1. CEL ĆWICZENIA

Celem naszego ćwiczenia było zapoznanie się z zasadą działania tranzystora bipolarnego, wyznaczenia jego charakterystyk oraz poznanie metody obliczania parametrów "h"

2. WSTĘP TEORETYCZNY

Tranzystor to trójelektrodowy (rzadko czteroelektrodowy) półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego, składający się z Emitera (E), Bazy (B) i Kolektora (C). W standardowych warunkach pracy złącze baza-emiter spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, a złącze kolektor-baza zaporowym.

Obwodem wejściowym tranzystora może być obwód między dowolnymi dwoma zaciskami. Do obwodu wyjściowego należy wtedy trzeci zacisk i jeden z zacisków obwodu wejściowego.

Układ ten jest często stosowany. Sygnał doprowadza się między bazę a emiter, obciążenie natomiast między kolektor a emiter. Układ ten charakteryzuje się bardzo dużym wzmocnieniem mocy, dużą rezystancją wyjściową i średnią rezystancją wejściową.

Parametry h dla wybranego punktu pracy można wyznaczyć za pomocą wykonanych pomiarów (charakterystyk statycznych tranzystora).

3. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Charakterystyki prądowo-napięciowe elementów elektronicznych jesteśmy w stanie wyznaczyć na specjalnym stanowisku w laboratorium, przystosowanym do sporządzania tego typu pomiarów. Po podłączeniu tranzystora do układu i po podaniu napięcia zasilającego, przystąpiliśmy do wykonywania pomiarów, by później wykreślić charakterystyki dla:

-I_C=f(U_CE) dla wartości prądu bazy (30, 60, 90, 120, 150) µA

-U_BE=f(U_CE) dla wartości prądu bazy (30, 60, 90, 120, 150) µA

-I_C=f(I_B) dla wartości napięcia UCE (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 4, 12)V

-U_BE=f(I_B) dla wartości napięcia UCE (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 4, 12)V

4. TABELA POMIAROWA

IB[mA]	0,03	0,06	0,09	0,12	0,15
IC[mA]	2	4,5	7,1	9,8	12,6
UBE:
dla UCE = 0, 2[V]	0,539	0,563	0,577	0,587	0,594
dla UCE = 0, 4[V]	0,621	0,643	0,653	0,666	0,666
dla UCE = 0, 6[V]	0,623	0,647	0,660	0,670	0,677
dla UCE = 0, 8[V]	0,623	0,648	0,660	0,670	0,677
dla UCE = 1[V]	0,624	0,648	0,660	0,670	0,677
dla UCE = 4[V]	0,624	0,648	0,660	0,670	0,677
UCE = 12[V]	0,624	0,648	0,660	0,670	0,677

5. WYKRESY

Wykres I_C=f(U_CE)

Wykres U_BE=f(U_CE)

Wykres I_C=f(I_B)

Wykres U_BE=f(I_B)

6. OBLICZENIA

Schemat zastępczy tranzystora bipolarnego budujemy z parametrów hybrydowych czwórnika, które wyznaczamy z równań:

Stąd:

A więc, dla wybranego punktu pracy Q ( U_CE = 7V, I_B = 90µA, I_C = 7,1mA, U_BE = 0,660V)

$$h_{11} = \left. \ \frac{{U}_{\text{BE}}}{{I}_{B}} \right|_{U_{\text{CE}} = 7V} = \frac{0,005V}{0,003mA} = 1,67\ k\Omega$$

$$h_{12} = \left. \ \frac{{U}_{\text{BE}}}{{U}_{\text{CE}}} \right|_{I_{B} = 90\text{µA}} = \frac{0,005V}{6,4V} = 0,00078 = 7,8*10^{- 4}$$

$$h_{21} = \left. \ \frac{{I}_{C}}{{I}_{B}} \right|_{U_{\text{CE}} = 7V} = \frac{0,1mA}{0,003mA} = 33,3$$

$$h_{22} = \left. \ \frac{{I}_{C}}{{U}_{\text{CE}}} \right|_{I_{B} = 90\text{µA}} = \frac{0,0001A}{6,4V} = 0,000016\ S = 1,6*10^{- 5}$$

7. PRZELICZENIE PARAMETRÓW h NA UKŁAD OC I OB:

a. Układ OC

h_11c = h_11e

h_11c = 1, 67kΩ

h_12c = 1 − h_12e

h_12c =   0, 99922

h_21c = −(1 + h_21c)

h_21c = −34, 3

h_22c = h_22e

h_22c = 0, 000016S = 1, 6 * 10⁻⁵S

b. Układ OB

$$h_{11b} = \frac{h_{11e}}{1 + h_{21e}}$$

$$h_{11b} = \frac{1670}{1 + 33,3} = 48,69\Omega$$

$$h_{12b} = \frac{h_{11e}*h_{22e}}{1 + h_{21e}} - h_{12e}$$

$$h_{12b} = \frac{1670*0,000016}{1 + 33,3} - 0,00078 = - 0,00000099 = 0,9*10^{- 6}$$

$$h_{21b} = \frac{h_{21e}}{1 + h_{21e}}$$

$$h_{21b} = \frac{33,3}{1 + 33,3} = 0,97$$

$$h_{22b} = \frac{h_{22e}}{1 + h_{21e}}$$

$$h_{22b} = \frac{0,000016}{1 + 33,3} = 0,000000466S = 4,66*10^{- 7}S$$

7. WNIOSKI

Celem ćwiczenia było wyznaczenie podstawowej rodziny charakterystyk tranzystora bipolarnego. Charakterystyka wyjściowa przedstawia zależności między prądem kolektora I_C a napięciem kolektor-emiter U_CE przy stałym prądzie bazy Ib= cons. Na tej charakterystyce możemy zobaczyć trzy stany pacy tranzystora. Badany przez nas tranzystor wchodzi w stan nasycenia przy napięciu U_CESAT=0,2V. Gdy tranzystor się nasyci wtedy płyną przez niego duże prądy przy małym napięciu. Stanie odcięcia tranzystora jest gdy złącza są spolaryzowane zaporowo wtedy przez tranzystor płyną znikome prądy. Dwa opisane wcześniej stany są wykorzystywane z reguły w układach cyfrowych lecz najczęściej wykorzystuje się aktywny stan pracy tranzystora. Wedy złącze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia a kolektor-baza zaporowo. Tak spolaryzowany tranzystor ma właściwości wzmacniające.

Z charakterystyki wyjściowej możemy określić także punkt pracy tranzystora który jest niezbędny przy projektowaniu złożonych układów z wykorzystaniem badanego typu elementu.