LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Ćwiczenie - 2
Parametry i charakterystyki tranzystorów
Spis treści
1 Cel ćwiczenia 1
2 Podstawy teoretyczne 2
2.1 Tranzystor bipolarny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1.1 Charakterystyki statyczne tranzystora npn . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Tranzystor polowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Przebieg ćwiczenia 6
3.1 Wyznaczenie charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego . . . . . . . . 6
3.1.1 Charakterystyka wejściowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.1.2 Charakterystyka przejściowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1.3 Charakterystyka wyjściowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2 Wyznaczanie charakterystyk statycznych tranzystora polowego . . . . . . . . . . 9
3.2.1 Charakterystyka przejściowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2.2 Charakterystyka wyjściowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4 Sprawozdanie 11
5 Niezbędne wyposażenie 11
Protokół 12
Wyniki pomiarów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Charakterystyki tranzystora bipolarnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Charakterystyki tranzystora polowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1 Cel ćwiczenia
" Poznanie właściwości tranzystora bipolarnego i polowego.
1
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
2 Podstawy teoretyczne
2.1 Tranzystor bipolarny
Tranzystor jest elementem o trzech zaciskach: C - kolektor, B - baza i E - emiter. Tranzys-
tor bipolarny występuje w dwóch odmianach npn i pnp. Poniższe rozważania obowiązują dla
tranzystorów npn. Przy rozpatrywaniu tranzystorów pnp wszystkie napięcia i prądy zmieniają
znak.
C C
npn pnp
B B
E E
Rysunek 1: Symbol tranzystora npn i pnp
Dla tranzystora npn obowiązują następujące reguły:
" potencjał kolektora musi być większy od potencjału emitera,
" obwody baza-emiter i baza-kolektor zachowujÄ… siÄ™ jak diody, w warunkach normalnej pracy
złącze baza-emiter spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, a złącze baza-kolektor w
kierunku zaporowym,
C C
npn pnp
B B
E E
Rysunek 2: Interpretacja złącza baza-emiter i baza kolektor tranzystora npn i pnp
" każdy tranzystor charakteryzuje się wartościami maksymalnymi prądów i napięć ICmax,
IBmax, UCEmax, przekroczenie których prowadzi do uszkodzenia. Ograniczeniem również
jest moc strat na tranzystorze Pmax, temperatura złącza oraz napięcie UBEmax.
" jeśli spełnione są powyższe warunki prąd bazy steruje prądem kolektora i w przybliżeniu
prÄ…d kolektora jest proporcjonalny do prÄ…du bazy:
IC = ²IB = hF EIB,
gdzie ² lub hF E nazywamy wzmocnieniem prÄ…dowym, typowe tranzystory maÅ‚ej mocy majÄ…
wzmocnienie powyżej 100.
2
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Gdy prądu bazy IB w układzie na rysunku 3 równa się 0, to tranzystor jest w stanie zatka-
nia. Wówczas prąd kolektora nie płynie (IC = 0), napięcie UCE = U.
U = 10V
R = 1k&!
UR
IE = IC + IB
IC
² = 100
UCE
IB
IE
Rysunek 3
Gdy w ukÅ‚adzie na rysunku 3 prÄ…d bazy wzroÅ›nie do wartoÅ›ci IB = 10µA, wówczas:
- prÄ…d kolektora: IC = ²IB = 100 · 10 · 10-6 = 10-3A = 1mA,
- napiÄ™cie na rezystorze R: UR = ICR = 10-3 · 103 = 1V ,
- napięcie kolektor-emiter: UCE = U - UR = 10 - 1 = 9V .
Dla prÄ…du bazy IB = 50µA otrzymamy nastÄ™pujÄ…ce wartoÅ›ci:
- prÄ…d kolektora: IC = ²IB = 100 · 50 · 10-6 = 5 · 10-3A = 5mA,
- napiÄ™cie na rezystorze R: UR = ICR = 5 · 10-3 · 103 = 5V ,
- napięcie kolektor-emiter: UCE = U - UR = 10 - 5 = 5V .
Dla prÄ…du bazy IB = 90µA otrzymamy nastÄ™pujÄ…ce wartoÅ›ci:
- prÄ…d kolektora: IC = ²IB = 100 · 90 · 10-6 = 9 · 10-3A = 9mA,
- napiÄ™cie na rezystorze R: UR = ICR = 9 · 10-3 · 103 = 9V ,
- napięcie kolektor-emiter: UCE = U - UR = 10 - 9 = 1V .
PrzyjmujÄ…c prÄ…d IB = 100µA teoretycznie otrzymamy nastÄ™pujÄ…ce wartoÅ›ci: IC = 10mA,
UR = 10V i UCE = 0V . Tranzystor będzie w pełni otwarty. Praktycznie gdy tranzystor prze-
wodzi napięcie kolektor-emiter nie może osiągnąć wartości zerowej. Minimalna wartość napięcia
kolektor-emiter wynosi UCE sat H" 0, 2V . Zatem dla ukÅ‚adu z rysunku 3 gdy prÄ…d IB e" 10µA to
UR 9,8
UCE = UCE sat H" 0, 2V , UR = U - UCE = 10 - 0, 2 = 9, 8V i IC = IR = = = 9, 8mA.
R 103
Dalszy wzrost prądu bazy nie spowoduje wzrostu prądu kolektora, ponieważ maksymalny prąd
kolektora ograniczony jest przez rezystor R.
Stan w którym prąd kolektora jest proporcjonalny do prądu bazy nazywamy stanem akty-
wnym (prÄ…d kolektora jest ² razy wiÄ™kszy od prÄ…du bazy). W stanie aktywnym maÅ‚y prÄ…d
bazy steruje znacznie większym prądem kolektora.
Stan w którym prąd bazy jest na tyle duży, że obwód kolektora nie jest w stanie dostar-
czyć prÄ…du ² razy wiÄ™kszego od prÄ…du bazy nazywamy stanem nasycenia. Wartość napiÄ™cia
nasycenia (UCE sat) wynosi około 0, 2V , prąd kolektora ograniczony jest przez rezystor R.
Ponadto możemy wyróżnić również stan aktywny inwersyjny, w którym złącze baza-
emiter spolaryzowane jest w kierunku zaporowym a złącze baza-kolektor w kierunku prze-
wodzenia.
3
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Podsumowując tranzystor bipolarny może znaj-
dować się w jednym z czterech stanów:
C
IC
" stan zatkania (odcięcia) - złącze BE i BC
UBC
spolaryzowane sÄ… w kierunku zaporowym, tzn.
IB UBE d" 0, UBC < 0, IB = 0, IC = 0,
npn
UCE
B
" stan nasycenia - złącze BE i CB spolaryzowane
UBE
sÄ… w kierunku przewodzenia, tzn. UBE > 0,
IE
UBC > 0, IB = 0, IC = 0,

E
" stan aktywny - złącze BE spolaryzowane w
Rysunek 4: Oznaczenie kierunków
kierunku przewodzenia, złącze BC spolaryzowane
prądów i napięć tranzystora npn
zaporowo, tzn. UBE > 0, UBC < 0, IC = ²IB,
" stan aktywny inwersyjny - złącze BE spo-
laryzowane zaporowo, złącze BC spolaryzowane w
kierunku przewodzenia, tzn. UBE < 0, UBC > 0.
Wykorzystanie tranzystora bipolarnego w układach elektronicznych:
" stan aktywny - jest podstawowym stanem pracy tranzystora wykorzystywanym we wz-
macniaczach,
" stan nasycenia i odcięcia - stosowane są w technice impulsowej oraz układach cyfrowych,
" stan aktywny inwersyjny jest rzadko stosowany, ponieważ tranzystor charakteryzuje
się gorszymi parametrami niż w stanie aktywnym.
2.1.1 Charakterystyki statyczne tranzystora npn
Wyróżniamy następujące charakterystyki staty-
czne tranzystora bipolarnego:
" charakterystyka wejściowa -
IB = f(UBE) przy UCE = const,
" charakterystyka przejściowa -
IC = f(IB) przy UCE = const,
" charakterystyka wyjściowa -
IC = f(UCE) przy IB = const.
Rysunek 5: Charakterystyki wyjściowe tranzys-
tora BC546
4
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
2.2 Tranzystor polowy
Patrz materiały z wykładu oraz literatura.
5
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3 Przebieg ćwiczenia
3.1 Wyznaczenie charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego
W celu wykonania pomiarów wykorzystać płytkę E3 z tranzystorem BC546.
3.1.1 Charakterystyka wejściowa
Połączyć układ jak na rysunku 6. Na kanale pierwszym zasilacza (CH1) ustawić ograniczenie
prądu na ICH1max = 150mA oraz napięcie zasilania UCH1 = 12V .
UWAGA! - przed załączeniem układu: ustawić maksymalną rezystancje w obwodzie
kolektora - potencjometr VR2 (zaciski górne) skręcić w prawo oraz ustawić minimalny prąd
bazy - potencjometry z
ródła J skręcić w lewo.
ZmieniajÄ…c prÄ…d bazy IB " (15µA; 300µA) wyznaczyć charakterystykÄ™ wejÅ›ciowÄ… UBE = f(IB)
przy UCE = 3.5V = const.
W celu wykonania pojedynczego punktu pomiarowego ustawić prąd IB, następnie zmieniając
rezystancje potencjometrem VR1 ustawić napięcie UCE = 3.5V i zapisać pomiary IB oraz UBE.
U+15
RC=100&!
zasilacz
GWInstek
V R2
U+15
-CH2+ -CH1+
IC
µA APPA 207
BC546
IB
APPA 62
APPA 62
J
Rysunek 6
Wyniki zapisać w tabeli 1 oraz zaznaczyć na rysunku 10a.
6
V
A
V
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.1.2 Charakterystyka przejściowa
Połączyć układ jak na rysunku 7. Na kanale pierwszym zasilacza (CH1) ustawić ograniczenie
prądu na ICH1max = 150mA oraz napięcie zasilania UCH1 = 12V .
UWAGA! - przed załączeniem układu: ustawić maksymalną rezystancje w obwodzie
kolektora - potencjometr VR2 (zaciski górne) skręcić w prawo oraz ustawić minimalny prąd
bazy - potencjometry z
ródła J skręcić w lewo.
ZmieniajÄ…c prÄ…d bazy IB " (15µA; 300µA) wyznaczyć charakterystykÄ™ przejÅ›ciowÄ… IC = f(IB)
przy UCE = 3.5V = const.
W celu wykonania pojedynczego punktu pomiarowego ustawić prąd IB, następnie zmieniając
rezystancje potencjometrem VR1 ustawić napięcie UCE = 3.5V i zapisać pomiary IB oraz IC.
U+15
RC=100&!
zasilacz
GWInstek
V R2
U+15
-CH2+ -CH1+
IC
mA
analogowy
µA APPA 207
BC546
IB
APPA 62
J
Rysunek 7
Wyniki zapisać w tabeli 1 oraz zaznaczyć na rysunku 10b.
7
A
V
A
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.1.3 Charakterystyka wyjściowa
Połączyć układ jak na rysunku 8. Na kanale pierwszym zasilacza (CH1) ustawić napięcie zasi-
lania U+15 = 15V oraz ograniczenie prÄ…du na ICH1max = 100mA.
UWAGA! - przed załączeniem układu: ustawić maksymalną rezystancje w obwodzie
kolektora - potencjometr VR2 (zaciski górne) skręcić w prawo oraz ustawić minimalny prąd
bazy - potencjometry z
ródła J skręcić w lewo.
Dla stałego prądu bazy, zmniejszając potencjometrem rezystancje w obwodzie kolektora
dokonać pomiaru prąd kolektora IC oraz napięcia UCE. Wykonać 3 charakterystyki dla następu-
jących prądów bazy:
" IB1 = 25µA,
" IB2 = 50µA,
" IB3 = 75µA.
UWAGA! - przed zwiększeniem prądu bazy: ustawić maksymalną rezystancje w ob-
wodzie kolektora - VR2 (zaciski górne) skręcić w prawo.
i
UWAGA! - nie przekraczać: na kolektorze nie przekraczać napięcia .:
" UCEmax = 15V dla IB1 = 25µA,
" UCEmax = 10V dla IB2 = 50µA,
U+15
" UCEmax = 5V dla IB3 = 75µA.
RC=100&!
zasilacz
GWInstek
V R2
U+15
-CH2+ -CH1+
IC
mA
µA APPA 207
IB
BC546
A
APPA 62
J
Rysunek 8
Wyniki zapisać w tabeli 2 oraz zaznaczyć na rysunku 11.
i
Ograniczenia wynikajÄ… z maksymalnej dopuszczalnej mocy strat na tranzystorze, przekroczenie tej
wartości powoduje uszkodzenie tranzystora.
8
A
V
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.2 Wyznaczanie charakterystyk statycznych tranzystora polowego
W celu wykonania pomiarów wykorzystać płytkę E3 z tranzystorem BS170.
3.2.1 Charakterystyka przejściowa
Połączyć układ jak na rysunku 9. Na kanale pierwszym ustawić ograniczenie prądu na
ICH1max = 200mA a na kanale drugim ICH2max = 100mA. Na kanale pierwszym zasilacza
ustawić napięcie UCH1 = 0V a na kanale drugim napięcie UCH2 = 3, 5V .
Zmieniając napięcie UGS " (2V ; 3V ) wyznaczyć dwie charakterystyki przejściowe ID = f(UGS)
przy
" UDS1 = 2V = const,
" UDS2 = 3V = const,
W celu wykonania pojedynczego punktu pomiarowego ustawić napięcie UGS a następnie
zmieniając napięcie na kanale pierwszym zasilacza ustawić napięcie UDS na wybranej stałej
wartości.
UWAGA! - nie przekraczać: w trakcie wykonywania pomiarów nie przekraczać prądu
IDmax = 75mA.
UCH1
ID
zasilacz
GWInstek RD=100&!
-CH2+ -CH1+
mA APPA 207
D
BS170
G
S
APPA
UDS
62
UGS APPA
62
Rysunek 9: Układ pomiarowy
Wyniki zapisać w tabeli 3 oraz zaznaczyć na rysunku 12.
9
A
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.2.2 Charakterystyka wyjściowa
W układzie z poprzedniego punku (rysunek 9) wyznaczyć charakterystykę wyjściową. Na kanale
pierwszym ustawić ograniczenie prądu na ICH1max = 200mA a na kanale drugim
ICH2max = 100mA. Na kanale pierwszym zasilacza ustawić napięcie UCH1 = 0V a na kanale
drugim napięcie UCH2 = 4V . Dla stałego napięcia UGS, zmieniając napięcie na kanale pier-
wszym zmierzyć prąd drenu ID i napięcie dren-z
ródło UDS. Wykonać 3 charakterystyki dla
następujących napięć UGS:
" UGS1 = 2, 5V ,
" UGS2 = 2, 75V ,
" UGS3 = 3V ,
UWAGA! - przed zwiększeniem napięcia UGS ustawić na kanale pierwszym napięcie
UCH1 = 0V .
ii
UWAGA! - nie przekraczać: na drenie nie przekraczać napięcia :
" UDSmax = 15V dla UGS1 = 2, 5V ,
" UDSmax = 6V dla UGS2 = 2, 75V ,
" UDSmax = 3, 5V dla UGS3 = 3V .
Wyniki zapisać w tabeli 4 oraz zaznaczyć na rysunku 13.
ii
Ograniczenia wynikajÄ… z maksymalnej dopuszczalnej mocy strat na tranzystorze, przekroczenie tej
wartości powoduje uszkodzenie tranzystora.
10
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
4 Sprawozdanie
4.1 Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego
Wykreślić i zinterpretować charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego.
4.2 Charakterystyki statyczne tranzystora polowego
Wykreślić i zinterpretować charakterystyki statyczne tranzystora polowego.
4.3 Porównanie tranzystora bipolarnego i polowego
5 Niezbędne wyposażenie
" kalkulator naukowy
" protokół
Literatura
[1] Schenk Christoph Tietze Ulrich. Układy Półprzewodnikowe.
[2] Paul Horowitz Winfield Hill. Sztuka elektroniki cz.I.
[2, 1]
11
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Protokół
Wyniki pomiarów
Tabela 1: Charakterystyka wejściowa i przejściowa tranzystora bipolarnego
UCE = UCE =
IB[µA] UBE[V ] IB[µA] IC[mA]
ooooooooooo ooooooooooo ooooooooooo ooooooooooo
Tabela 2: Charakterystyki wyjściowe tranzystora bipolarnego
IB1 = 25µA IB2 = 50µA IB3 = 75µA
UCE[V ] IC[mA] UCE[V ] IC[mA] UCE[V ] IC[mA]
ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo
15 10 5
ooooooooo
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Tabela 3: Charakterystyki przejściowe tranzystora polowego
UDS1 = UDS2 =
UGS[µA] ID[mA] UGS[µA] ID[mA]
ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo
Tabela 4: Charakterystyki wyjściowe tranzystora polowego
UGS1 = . . . UGS2 = . . . UGS3 = . . .
UDS[V ] ID[mA] UDS[V ] ID[mA] UDS[V ] ID[mA]
ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo
ooooooooo
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Charakterystyki tranzystora bipolarnego
IB[µA] IC[mA]
150
350
125
300
250 100
200
75
150
50
100
25
50
UBE[V ] IB[µA]
0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 50 100 150 200 250 300 350
(a) Charakterystyka wejściowa tranzystora (b) Charakterystyka przejściowa tranzystora
Rysunek 10
IC[mA]
120
100
80
60
40
20
UCE[V ]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Rysunek 11: Charakterystyki wyjściowe
ooooooooo
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Charakterystyki tranzystora polowego
ID[mA]
150
125
100
75
50
25
UGS[V ]
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Rysunek 12: Charakterystyka przejściowa tranzystora
ID[mA]
120
100
80
60
40
20
UDS[V ]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Rysunek 13: Charakterystyki wyjściowe
ooooooooo