancja wyjściowa

R_CE = r_wy I_{B = const.}

r_wy = = 624,35Ω I_B = 1mA - const.

r_wy = = 201,42Ω I_B = 2mA - const.

Określanie niepewności

Przyjęte niepewności:

u( )=

u( =

u( )=

= 0,26 Ω

u( )= =

= =0,25 Ω

Wynki:

=

=

r_we1 = 116,56 Ω 0,26 Ω U_CE = 5V- const.

r_we2 =114,46 Ω 0,26 Ω U_CE = 10V- const.

r_wy1 = 624,35Ω 0,25 Ω I_B = 1mA - const.

r_wy2 =201,42Ω 0,25 Ω I_B = 2mA - const.

Wyniki te wynikają z niedokładności mierników i są „poprawką ±” do wszystkich uzyskanych wartości pomiarowych.

Wnioski

W ćwiczeniu tym badaliśmy w dowolnym układzie pracy charakterystyczne prądy przepływające przez tranzystor i napięcia panujące na jego zaciskach.

Z zależności Ic = f(U_CE), przy I_B – const. w przedziale napięć od 0,0 do 20 dla wartości napięcia U_CE w przedziale od 0,1 do 20,0V przyrost natężenia prądu I_C jest stosunkowo duży. Z pomiarów dla różnych, ustalonych wartości I_B (1mA i 2mA) widać, że wartość natężenia prądu kolektora I_C jest zależna od natężenia prądu bazy I_B.

Zależność I_C = f (I_B) przy ustalonej wartości U_CE ( U_CE = const.) jest liniowa. Przyjmując różną wartość napięcia U_CE (15 V, 20 V) powodujemy małą zmianę nachylenia prostej charakteryzującej tą zależność.

Z przeprowadzonych wyliczeń i wykreślonych charakterystyk statycznych możemy także stwierdzić:

- charakterystyka wejściowa w układzie WE przedstawia zależność prądu bazy I_B od napięcia U_BE przy stałym napięciu kolektora U_CE , jest to więc typowa charakterystyka złącza p-n spolaryzowanego w kierunku przewodzenia;

- uzyskujemy wzmocnienie prądu i napięcia oraz wyznaczamy współczynniki tego wzmocnienia β i α;

Możemy wnioskować, że badany przez nas układ to trioda półprzewodnikowa czyli tranzystor.

Podczas wykonywania ćwiczenia można zauważyć, że tranzystor umożliwia sterowanie przepływem dużego prądu, za pomocą prądu znacznie mniejszego. Zatem w tranzystorach bipolarnych prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowany prądowo).