AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA w BYDGOSZCZY
Laboratorium elementów i układów elektronicznych.	Nazwisko i Imię:
Nr ćwiczenia: 8 Temat: Tranzystor bipolarny jako układ wzmacniający w układzie OE.	1. Niemczewski Leszek 2. Podoracki Robert Nr grupy M6. Semestr IV.
Data wykonania ćw. Data oddania spr. Ocena 97.04.21 97.04.28	Instytut: Podstaw Elektroniki

1. Zdejmowanie charakterystyk wejściowych i wyjściowych tranzystora bipolarnego

w układzie OE.

1.1. Schemat układu pomiarowego.

1.2. Pomiary - wyznaczenie charakterystyk wyjściowych I_C=f(U_CE)/I_B=const.

I_B=15μA

IC[mA]	3,60	3,76	3,82	3,84	3,90	4,00	4,10	4,20	4,32	4,52
UCE[V]	0,180	0,227	0,352	0,673	1,213	3,142	5,285	7,281	9,331	12,28

I_B=20μA

IC[mA]	1,74	5,10	5,22	5,30	5,46	5,66	5,88	6,08	6,36
UCE[V]	0,090	0,204	0,294	1,085	3,372	5,270	7,350	9,360	12,18

I_B=30μA

IC[mA]	5,14	6,58	7,80	8,00	8,20	8,60	9,00	9,50	10,25
UCE[V]	0,131	0,164	0,266	0,930	2,227	4,225	6,268	8,312	12,41

I_B=40μA

IC[mA]	9,75	10,25	10,70	10,90	11,40	12,00	12,70	13,50	14,50
UCE[V]	0,230	0,250	0,760	1,560	3,476	5,684	7,805	9,827	12,32

I_B=50μA

IC[mA]	9,6	12,0	13,4	13,8	14,4	15,3	16,8	18,0	19,3
UCE[V]	0,140	0,225	0,805	1,818	3,803	5,958	8,047	10,167	12,29

1.3. Pomiary - wyznaczenie charakterystyk wejściowych I_B=f(U_BE)/U_CE=const.

U_CE=0V

IB[μA]	5,0	10,0	15,0	19,0	25,0	30,0	35,0	39,8	45,0	50,0
UBE[V]	0,554	0,576	0,589	0,597	0,606	0,611	0,616	0,621	0,624	0,628

U_CE=2,20V

IB[μA]	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0	30,0	35,0	40,0	45,0	50,0
UBE[V]	0,655	0,674	0,684	0,691	0,696	0,700	0,703	0,705	0,707	0,709

2. Zdejmowanie charakterystyki przejściowej tranzystora w układzie OE.

2.1. Schemat układu pomiarowego.

2.2. Pomiary - wyznaczenie charakterystyki przejściowej U_CE=f(U_BE).

UBE[V]	0,200	0,548	0,610	0,624	0,645	0,648	0,657	0,662	0,666
UCE[V]	11,97	11,94	11,59	11,31	10,47	10,14	9,07	8,00	7,13

UBE[V]	0,671	0,676	0,680	0,689	0,693	0,697	0,706	0,701
UCE[V]	5,81	5,00	3,97	2,06	1,51	0,90	0,163	0,148

3. Badanie wpływu punktu pracy tranzystora bipolarnego na jego właściwości wzmacniające.

3.1. Schemat układu pomiarowego.

3.2. Pomiary i obliczenia.

Wzmocnienie napięciowe: , gdzie

dla I_B1=13,8μA U_CE=6,07V

IB	eg=UI	UO	KU
IB1=13,8μA	24,93mV
0,3IB1=4,14μA	18,5mV
1,8IB1=24,8μA	3,6mV

4. Opracowanie wyników i wnioski.

a) charakterystyka wyjściowa I_C=f(U_CE)/I_B=const.

Na wykresach przedstawiono rodzinę charakterystyk wyjściowych tranzystora bipolarnego w układzie OE. Na jednym zobrazowano wszystkie wartość pomiarowe, zaś na drugim wyeksponowano wartości wynikające z zakresu nasycenia. Na charakterystyce wyjściowej tranzystora w układzie OE można wyróżnić 3 zakresy pracy:

• zakres nasycenia występuje dla małych wartości U_CE (wówczas prąd I_C silnie zależy od wartości napięcia U_CE)

• zakres aktywny występuje przy wyższych wartościach napięć U_CE

• zakres odcięcia występuje przy prądzie I_B=0

Należy zauważyć, że dla tranzystora rzeczywistego pracującego w zakresie aktywny wartość prąd kolektora I_C wzrasta przy wzroście napięcia U_CE. Wynika to z faktu, że wartość współczynnika wzmocnienia prądowego β nie jest stała. Ze wzrostem U_CE rozszerza się warstwa zaporowa złącza kolektorowego, a szerokość bazy maleje. W obszarze bazy zmniejsza się ilość rekombinacji co powoduje wzrost współczynnika wzmocnienia prądowego. Zjawisko to zwane jest modulacją efektywnej szerokości bazy lub zjawiskiem Early`ego .

b) obliczenie wartości współczynnika wzmocnienie prądowego α, β.

Współczynnik wzmocnienia prądowego w układzie OE:

Współczynnik wzmocnienia prądowego w układzie OB:

• I_B=15μA

IC[mA]	3,82	3,84	3,90	4,00	4,10	4,20	4,32	4,52	βśr
β	255	256	260	267	273	280	288	301	272,5

β_śr=273 α_śr=0,9963

• I_B=20μA

IC[mA]	5,22	5,30	5,46	5,66	5,88	6,08	6,36	βśr
β	261	265	273	283	294	304	318	285,43

β_śr=285 α_śr=0,9965

• I_B=30μA

IC[mA]	7,80	8,00	8,20	8,60	9,00	9,50	10,25	βśr
β	260	267	273	287	300	317	342	292,29

β_śr=292 α_śr=0,9966

• I_B=40μA

IC[mA]	10,70	10,90	11,40	12,00	12,70	13,50	14,50	βśr
β	268	273	285	300	318	338	363	306,43

β_śr=306 α_śr=0,9967

• I_B=50μA

IC[mA]	13,4	13,8	14,4	15,3	16,8	18,0	19,3	βśr
β	268	276	288	306	336	360	386	317,14

β_śr=317 α_śr=0,9969

Z powyższych obliczeń wynika, że zmiany współczynnika β wynikające ze zmian I_C są większe dla większych wartości prądu bazy I_B.

Np.

dla I_B=15μA Δβ=301-255=46

dla I_B=50μA Δβ=386-268=118

Wartość średnia współczynnika wzmocnienia prądowego β wynosi ok. 300A/A.

c) charakterystyki wejściowe I_B=f(U_BE)/U_CE=const.

Charakterystyka wejściowa jest charakterystyka diody. Wartość napięcia U_BE od której zaczyna płynąć prąd bazy zależy od wartości napięcia U_CE (im wyższa wartość napięcia U_CE, tym większa jest wartość napięcia U_BE).

d) charakterystyka przejściowa U_CE=f(U_BE).

Na wykresie można wyróżnić zakres pracy tranzystora:

• dla małych wartości U_BE<0,5V napięcie U_CE jest równe napięciu zasilania U_CC (U_CE =U_CC=12V) jest to zakres odcięcia (zatkania), wówczas złącze BC spolaryzowane zaporowo, zaś złącze BE spolaryzowane w kierunku przewodzenia - jednak złącze nie przewodzi z powodu niskiej wartości napięcia U_BE.

• dla wartości napięcia U_BE >0,55 tranzystor zaczyna wchodzić w stan aktywny (mały wzrost U_BE powoduje duży spadek wartości U_CE), złącze BE przewodzi, a złącze BC zaporowo. Napięcia U_CE może zmaleć jedynie do wartości napięcia saturacji U_CEsat, które wynosi ok. 0,1-0,2V (tranzystor jest w stanie nasycenia, oba złącza przewodzą).

W stanie aktywnym istnieje możliwość wzmacniania sygnału dlatego jest on wykorzystywany do budowy wzmacniaczy.

Stan nasycenia i odcięcia jest wykorzystywany do budowy kluczy elektronicznych, wówczas występują małe straty mocy na elemencie kluczującym.

e) wpływ punktu pracy na parametry wzmacniacza.

Z tabeli umieszczonej w punkcie 3.2 wynika, że wartość współczynnika wzmocnienia napięciowego K_U zależy od wartości prądu bazy. Im wyższa była wartość prądu bazy tym wartość tego współczynnika była większa. Dla wartości prądu bazy I_B=13,8μA, napięcie U_CE=U_CC/2=6V, wówczas wartość międzyszczytowa niezniekształconego napięcia wyjściowego U_O jest największa (optymalny punkt pracy ze względu na maksymalną amplitudę sygnału wyjściowego). Dla większej wartości prądu bazy I_B punkt pracy leży bliżej zakresu nasycenia, natomiast dla mniejszej bliżej zakresu odcięcia - wówczas wartość międzyszczytowa niezniekształconego napięcia wyjściowego jest mniejsza.

W przypadku doboru optymalnego punktu pracy, pewna wartość napięcia e_g wywołuje pojawienie się niezniekształconej sinusoidy o amplitudzie równej w przybliżeniu U_CC/2-0,5V. Dla tej samej wartości napięcia e_g, ale przy większej wartości spoczynkowej prądu bazy I_B wystąpią zniekształcenia ujemnej połówki sinusoidy (przy mniejszej wartości spoczynkowej prądu bazy I_B wystąpią zniekształcenia dodatniej połówki sinusoidy).

f) wnioski i spostrzeżenia.

Tranzystor bipolarny może służyć do wzmacniania sygnału. W ćwiczeniu badano tranzystor w konfiguracji OE pracujący jako wzmacniacz. W przypadku doboru optymalnego punktu pracy ze względu na maksymalną amplitudę sygnału wyjściowego (U_CE=U_CC/2), układ charakteryzował się dużym wzmocnieniem napięciowym K_U=295V/V. Badany tranzystor posiadał oznaczenie BC109. Katalog przeznacza ten tranzystor do stosowania we wzmacniaczach m.cz. o niskim poziomie szumów.

---