POLITECHNIKA ŚLĄSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY
AUTOMATYKA I ROBOTYKA
Elektronika i techniki mikroprocesorowe
Laboratorium
Temat: Tranzystor bipolarny.
Paweł Markowski
GRUPA 3 SEM 6
AiR MT
Wstęp teoretyczny, opis charakterystyk tranzystora.
Tranzystor bipolarny jest to trójkońcówkowy element półprzewodnikowy zawierający dwa złącza półprzewodnikowe. Występują dwie wersje tranzystora p-n-p , n-p-n.
Materiałem wyjściowym półprzewodnika jest obecnie krzem domieszkowany np. fosforem lub galem. Aby tranzystor mógł pracować z dwoma zaciskami wejściowymi i dwoma zaciskami wyjściowymi, jedna z jego końcówek musi być wykorzystana dwukrotnie i nazywana jest wspólną. Wynikają stąd trzy możliwe układy pracy tranzystora:
ze wspólną bazą WB
ze wspólnym kolektorem WC
ze wspólnym emiterem WE
Aby móc przeprowadzić analizę układów zawierających tranzystor, należy znać jego podstawowe parametry, które można wyznaczyć ze znajomości zależności ch-yk między prądami i napięciami poszczególnych elektrod.
Charakterystyka przedstawiona na załączonym rysunku w pierwszej ćwiartce zwana wyjściową podaje zależności między napięciem i prądem elektrod wyjściowych tranzystora w układzie wspólnego emitera. Ch-ują się one przebiegiem prostoliniowym prawie poziomym z wyjątkiem obszaru małych wartości napięcia Uce, gdzie ich przebieg jest prawie pionowy. Obszar poziomego przebiegu ch-yk nazywany jest obszarem aktywnym. W tym obszarze powinien leżeć punkt pracy tranzystora pracującego jako wzmacniacz. Ch-ka wyjściowa dla IB=0 leży nieco powyżej osi Uce, a prąd kolektora Ic nie jest na niej równy zero. Nazywany jest on prądem zerowym kolektora i oznaczony Iceo. Wartość tego prądu dla tranzystorów krzemowych jest bardzo mała i w zależności od typu i przeznaczenia tranzystora może wynosić od kilku nanoamperów do kilku mikroamperów, można zatem przyjąć, że dla Ib=0 tranzystor nie przewodzi prądu ( stan odcięcia ).
W drugiej ćwiartce przedstawiona jest ch-ka przejściowa, czyli zależność prądu kolektora Ic od prądu bazy Ib przy stałym napięciu Uce. Cechuje się ona niemal prostoliniowym przebiegiem, zatem można założyć, że między prądem kolektora i bazy zachodzi proporcjonalność typu Ic=β*Ib. Współczynnik β jest wielkością ch-ną dla danego typu tranzystora i nazywany jest statycznym współczynnikiem wzmocnienia prądowego tranzystora.
W trzeciej ćwiartce przedstawiona jest ch-ka wejściowa, czyli zależność prądu bazy od napięcia baza-emiter przy stałym napięciu kolektora według relacji Ube=f(Ib).
Kształt tej ch-ki jest identyczny z kształtem ch-ki diody krzemowej spolaryzowanej w kierunku przewodzenia gdyż obwód baza-emiter jest złączem półprzewodnikowym typu p-n. Dla tranzystorów krzemowych przebieg tej ch-ki ustala się jako zbliżony do poziomego, zatem w uproszczonych obliczeniach przyjmuje się, że napięcie Ube przy pracy tranzystora w obszarze aktywnym jest stałe i wynosi około 0,6-0,7V.
Czwarta ćwiartka wykresu przedstawia ch-ki napięcia bazy od napięcia kolektora przy stałych wartościach prądu bazy (Ib=const.) ch-ki te ilustrują wewnętrzne napięciowe sprzężenie zwrotne w tranzystorze. W czasie pracy tranzystora w konkretnym układzie wzmacniającym punkt pracy określa nie tylko napięcie zasilania, ale również rezystancję obciążenia w obwodzie kolektora oraz rezystancję polaryzującą bazę. Punkt pracy można wyznaczyć graficznie kreśląc linię prostą pod kątem α takim, że kctgα=Rc ( gdzie k jest współczynnikiem skali ), przecinającą oś Uce w punkcie Uz. Dla danego prądu bazy Ib odpowiadająca mu ch-ka wyjściowa w przecięciu z wykreśloną linią prostą wyznacza punkt pracy A, który przeniesiony do pozostałych ćwiartek ch-ki określa wartości wszystkich prądów i napięć tranzystora.
Tabele pomiarowe, obliczenia.
IB =0,1 mA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uce |
Ic |
Ube |
|
Uce[V] |
Ic[mA] |
Ube[V] |
0 |
0 |
26 |
|
0 |
0 |
0,52 |
4 |
4 |
27 |
|
0,08 |
2 |
0,54 |
5 |
10 |
28 |
|
0,1 |
5 |
0,56 |
8 |
15 |
29 |
|
0,16 |
7,5 |
0,58 |
20 |
18 |
29 |
|
0,4 |
9 |
0,58 |
43 |
19 |
29 |
|
0,86 |
9,5 |
0,58 |
|
|
|
|
|
|
|
19 |
19 |
29 |
|
3,8 |
9,5 |
0,58 |
53 |
20 |
29 |
|
10,6 |
10 |
0,58 |
Ib =0,015 mA |
|
|
|
|
|
|
Uce 1,2V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uce |
Ic |
Ube |
|
Uce[V] |
Ic[mA] |
Ube[V] |
0 |
0 |
27 |
|
0 |
0 |
0,54 |
3 |
7 |
29 |
|
0,06 |
3,5 |
0,58 |
6 |
17 |
30 |
|
0,12 |
8,5 |
0,6 |
9 |
25 |
31 |
|
0,18 |
12,5 |
0,62 |
34 |
27 |
31 |
|
0,68 |
13,5 |
0,62 |
|
|
|
|
|
|
|
23 |
29 |
30 |
|
4,6 |
14,5 |
0,6 |
51 |
30 |
30 |
|
10,2 |
15 |
0,6 |
Ib=02.mA |
|
|
|
|
|
|
Uce |
Ic |
Ube |
|
Uce[V] |
Ic[mA] |
Ube[V] |
0 |
0 |
29 |
|
0 |
0 |
0,58 |
2 |
4 |
30 |
|
0,04 |
2 |
0,6 |
4 |
14 |
31 |
|
0,08 |
7 |
0,62 |
6 |
24 |
32 |
|
0,12 |
12 |
0,64 |
11 |
35 |
32 |
|
0,22 |
17,5 |
0,64 |
45 |
37 |
32 |
|
0,9 |
18,5 |
0,64 |
|
|
|
|
|
|
|
29 |
38 |
32 |
|
5,8 |
19 |
0,64 |
48 |
40 |
31 |
|
9,6 |
20 |
0,62 |
Uce 3V |
|
|
|
|
|
|
Ic |
Ib |
Ube |
|
Ic[mA] |
Ib[mA] |
Ube[V] |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
19 |
|
0 |
0 |
0,38 |
1 |
1 |
23 |
|
0,5 |
0,005 |
0,46 |
3 |
3 |
25 |
|
1,5 |
0,015 |
0,5 |
13 |
14 |
28 |
|
6,5 |
0,07 |
0,56 |
18 |
20 |
29 |
|
9 |
0,1 |
0,58 |
25 |
27 |
30 |
|
12,5 |
0,135 |
0,6 |
40 |
43 |
32 |
|
20 |
0,215 |
0,64 |
Uce 5V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ic |
Ib |
Ube |
|
Ic[mA] |
Ib[mA] |
Ube[V] |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
19 |
|
0 |
0 |
0,38 |
10 |
19 |
27 |
|
5 |
0,095 |
0,54 |
31 |
33 |
31 |
|
15,5 |
0,165 |
0,62 |
40 |
42 |
32 |
|
20 |
0,21 |
0,64 |
42 |
43 |
32 |
|
21 |
0,215 |
0,64 |
Uce 7V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ic |
Ib |
Ube |
|
Ic[mA] |
Ib[mA] |
Ube[V] |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
20 |
|
0 |
0 |
0,4 |
5 |
5 |
26 |
|
2,5 |
0,025 |
0,52 |
19 |
19 |
28 |
|
9,5 |
0,095 |
0,56 |
29 |
30 |
30 |
|
14,5 |
0,15 |
0,6 |
39 |
40 |
31 |
|
19,5 |
0,2 |
0,62 |
44 |
43 |
32 |
|
22 |
0,215 |
0,64 |
Wnioski
Podczas ćwiczenia badaliśmy tranzystor bipolarny. Naszym celem było uzyskanie charakterystyk statycznych dla prądów i napięć stałych. Pomiary przeprowadzaliśmy dla trzech różnych wartości Ib =0,1 mA Ib =0,15 mA , Ib =0,2 mA oraz trzech wartości napięcia Uce =3 V, Uce =5 V , Uce =12 V.
Uzyskane charakterystyki umożliwiły nam wyznaczenie punktu pracy A. Charakterystyki te jak przypuszczaliśmy są nie odbiegają od charakterystyk przedstawionych w skrypcie , z czego wnoszę ,że pomiary i przeliczenie podziałek Na jednostki zostały przeprowadzone w sposób poprawny.