Informatyka I	Szewczak Marcin	Ocena:
17.11.2008	Badanie charakterystyk statycznych tranzystora.	Ćwiczenie nr. 21

1. Opis ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest pomiar statycznych charakterystyk tranzystora i wyznaczenie kilku jego podstawowych parametrów.

Triada półprzewodnikowa inaczej mówiąc tranzystor jest to kombinacja dwóch położonych blisko siebie złącz p-n w jednym krysztale półprzewodnika.

Urządzenie to składa się z emitera, kolektora i bazy. Tranzystor podczas pracy na złącze emiter - baza podaje się niewielkie napięcie w kierunku przewodzenia, a na złącze kolektor - baza stałe napięcie w kierunku zaporowym. Zmieniając napięcie emitera uzyskuje się zmiany prądu w obwodzie kolektora.

Stosunek zmian prądu kolektora
do zmian prądu emitera
nosi nazwę współczynnika wzmocnienia prądowego i oznaczony jest przez

przy U_C=constans.

Współczynnik
określa jaka część prądu emitera w postaci nośników mniejszościowych w obszarze bazy dociera do kolektora. Opór elektryczny na złączu emiter - baza R_eb jest mały w porównaniu z oporem na złączu kolektor - baza R_kb ponieważ pierwsze złącze spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia a drugie w kierunku zaporowym. Niech pod wpływem źródła sygnałów napięcie na złączu emiterowym zmieni się o wielkość
. Napięcie to spowoduje zmianę prądu emitera o
, gdzie

Zmieni się wówczas również prąd kolektora o
a zatem zmieniać się będzie napięcie na złączu kolektorowym:

Wzmocnienie napięciowe wyniesie:

Podobnie można wykazać, że wzmocnienie mocy K_p dla układu ze wspólną bazą wynosi w przybliżeniu
jest więc równe w przybliżeniu iloczynowi współczynników wzmocnienia prądowego
i napięciowego
. W praktyce najczęściej stosuje się trzy sposoby połączenia tranzystora:

1. układ o wspólnej bazie -WB

2. układ o wspólnym emiterze -WE

3. układ o wspólnym kolektorze -WK

Charakterystyki tranzystorów podawane są zazwyczaj dla układu WE. W układzie WE można otrzymać prócz wzmocnienia napięcia i mocy także wzmocnienie prądu. Charakterystyki wejściowe tranzystora dla układu WE podają zależność prądu kolektora I_C od napięcia między kolektorem i emiterem U_KE dla różnych wartości prądu bazy I_b. Współczynnik wzmocnienia prądu
jest w tym przypadku określony następująco:

przy U_C=const.

Gdzie
jest zmianą prądu kolektora spowodowaną zmianą prądu bazy
.

Współczynnik
dla układu o wspólnej bazie WB związany jest z współczynnikiem
dla układu WE następującą zależnością:

Po podłączeniu całego układu przeprowadziliśmy trzy serie pomiarów :

Pierwsza seria dla zależności I_C = f (U_CE) dla dwóch ustalonych wartości prądu bazy (I_B = 100, 400 μA), przy czym wartość napięcia U_CE zmienialiśmy w zakresie od 0 do 20 V.

Druga seria dla zależności I_C = f (I_B) dla dwóch ustalonych wartości napięcia U_CE (5, 15 V), natężenie prądu bazy zmienialiśmy w zakresie od 0 do 800 μA co 100 μA.

Trzecia seria dla zależności I_B = f (U_BE) dla dwóch ustalonych wartości U_KE (5, 15 V) przy zmianach napięcia między bazą a emiterem U_BE.

2. Tabela pomiarów

Charakterystyka wyjściowa			Charakterystyka wyjściowa			Charakterystyka wejściowa
IB	UCE	IC	UCE	IB	IC	UCE	UBE	IB
[μA]	[V]	[mA]	[V]	[mA]	[mA]	[V]	[mV]	[mA]
100	0,3	3,7	5	0	0	5	0,4	0,001
	0,6	3,6		0,1	3,7		0,45	0,006
	0,9	3,5		0,2	8,1		0,5	0,028
	1,2	3,6		0,3	12,8		0,55	0,155
	1,5	3,6		0,4	17,9		0,56	0,217
	1,8	3,6		0,5	22,9		0,57	0,3
	2,1	3,6		0,6	29,6		0,58	0,415
400	0,1	10		0,7	34,6		0,59	0,567
	0,2	17,4		0,8	40,4		0,6	0,6
	0,3	17,5	15	0	0	15	0,4	0,001
	0,4	17,4		0,1	3,4		0,45	0,003
	0,5	17,4		0,2	0,7		0,5	0,03
	0,6	17,4		0,3	13,1		0,55	0,168
	0,7	17,4		0,4	18,1		0,56	0,197
	0,8	17,4		0,5	25,4		0,57	0,287
	0,9	17,4		0,6	30,6		0,58	0,407
	1	17,4		0,7	36,3		0,59	0,65
	1,1	17,4		0,8	44,4		0,6	0,979
	1,2	17,5

3. Wzory i obliczenia:

Współczynnik wzmocnienia prądu dla wartości U_CE=1,2 [V]


=17,5 - 3,6=13,9 mA


=300 μA


= 46,33

Współczynnik wzmocnienia prądowego
jest powiązany ze współczynnikiem
zależnością:




dlatego
dla naszego układu wynosi 0,9789

Na podstawie tabeli pomiarowej wyznaczamy rezystancje wejściową tranzystora korzystając ze wzoru:




Przy pomiarze
od wskazań woltomierza należy odjąć spadek napięcia na mikroamperomierzu μA:




gdzie :


- to wskazanie woltomierza


- wskazanie mikroamperomierza


-opór mikroamperomierza = 78


Przykładowo :


4235,512 Ω

Rezystancja wyjściowa:

przykładowo:




4. Wykresy:

Charakterystyka wyjściowa dla 100uA




Charakterystyka wyjściowa dla 400uA




Charakterystyka przejściowa dla 5V




Charakterystyka przejściowa dla 15V




Charakterystyka wejściowa dla 5V




Charakterystyka wejściowa dla 5V




5. Rachunek i dyskusja niepewności:

Błąd względny woltomierza ΔU_CE = 0.5 %

Błąd względny amperomierza ΔI_C = 1 %

Błąd bezwzględny woltomierza ΔU_BE :

Błąd bezwzględny mikroamperomierza ΔI_B :




gdzie :

K - klasa

Z - zakres

1dz - jedna działka







Błędy dla charakterystyki wyjścia tranzystora dla układu o wspólnym emiterze:

Dla
=100


1.
=3,7*0,01=0,037


=0,3*0,01=0,003

2.
=3,6*0,01=0,036


=0,6*0,01=0,006

3.
=3,5*0,01=0,035


=0,9*0,01=0,009

4.
=3,6*0,01=0,036


=1,2*0,01=0,012

5.
=3,6*0,01=0,036


=1,5*0,01=0,015

6.
=3,6*0,01=0,036


=1,8*0,01=0,018

7.
=3,6*0,01=0,036


=2,1*0,01=0,021

analogicznie dla
=400


6. Wnioski

Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyk tranzystora. Pierwsza cześć ćwiczenia polegała na badaniu zależności natężenia prądu kolektora w funkcji zmian napięcia kolektor-emiter dla czterech ustalonych wartości prądu bazy.

Prąd kolektora stanowi bowiem sumę prądu emitorowego i prądu bazy . Druga cześć ćwiczenia polegała na badaniu zależności natężenia prądu kolektorowego w funkcji zmian natężenia prądu bazy dla dwóch ustalonych wartości napięć kolektor-emiter . Trzecia cześć ćwiczenia polegała na badaniu zależności ustawienia prądu bazy w funkcji zmian napięcia baza-emiter Wzrost napięcia baza-emiter pociąga za sobą wzrost prądu bazy . Z danych pomiarowych uwzględniając spadek napięcia na mikroamperomierzu wyznaczyliśmy opór wejściowy i wyjściowy tranzystora.

---