19.10.2010

Elementy półprzewodnikowe

Laboratorium

„Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego”

Prace wykonali:

Mateusz Przybylski

Konrad Rutkowski

Charakterystyki tranzystora bipolarnego

Charakterystyki wyznaczane były na podstawie schematu ideowego tranzystora bipolarnego przedstawionego na niniejszym rysunku.

Wyniki pomiarów charakterystyki wyjściowej i_C(u_CE):

IB=100uA
UCE [V]	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
IC [mA]	9,3	9,4	9,4	9,5	9,6	9,7	9,9	10,1	10,3	10,4	10,5	10,7
IB=200uA
UCE [V]	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
IC [mA]	21,3	21,3	21,5	21,8	22,3	22,5	23,3	24,1	24,4	25	25,6	26
IB=300uA
UCE [V]	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
IC [mA]	34,2	34,1	34,9	35,5	36,2	38,2	39	39,5	40,3	40,5

Wyniki pomiarów charakterystyk:

• wejściowej i_B(u_BE)

• przejściowej prądowej i_C(i_B)

• przejściowej prądowo - napięciowej i_C(u_BE)

UCE=3V
IB [uA]	1	5	20	80	100	150	200	250	300	380
IC [mA]	0,029	0,024	1,35	7,03	9,53	15,58	22,1	28,5	35,5	45,4
UBE [V]	0,551	0,604	0,647	0,689	0,693	0,703	0,7	0,707	0,711	0,718

UCE=10V
IB [uA]	1	40	80	120	160	200	240	280	320
IC [mA]	0,04	3,18	7,59	12,58	18,39	25,1	31,4	38,7	47,8
UBE [V]	0,555	0,66	0,675	0,682	0,671	0,662	0,659	0,645	0,63

Charakterystyki wyjściowe i_E(u_EC) w połączeniu inwersyjnym

IB=100uA
IE [mA]	0,75	0,79	0,83	0,96	1,58
UEC [V]	1	2	3	4	5

IB=300uA
IE [mA]	2,76	2,9	3,06	3,46	5,63
UEC [V]	1	2	3	4	5

Wyznaczanie napięcia Early'ego dla zakresu aktywnego z charakterystyk i_C(u_CE)

W celu wyznaczenia napięcia Early'ego (U_CE) należy pomierzyć charakterystyki statyczne na wyjściu. Dla tranzystora rzeczywistego pracującego w zakresie aktywnym normalnym gdzie zostaje pominięty prąd I_CE0 istnieje niżej opisany wzór.

Aby wyznaczy owe napięcie należy przedłużyć charakterystyki tak aby przecięły się z osią U_CE. Na rysunku możemy odczytać iż wartość dla zakresu aktywnego normalnie opisana

jest w przedziale od około -51[V] do -60[V], z kolei dla inwersyjnego

od około -13[V] do -18[V].

Zależności współczynnika β od prądu w kolektorze

Po zmierzeniu charakterystyk statycznych i_C(i_B) możemy wyznaczyć współczynnik wzmocnienia β w zależności od stałego prąd w kolektorze. Jest on zdefiniowany wzorem,

z powodu nieliniowości charakterystyki współczynnika.

∆IB [uA]	19	75	80	70	100	100	100	130
∆IC [mA]	1,321	7,006	8,18	8,55	12,57	12,92	13,4	16,9
	69,526	93,413	102,25	122,143	125,7	129,2	134	130

Wyniki pomiarów dla u_CE = 3V

Wyznaczanie elementów macierzy [h]_e:

Macierz należy wyznaczyć w punkcie pracy, która to leży w zakresie aktywnym normalnym,

dzięki czemu możemy określić wartości mało sygnałowych parametrów tranzystora, dla niskich częstotliwości.

Przykładowy punkt pracy:

i_B=250μA

i_C= 28,5mA

u_CE=3V

u_BE= 0,707V

Δu_BE = 0,711V-0,700V= 0,011V

Δi_B = 300μA -200μA =100μA

h_11e = 110[Ω]

h_11e - jest to zwarciowa rezystancja wejściowa tranzystora

Δu_BE= 0,711V-0,700V= 0,011V

Δu_CE= 10V-3V=7V

h_12e = 0,002

h_12e - współczynnik oddziaływania wstecznego

Δi_C= 35,5mA-22,1m)= 13,4mA

Δi_B = 300μA -200μA =100μA

h_21e = 134

h_21e - zwarciowy współczynnik wzmocnienia prądowego

Δi_C= 35,5mA-22,1mA)= 13,4mA

Δu_CE= 10V-3V=7V

h_22e = 1,914
[S]

h_22e - rozwarciowy współczynnik konduktancji wyjściowej

Wyznaczanie wartości trans konduktancji g_m

Wartość trans konduktancji można wyznaczyć metodą przyrostów z pomierzonej statycznie przejściowej charakterystyki prądowo-napięciowej i_C(u_CE)

Δi_C= 35,5mA-22,1mA= 13,4mA

Δu_BE= 0,711V-0,700V)= 0,011V

Wyznaczane wartości współczynnika β_I

Tranzystor pracujący w zakresie aktywnym inwersyjnym charakteryzuje się znacznie gorszymi właściwościami niż w aktywnym normalnym. Wartości te wynikają z konstrukcji tranzystora rzeczywistego. Dla zakresu aktywnego inwersyjnego współczynnik wzmocnienia β_I jest zdefiniowany następująco:

i_E= 0,83mA

i_B=100μA

β_I= 8,3

Należy pamiętać iż współczynnik ten wyznaczamy przy napięciu U_EC=3V

Możemy zauważyć iż współczynnik ten jest znacznie mniejszy od wartości β

co spowodowane jest konstrukcją tranzystora rzeczywistego.

WNIOSKI

Jak możemy zaobserwować charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego wyznaczone podczas ćwiczeń swym kształtem przypominają charakterystyki teoretyczne co świadczy o poprawnie wykonanym ćwiczeniu.

Jednak pewne odstępstwo od teorii możemy zauważyć przy charakterystyce wejściowej i_B(u_BE) gdzie większe napięcie u_CE powoduje znaczne zwiększenie prądu bazy niż przy mniejszych napięciach u_CE.

W przypadku połączenia inwersyjnego charakterystyki wyjściowe są podobne do tych na wyjściu w normalnym układzie pracy w przedziale od 0V do 5V.

Po przekroczeniu tej wartości możemy zauważyć gwałtowny wzrost prądu emitera przy niewielkim wzroście napięcia na emiterze-kolektorze.

T1

EC

EB

μA

mA

V

V

---