Arkadiusz Szachniewicz wydzial: Elektronika

CWICZENIE 46

BADANIE WLASNOSCI TRANZYSTOROW

Cwiczenie polegalo na pomiarze tranzystorow. Dokladnie na zdjeciu charakterystyk:

charakterystyki wejsciowej Ib = f(Ube)

charakterystyki wyjsciowej Ic = f(Uce)

charakterystyki przejsciowej Ic = f(Ib)

charakterystyki przejsciowej Ube = f(Uce)

W tym celu nalezalo pomierzyc odpowiednie napiecia i prady w obwodzie elektrycznym zlozonym z danego tranzystora pracyjacego w ukladzie OE (wspolnego emitera).

Ja opiosze zasade dzialania tranzystora typu n-p-n. Tranzystor p-n-p zachowyje sie tak samo, lecz biegunowosc napiec i pradow jest tu odwrocona.

Symbol tranzystora bipolarnego typu n-p-n :

gdzie B-baza tranzystora C-kolektor tranzystora E-emiter tranzystora

Tranzytor to element elektroniczny zbudowany z polprzewodnikow domieszkowanych donorowo i akceptorowo (typu p i n). Przy czym domieszkowanie jest rozne (dla emitera 10^17 domieszek na cm szescienny polprzewodnika samoistnego, dla bazy 10^15 domieszek na cm szescienny polprzewodnika samoistnego, dla kolektora 10^16 domieszek na cm szescienny polprzewodnika samoistnego).

Dla tranzystora n-p-n mechanizm ruchu nosnikow jest nastepujacy:

elektrony wygenerowane na kontakcie emitera pokonuja obszar emitera ruchem dryftowym, zlacze emiterowe pokonuja rychem dyfuzyjnym i tworza w bazie nierownomierny rozklad koncentracji nadmiarowych nosnikow mniejszosciowych. W obszarze bazy elektrony poruszaja sie ruchem dyfuzyjnym. Po dotarciu do zlacza kolektorowego sa "wymiatane" do obszaru kolektora; pokonuja go ruchem dryftowym i rekombinuja na kontakcie.

Prad bazy posiada dwie skladowe. Jedna z nich stanowia te dziury, ktore rekombinyja z elektronami w bazie zas druga te dziury, ktore po wstrzyknieciu do obszaru emitera rekombinuja z elektronami. Mala wartosc prady bazy wynika ze slabego domieszkowania bazy oraz krotkiego czasu prtzelotu elektronow przez obszar bazy.

Tranzystory moga pracowac w jwdnym z trzech ukladow:

Uklady pomiarowe:

Dla tranzystora n-p-n:

Dla tranzystora p-n-p:

Pomiary:

Tranzystor n-p-n BC 107

	Ib=30A			Ib=60A
Lp.	Uce[v]	Ic[mA]	Ube[v]		Uce[v]	Ic[mA]	Ube[v]
1	0.05	0.70	0.65		0.05	1.02	0.661
2	0.1	2.63	0.681		0.1	4.85	0.698
3	0.2	6.23	0.705		0.2	11.27	0.722
4	0.5	7.0	0.704		0.5	14.07	0.716
5	1	7.27	0.698		1	14.74	0.708
6	2	7.48	0.687		2	15.40	0.696
7	3	7.68	0.682		3	15.88	0.689
8	4	7.87	0.677		4	16.43	0.677
9	5	8.07	0.673		5	16.84	0.671
10	6	8.12	0.66
11	7	8.33	0.66
12	8	8.39	0.654
13	9	8.57	0.649

Klasy miernikow i bledy pomiarow:

amperomierz: kl 0.5 zakres 20 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 0.1 mA

woltomierz 1: kl 0.5 zakres 2 V blad Ube = 2 V * 0.5 % = 0.01 V

woltomierz 2: kl 0.5 zakres 20 V blad Uce = 20 V * 0.5 % = 0.1 V

Ic = f(Ib) Ube = f(Ib) Uce = 2V

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Ib[uA]	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Ube[v]	0.664	0.681	0.69	0.698	0.703	0.708	0.713	0.719	0.725
Ic[mA]	2.4	4.9	7.5	9.9	12.7	15.1	17.4	19.8	22.2

amperomierz1: kl 0.5 zakres 2 mA blad Ib = 2 mA * 0.5 % = 0.01 mA

amperomierz2: kl 0.5 zakres 20 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 0.1 mA

(dla pomiarow pradu do 20 mA)

zakres 200 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 1 mA

(dla pomiarow pradu od 20 mA)

woltomierz: kl 0.5 zakres 2 V blad Ube = 2 V * 0.5 % = 0.01 V

Ic = f(Ib) Ube = f(Ib) Uce = 4V

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Ib[uA]	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Ube[v]	0.657	0.667	0.674	0.676	0.671	0.673	0.674	0.674	0.674
Ic[mA]	2.6	5.2	7.8	10.9	13.7	16.6	19.4	22.4	25.2

amperomierz1: kl 0.5 zakres 2 mA blad Ib = 2 mA * 0.5 % = 0.01 mA

amperomierz2: kl 0.5 zakres 20 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 0.1 mA

zakres 200 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 1 mA

woltomierz: kl 0.5 zakres 2 V blad Ube = 2 V * 0.5 % = 0.01 V

Tranzystor p-n-p BC 313

	Ib=200A			Ib=300A				Ib=400A
Lp.	Uce[v]	Ic[mA]	Ube[v]		Uce[v]	Ic[mA]	Ube[v]		Uce[v]	Ic[mA]	Ube[v]
1	0.05	3.7	0.631		0.05	6.1	0.643		0.05	6.8	0.646
2	0.1	11.2	0.651		0.1	16.3	0.663		0.1	21.7	0.670
3	0.2	22.1	0.664		0.2	32.2	0.677		0.2	40.6	0.682
4	0.5	24.5	0.661		0.5	36.5	0.676		0.5	49.0	0.681
5	1	25.2	0.657		1	37.4	0.672		1	50.4	0.677
6	2	25.8	0.651		2	38.6	0.668		2	51.6	0.674
7	3	26.4	0.649		3	39.3	0.666		3	52.4	0.674
8	4	26.8	0.647		4	39.7	0.666		4	52.2	0.678
9	5	27.0	0.647		5	39.4	0.670
10	6	27.1	0.649
11	7	27.3	0.652
12	8	26.9	0.661

Klasy miernikow i bledy pomiarow:

amperomierz: kl 0.5 zakres 20 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 0.1 mA

(dla pomiarow pradu do 20 mA)

zakres 200 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 1 mA

(dla pomiarow pradu od 20 mA)

woltomierz 1: kl 0.5 zakres 2 V blad Ube = 2 V * 0.5 % = 0.01 V

woltomierz 2: kl 0.5 zakres 20 V blad Uce = 20 V * 0.5 % = 0.1 V

Ic = f(Ib) Ube = f(Ib) Uce = 2V

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Ib[uA]	40	80	120	160	200	240	280	320	360	400
Ube[v]	0.625	0.643	0.654	0.659	0.664	0.668	0.673	0.677	0.681	0.685
Ic[mA]	4.9	9.8	14.7	19.9	25	30.1	35.1	40.2	45.2	50.0

amperomierz1: kl 0.5 zakres 2 mA blad Ib = 2 mA * 0.5 % = 0.01 mA

amperomierz2: kl 0.5 zakres 20 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 0.1 mA

(dla pomiarow pradu do 20 mA)

zakres 200 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 1 mA

(dla pomiarow pradu od 20 mA)

woltomierz: kl 0.5 zakres 2 V blad Ube = 2 V * 0.5 % = 0.01 V

Ic = f(Ib) Ube = f(Ib) Uce = 4V

L.p.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Ib[uA]	40	80	120	160	200	240	280	320	360	400
Ube[v]	0.606	0.622	0.631	0.638	0.643	0.648	0.653	0.66	0.668	0.677
Ic[mA]	5.1	10.6	16.1	21.4	27.1	32.6	38	43.2	48.2	52.6

amperomierz1: kl 0.5 zakres 2 mA blad Ib = 2 mA * 0.5 % = 0.01 mA

amperomierz2: kl 0.5 zakres 20 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 0.1 mA

zakres 200 mA blad Ic = 20 mA * 0.5 % = 1 mA

woltomierz: kl 0.5 zakres 2 V blad Ube = 2 V * 0.5 % = 0.01 V

Parametry tranzystorow:

Uklad rownan hybrydowych dla tranzystora pracujacego w ukladzie wspolnego emitera (OE):

Parametry h mozna interpretowac nastepujaco:

Odpowiada to nastepujacemu schematowi zastepczemu tranzystora (uklad czwornika dla pracy przy malych i srednich czestotliwosciach:

Obliczenia parametrow dla mierzonych tranzystorow:

Dla tranzystora BC 107 typu n-p-n :

r we = 685 przy Uce = 4V

r we = 186

g wy = 1/r wy = 14 mS przy Ib = 200 uA

r wy = 7100 przy Ib = 200 uA

r wy = 830

= 248 przy Uce = 4V

= 6

= 0.996 przy Uce = 4V

Dla tranzystora BC 313 typu p-n-p :

r we = 125 przy Uce = 4V

r we = 60

g wy = 1/r wy = 0.35 mS przy Ib = 200 uA

r wy = 2857 przy Ib = 200 uA

r wy = 485

= 134 przy Uce = 4V

= 14

= 1.008 przy Uce = 4V

Wnioski:

Otrzymane w wyniku pomiarow wykresy pokrywaly sie z oczekiwanymi ksztaltami tych charakterystyk.

Liczenie bledow dla parametrow schematu hybryd wykonalem w oparciu o metode rozniczki zupelnej. Mysle, ze metoda ta byla malo dokladna.

Parametr h21E to po prostu wzmocnienie pradowe tranzystora.

Tranzystory bipolarne moga pracowac w trzech roznych ukladach (dla ktorych prawdziwe sa okreslone prawa).

Uklad wspolnej bazy: charakteryzyje sie tym, ze pracujac w ten sposob tranzystor wzmacnia tylko napiecie.

Uklad wspolnego kolektora: charakteryzyje sie tym, ze pracujac w ten sposob tranzystor wzmacnia tylko prad.

Uklad wspolnego emitera: charakteryzyje sie tym, ze pracujac w ten sposob tranzystor wzmacnia napiecie i prad (wzmacniacz mocy).

Poza parametrami mierzonymi w cwiczeniu istnieje jeszcze szereg innych parametrow opisyjacych tranzystory (podawanych przez prodycentow) np:

- zakres minimalnej i maksymalnej temperatury pracy tranzystora

- maksymalne wartosci pradow i napiec tranzystora (napiecia przebicia)

- prady zerowe (Ib0, Ic0)

- czestotliwosc maksymalna pracy tranzystora

- maksymalna czestotliwosc generacji

- pojamnosci pasozytnicze przy okreslonych czestotliwosciach przenoszonych przez tranzystor

- wartosc zwarciowej admitancji wyjsciowej

W katalogach producenci podaja dla kazdego z tych parametrow wartosci minimalne, maksymalne i typowe.

Bledy poszczegolnych pomiarow wyznaczylem w oparciu o znajomosc zakresy pomiarowego miernika i jego klasy dokladnosci.

---