ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 26.

Tranzystor jest przyrządem półprzewodnikowym spełniającym w układach elektronicznych podobną rolę jak lampa elektronowa trioda ( lub pentoda ) .Podobnie jak ona tranzystor służy do wzmacniania prądu elektrycznego . Dlatego zwany jest też triodą półprzewodnikową .

Tranzystor składa się z dwóch diod p-n osadzonych bardzo blisko siebie we wspólnym materiale półprzewodnikowym zwanym bazą.Przewodnictwo bazy może być typu nub typu p.Możliwe są więc tranzystory o budowie p-n-p oraz n-p-n.Złącza pomiędzy poszczególnymi obszarami mają właściwości prostowania prądu elektry-cznego ,natomiast przewody łączące tranzystor z resztą układu elektronicznego są połączone z nim kontaktami niskoomowymi - nieprostującymi.

Działanie tranzystora o budowie p-n-p. W czasie normalnej pracy emiter znajduje się pod napięciem dodatnim względem bazy , natomiast do kolektora przykłada się napięcie ujemne ( znacznie wyższe co do wartości bezwzględnej niż napięcie przykładane do emitera ).W ten sposób złącze emiter - baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia , a złącze baza - kolektor w kierunku zaporowym.Jeżeli do emitera nie jest przyłożone żadne napięcie ( ), wówczas po przyłożeniu ujemnego napięcia do kolektora popłynie w jego obwodzie bardzo słaby prąd , który popłynie ,gdy do emitera zostanie przyłożone napięcie dodatnie .Jest to związane z przepływem dziur z emitera do bazy , ułatwionym dzięki zwężaniu warstwy zaporowej w obszarze złącza p - n między emiterem i bazą.Wielu dziurom , które dostają się z emitera do bazy , udaje się przedyfundować w pobliże złącza baza - kolektor.Tam zostają one wciągnięte do kolektora silnym polem wytworzonym dzięki istnieniu napięcia .Dziury w bazie typu n są mniejszościowymi nośnikami ładunku i bardzo łatwo przechodzą przez spolaryzowane złącze n - p do obszaru typu p.W przypadku idealnym , gdy wszystkie dziury wychodzące z emitera dostają się do kolektora , prądy kolektora i emitera są sobie równe.

Zmieniając prąd przepustowy emitera ( poprzez zmianę napięcia ) można sterować koncentracją nośników mniejszościowych wprowadzonych do bazy , a tym samym prądem kolektora .Zakładając liniowość charakterystyki , można przyjąć , że przy stałym napięciu kolektor - baza ( ) prąd kolektora jest proporcjonalny do prądu emitera

W przypadku braku liniowości powyższa zależność nie traci na ważności , jeżeli traktuje się jako małe zmiany prądu , zwłaszcza jako małe amplitudy prądu zmiennego . Współczynnik α określa , jaka część prądu emitera dochodzi do kolektora . W dobrych tranzystorach jest on bliski jedności ( 0,95 0,99 ) .

Omawiany typ tranzystora nie umożliwia wzmocnienia prądu , wzmacnia jednak napięcie oraz moc dzięki temu , że opór złącza między emiterem a bazą jest znacznie mniejszy , aniżeli opór złącza między bazą a kolektorem.Pozwala to na umieszczenie w zewnętzrnej części obwodu małego oporu wejściowego i dużego oporu wyjściowego .W czasie pracy wzmacniacza natężenia prądów płynących przez obydwa wymienione opory są w przybliżeniu równe , natomiast spadki napięć na są znacznie większe niż na .Ponieważ moc wyraża się iloczynem napięcia przez natężenie prądu , wzmocnienie mocy w omawianym tranzystorze ma podobną wartość jak wzmocnienie napięcia .Za pomocą jednego tranzystora można uzyskać wzmocnienie siegające dziesiątków tysięcy .

OBLICZENIA

1) Wykres charakterystyk przedstawia załącznik nr 1

2) Wykres charakterystyk przedstawia załącznik nr 2

3) Wykres charakterystyk przedstawia załącznik nr 3

4) Obliczam rezystancję wyjściową tranzystora :

5) Obliczam rezystancję wejściową tranzystora :

6) Obliczam małosygnałowy współczynnik wzmocnienia :

7) Wyznaczam współczynnik α :

8) Obliczam współczynnik sprzężenia zwrotnego :

WNIOSKI

Celem powyższego ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyk tranzystora tzn. rezystancji wejściowej , współczynnika sprzężenia zwrotnego określającego wpływ napięcia na wyjściu na napięcie wejściowe , małosygnałowego współczynnika wzmocnienia prądowego oraz konduktancji wyjściowej.Należało również wykonać wykresy trzech charakterystyk na papierze milimetrowym.Przy obliczaniu tych współczynników pomocne były wykresy , jak i tabela wyników zawierająca wartość dla odpowiednich natężeń czy napięc tranzystora.Błędy pomiarowe mogły wyniknąć z niedokładności odczytu mierzonych wartośći z amperomierza i woltomierza ( w doświadzczeniu używane były woltomierze elektroniczne o niższej dokładności niż tradycyjne ). Współczynnik α został wyznaczony w miarę dokładnie. Jest on bliski.

jedności. Świadczy to o dorej jakości tranzystora zastosowanego w tym doświadczeniu

Wnioski :

Seria pomiarów pozwoliła na dość dokładne wyznaczenie charakterystyki tranzystora w układzie I_k(U_k), natomiast dla dwóch pozostałych charakterystyk liczba punktów pomiarowych jest raczej zbyt mała. Pozwala co prawda określić przybliżoną charakterystykę, ale jest do tego potrzebna dodatkowa znajomość ogólnego jej kształtu. Najlepszym układem do wyznaczania tych dwóch charakterystyk, czyli I_k(U_b) i I_b(U_b) jest prowadzenie pomiarów przy ustalonym U_k i zmieniającym się I_b, gdyż nie wymaga to zmiany istniejącego układu pomiarowego.

Charakterystyka I_k(U_k) odpowiadająca największej liczbie punktów pomiarowych pokazuje, iż ta liniowa zależność nie jest zachowana dla wszystkich wartości napięcia U_k . Dla bardzo małych wartości następuje bardzo szybki i nieliniowy wzrost, natomiast dla dużych, po przekroczeniu tzw. hiperboli maksymalnej mocy następuje zniszczenie tranzystora.

Charakterystyki I_k(U_b) i I_b(U_b) są jedynie fragmentami właściwych charakterystyk, dokonanie pomiarów dla małych wartości U_b jest dość kłopotliwe ze względu na konieczność dysponowania bardzo dokładnymi przyrządami pomiarowymi, gdyż mierzone wartości będą bardzo małe, obie te charakterystyki zbiegają do początku układu, a dla dużych wartości rodziny charakterystyk rozchodzą się.

Wyniki pomiarów obarczone są oczywiście błędami systematycznymi i przypadkowymi. Źródłem błędów systematycznych jest niedokładność przyrządów pomiarowych, zmiany parametrów tranzystora, wraz z jego ogrzewaniem się. Zmiany te nie wpływają na postać charakterystyki, ale powodują łatwo zauważalne różnice, w wynikach pomiarów wykonywanych w tych samych punktach, toteż nie wskazane jest powracanie, czyli tzw. domierzanie, do uprzednio wykonanych serii pomiarów.

Wartości obliczanych parametrów mieszczą się w spodziewanych granicach, co pozwala przypuszczać, iż wyniki pomiarów nie były obciążone nazbyt wielkim błędem, dodatkowo przeprowadzone przeze mnie uśrednianie obliczanych wartości pozwolił to poprawić jakość wyników

---