Laboratorium Elektroniki

Ćwiczenie 3

Wybór i stabilizacja punktu pracy tranzystorów bipolarnych

Wtorek g. 12:15 X1, grupa 1

Mateusz Kubsz

180266

Michał Bajdek

180129

Łukasz Rojszczak

180273

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zbadanie wpływu ustawienia punktu pracy tranzystora na jego pracę oraz zapoznanie się z układami stabilizacji punktu pracy i ocena ich skuteczności.

Wybór punktu pracy tranzystora zezwalający na pracę z maksymalną amplitudą

Rysunek 1: Układ do badania wpływu położenia punktu pracy tranzystora na jego pracę

W celu wyznaczenia punktu pracy, regulując amplitudę sygnału wejściowego o częstotliwości 1kHz na generatorze i prąd bazy (potencjometrem R_B), obserwowaliśmy ekran oscyloskopu, który pokazywał przebieg napięcia na wejściu i wyjściu wzmacniacza. Położenie punktu pracy określiliśmy dla napięcia na wejściu U_CE, dla którego uzyskaliśmy możliwie największą amplitudę niezniekształconego (sinusoidalnego) napięcia na wyjściu. Otrzymaliśmy:

U_CE = 7, 28 V

Następnie dołączyliśmy do układu obciążenie, włączając przełącznik S (rys. 1) i ponownie wyznaczyliśmy punkt pracy. Otrzymaliśmy:

U_CE = 2, 43 V

Następnie dokonaliśmy pomiarów zmian napięcia na wyjściu przy zmianie napięcia na wejściu dla trzech różnych punktów pracy - optymalnego (U_WY1), przy mniejszej (U_WY2) i przy większej (U_WY3) niż w punkcie optymalnym wartości prądu I_c. Pomiary przedstawiliśmy w tabeli 1, a otrzymane charakterystyki na wykresie (rys. 2).

Tabela 1

UWE [V]	UWY1 [V]	UWY2 [V]	UWY3 [V]
0,2	0,2	0,2	0,2
2,4	4,2	4,2	4,2
4,4	8,0	8,0	8,0
6,2	11,6	11,2	11,2
8,2	13,4	12,7	12,8
10,4	13,4	13,4	13,4
12,0	13,4	13,4	13,4
14,0	13,6	13,6	13,6
16,0	13,4	13,4
18,0	13,4	13,4
19,8	13,4

Rysunek 2: Kształty charakterystyki przejściowej wzmacniacza dla trzech różnych punktów pracy

Badanie wpływu temperatury na punkt pracy tranzystora dla różnych układów polaryzacji

Rysunek 3: Układy do badania wpływu temperatury na punkt pracy tranzystora

Dokonaliśmy pomiaru napięcia U_CE w dwóch różnych układach pracy (rys. 3) w temperaturze pokojowej. Następnie powtórzyliśmy pomiar w temperaturze podwyższonej (330^o K). Wyniki przedstawiliśmy w tabeli 2.

Tabela 2

Temp. Pokojowa	T = 330^o K
UCE1 [V]	UCE2 [V]
6,01	5,63

Badanie w różnych układach polaryzacji wpływu zamiany tranzystora (zmiana współczynnika wzmocnienia prądowego β) na położenie punktu pracy

Rysunek 4: Układy do badania wpływu zmiany tranzystora na położenie punktu pracy

Dokonaliśmy pomiarów napięcia U_CE dla dwóch różnych tranzystorów (jeden o współczynniku wzmocnienia prądowego β_T1 = 95, drugi o β_T2 = 180) w trzech różnych układach polaryzacji (rys. 4). Otrzymane wyniki przedstawiliśmy w tabeli 3.

Tabela 3

Układ	Tranzystor 1 βT1=95	Tranzystor 2 βT2=180
	UCE1 [V]	UCE2 [V]
A	7,05	1,88
B	6,28	6,06
C	7,20	4,65

Wnioski

Z dokonanych pomiarów podczas wyboru punktu pracy widać, że dołączenie do układu obciążenia powoduje zmianę położenia punktu pracy. Charakterystyki przejściowe różnią się w obszarze oznaczonym jako _ΔU. Tranzystor gdy pracuje w optymalnym punkcie pracy, osiąga napięcie nasycenia na wyjściu przy mniejszym napięciu na wejściu. Pozwala to na większą wydajność pracy tranzystora, przy mniejszych napięciach wejściowych, zatem odpowiednie dobranie punktu pracy dla tranzystora ma duże znaczenie.

Otrzymane przez nas wyniki badań wpływu temperatury na pracę tranzystorów pokazują, że ma ona wpływ na położenie ich punktów pracy, co może stanowić problem przy stosowaniu tranzystorów w układach pracujących przy dużych wahaniach temperatur. Natomiast zmiana polaryzacji ma niewielki wpływ na wrażliwość układu na zmiany temperatur.

Po podłączeniu do układów z rysunku 3. tranzystora z większym współczynnikiem wzmocnienia prądowego β, otrzymujemy mniejsze napięcia U_CE, niż w przypadku tranzystora o mniejszym współczynniku. Biorąc pod uwagę otrzymane różnice między napięciami, możemy wywnioskować, że układ A jest najbardziej wrażliwy na zmianę współczynnika β, natomiast układ B najmniej, zatem zmiana współczynnika β ma wpływ na położenie punktu pracy.