Łukasz Topczak Wrocław, 99-11-26

Uniwersytet Wrocławski

Wydział Fizyki i Astronomii

Fizyka Komputerowa

Pracownia elektroniczna

Poniedziałek, godz.7.45

Prowadzący: dr K. Jerie

Ćwiczenie nr 29

CHARAKTERYSTYKA PRZEJŚCIOWA TRANZYSTORA

I. Wstęp teoretyczny

Do najważniejszych elementów współczesnej elektroniki należą tranzystory. Ze względu na występujący w nich rodzaj nośnika dzieli się je na bipolarne (nośniki obu rodzajów) i unipolarne (nośniki jednego rodzaju). Omówimy tylko budowę i działanie tranzystorów bipolarnych, gdyż to one są przedmiotem doświadczenia.

Efekt tranzystorowy można zaobserwować w strukturze pnp względnie npn, dla której oba złącza są monokrystaliczne. Dodatkowo winny być spełnione następujące warunki:

1. Jedno ze złączy winno być spolaryzowane w kierunku przewodzenia (dioda emiterowa), natomiast drugie w kierunku zaporowym (dioda kolektorowa).

2. Grubość obszaru tzw. bazy między obu złączami winna być mała w porównaniu z długością drogi dyfuzji nośników większościowych emitera wynoszącej zazwyczaj 0,01-0,1 mm.

3. Obszar emitera winien zawierać znacznie więcej nośników większościowych niż obszar bazy, tak aby prąd płynący od strony emiterowej był 10³-10⁵ razy większy niż prąd od strony bazy.

Dla tranzystorów bipolarnych przyjęto nazwy elektrod i symbole graficzne jak przedstawiono na rysunku:

Model EBERSA - MOLLA:

Jest to bardziej dokładny model tranzystora (wzmacniacza transkondukcyjnego), gdzie model transkondukcyjny zakłada, że prąc kolektora zależy bezpośrednio od napięcia jakie się odłoży pomiędzy bazą i emiterem.

W modelu Ebersa - Molla opieramy się o zależność prądu kolektora od napięcia pomiędzy bazą, a emiterem

J_s - prąd wsteczny nasycenia charakterystyczny dla danego egzemplarza

Powyższe równanie nazywamy równaniem Ebersa - Molla

Schematy układów

1. Pomiary dokonuję montując zamieszczony poniżej układ, dzięki któremu będę mogła wyznaczyć charakterystykę przełączania tranzystora

2. Pomiary dokonuję montując zamieszczony poniżej układ,

Opracowanie wyników po miarów :

1 Tabele pomiarowe

Opór dekadowy[MΩ]	UE[V]	UCE[V]
10	0,54	15,29
9,5	0,54	15,27
8,5	0,54	15,24
8	0,55	15,23
7,5	0,55	15,2
7	0,56	15,17
6,5	0,56	15,14
6	0,56	15,11
5,5	0,57	15,07
5	0,57	15,02
4,5	0,57	14,96
4	0,58	14,88
3,5	0,58	14,78
3	0,58	14,65
2,5	0,59	14,46
2	0,59	14,18
1,5	0,6	13,72
1	0,61	12,2
0,5	0,62	8,87
0,3	0,64	3,23
0,2	0,65	0,12
0,1	0,66	0,09
0,05	0,67	0,06
0,01	0,67	0,04

2.Zaobserwowane oscylogramy dla różnych częstotliwości (1, 10 i 100 kHz)

a)wejście 1 i 2 na schemacie

b)wejście 1 i 3 na schemacie

c)wejście 2 i 3 na schemacie

dołączone zostały na papierze milimetrowym.

Opracowanie wyników pomiarów.

Wykres charakterystyki przełącza tranzystora (Uce- napięcie kolektor - emiter,

Ue -napięcie na emiterze ):

Opracowanie błędów:

Błędy jakie popełniamy w tym doświadczeniu to zjawisko paralaksy podczas odczytywania wyników oraz niedokładność przyrządów. Niedokładność ich liczymy ze wzoru:

ΔU= zk/i

z= zakres przyrządu

k= klasa przyrządu

i = ilość podziałek

Błąd dla pierwszego woltomierza wynosi:

Z =1 V

K= 0,5

I =100

Δ Ue=0,005 [V]

Błąd dla drugiego woltomierza wynosi:

Z =15 V

K = 0,5

I = 100

ΔUce=0,075 [V]

Błędy te zostały zaznaczone na wykresie.

Wnioski:

Na naszym wykresie widzimy iż tranzystor zaczyna przełączać dopiero dla napięć rzędu 0,6 V, a zależność napięcia kolektora od napięcia bazy maleje w przybliżeniu liniowo, co jest zgodne z rozważaniami teoretycznymi .

Natomiast do zrozumienia otrzymanych oscylogramów niezbędne jest zrozumienie wewnętrznej budowy tranzystora i ograniczeń jakie się z tym wiążą.

Opóźnienie sygnałów wynika z szybkości dyfuzji nośników w bazie - jest to bezpośrednią przyczyną opóźnienia fazowego jakie obserwujemy. Opóźnienia to jest bardziej widoczne w tranzystorach typu npn, tranzystory pnp są ulepszone zwiększyło to znacznie możliwości przenoszenia częstotliwości przez tranzystor, przez co przesunięcie fazowe się zmniejszyło. W tranzystorach typu pnp szybkość dyfuzji nośników jest znacznie większa niż w npn. W tranzystorach pasmo przenoszenia przesunęło się w stronę górnych częstotliwości.

Jeżeli potraktujemy układ jako filtr RC, czyli układ o określonej pojemności - w naszym przypadku układ jest filtrem dolnoprzepustowym. Zwiększając ruchliwość nośników w tranzystorze zmniejszamy pojemność E-B(emiter - baza) i B-C(baza - kolektor), przez co zmniejsz się stała czasowa
i filtr przepuszcza również wyższe częstotliwości, czyli zwiększa się pasmo przenoszenia takiego układu.

1

7

7

p n p

kolektor

E

emiter

baza

B

C

kolektor

baza

emiter

E

B

C

n p n

C

E

B

C

E

B

GENERATOR

IMPULSÓW

PROSTO-KĄTNYCH

---