LABORATORIUM Z FIZYKI
Marcin Krzesaj	TEMAT: Badanie tranzystora bipolarnego.	20.05.97
nr 18

Wstęp:

Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości statycznych tranzystora bipolarnego na podstawie charakterystyk statycznych oraz wyznaczenie kilku jego podstawowych parametrów. Do ćwiczenia wykorzystujemy tranzystor bipolarny połączony w układzie WE (wspólny emiter).

1. Wyznaczanie charakterystyk IK=f(UKE).

Ustalamy stałą wartość prądu bazy IB. Przy dobranej wartości prądu IB zmieniamy wartość napięcia kolektor - emiter UKE w zakresie od 0 do 20 V. Początkowo zmiany wynoszą 0,5 V, później kilka Voltów. Z miliamperomierza odczytujemy wartość prądu kolektora I

IB=200 mA				IB=400 mA
IK [mA]	UKE [V]		IK[mA]	UKE [V]
14.4	0.5		32.1	0.5
14.8	1		32.6	1
15	1.5		33.1	1.5
15	2		33.4	2
15.4	2.5		33.8	2.5
15.6	3		34.1	3
16.1	5		34.9	5
16.5	7		35.7	7
16.8	9		36.4	9
17.2	11		37.1	11
17.6	13		37.7	13
17.9	15		38.4	15
18.3	17		39	17
18.6	19		39.8	19
18.8	20		40.7	20

2. Wyznaczanie charakterystyk IK=f(IB).

Ustalamy stałą wartość napięcia kolektor - emiter UKE. Przy ustalonej wartości napięcia UKE zmieniamy wartość prądu bazy IB w zakresie od 0 do 500 mA. Zmiany wynoszą 50 mA. Z miliamperomierza odczytujemy wartość prądu kolektora IK.

UKE=5 V				UKE=10 V
IB [mA]	IK [mA]		IB [mA]	IK [mA]
0.05	4.1		0.05	4.7
0.1	8		0.1	9.6
0.15	14.5		0.15	14.8
0.2	19.7		0.2	20.2
	24.2		0.25	25.2
0.3	29		0.3	30.1
0.35	33.6		0.35	34.5
0.4	38.3		0.4	40.1
0.45	42.4		0.45	44.8
0.5	47.1		0.5	50

3. Wyznaczanie charakterystyk IB=f(UBE).

Ustalamy stałą wartość napięcia kolektor - emiter UKE. Przy ustalonej wartości napięcia UKE zmieniamy wartość napięcia baza - emiter UBE w zakresie od 0 do
5 V. Zmiany wynoszą 0,5 V. Z mikroamperomierza odczytujemy wartość prądu bazy IB. Ponieważ na woltomierzu odczytujemy sumę napięć baza - emiter UBE i spadku napięcia na mikroamperomierzu, więc przy pomiarze UBE należy od wskazań woltomierza odjąć spadek napięcia na mikroamperomierzu:

UKE=5 V					UKE = 10V
IB [mA]		UBE [V]	IB [mA]		UBE [V]
0.0005		0.05	0.0009		0.05
0.0054		0.07	0.0043		0.07
0.0173		0.09	0.0142		0.09
0.0406		0.11	0.0356		0.11
0.0783		0.13	0.0754		0.13
0.1465		0.15	0.1402		0.15
0.283		0.17	0.256		0.17
0.436		0.19	0.431		0.19
0.468		0.21	0.46		0.21
0.52		0.23	0.561		0.23

1. Na podstawie tabeli zależności prądu kolektora IK od napięcia kolektor - emiter UKE obliczamy współczynnik wzmocnienia prądu :

dla wartości napięcia UKE=5V.

ΔIK1 = 16,1 - 4,4 = 11,7 mA ΔIB1 = 200 μA β 1 =58,5

ΔIK2 = 34,9 - 8,6 = 26,3 mA ΔIB2 = 400 μA β2 = 65.7

β =

2. Współczynnik wzmocnienia prądowego α w układzie tranzystora o wspólnej bazie WB jest powiązany ze współczynnikiem β poprzez zależność:

.

Dla naszego układu : α = 0,984

3. Na podstawie tabeli zmian prądu bazy I_B w zależności od napięcia baza - emiter U_BE wyznaczamy rezystancję wejściową tranzystora korzystając ze wzoru:

.

Przykładowe obliczenia :

Średnia rezystancja wejściowa :

r_WE = 844 Ω

4. Rachunek błędów

Błędy obliczone przy pomocy pochodnej logarytmicznej:

1) Wyznaczanie współczynnika β :

2) Błąd wyznaczania współczynnika α:

3) Błąd wyznaczania rezystancji wejściowej tranzystora:

• Współczynnik wzmocnienia prądu β w układzie o wspólnym emiterze WE wynosi:

β= 62.1 ± 2.5

• Współczynnik wzmocnienia α prądowego w układzie o wspólnej bazie WB wynosi:

α= 0,984 ± 0.079

• Rezystancja wejściowa tranzystora wynosi:

r_we = 844 Ω ± 34 Ω

Do pomiarów używaliśmy mierników cyfrowych o dokładności 2% wartości odczytanej;

Wnioski

Z przeprowadzonych wyliczeń i wykreślonych charakterystyk statycznych widzimy, że:

• charakterystyka wejściowa w układzie WE przedstawia zależność prądu bazy I_B od napięcia U_BE przy stałym napięciu kolektora U_KE , jest to więc typowa charakterystyka złącza p-n spolaryzowanego w kierunku przewodzenia;

• uzyskujemy wzmocnienie prądu i napięcia oraz wyznaczamy współczynniki tego wzmocnienia α i β;

Możemy wnioskować, że badany przez nas układ to trioda półprzewodnikowa czyli tranzystor.

---