AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA w BYDGOSZCZY |
|
Laboratorium elementów i układów elektronicznych. |
Nazwisko i Imię: 1. Grzegorz Mazany |
Nr ćwiczenia: 8 Temat: Tranzystor bipolarny jako układ wzmacniający w układzie OE.
|
2. Adam Jagodziński 3. Filip Pawlikowski
Nr grupy L4. Semestr IV. |
Data wykonania ćw. Data oddania spr. Ocena 97.05.19 97.05.26 |
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 IC=f(UCE)/IB=const.
IB=10μA
IC[mA] |
0 |
0,75 |
2,0 |
2,06 |
2,08 |
2,1 |
2,15 |
2,25 |
UCE[V] |
0 |
0,104 |
0,206 |
0,266 |
0,938 |
1,996 |
5,024 |
12,0 |
IB=20μA
IC[mA] |
0 |
1,24 |
4,00 |
4,20 |
4,25 |
4,30 |
4,45 |
4,75 |
UCE[V] |
0 |
0,085 |
0,212 |
0,799 |
1,007 |
2,022 |
5,051 |
12,0 |
IB=30μA
IC[mA] |
0 |
1,50 |
6,35 |
6,42 |
6,64 |
6,65 |
6,80 |
7,54 |
UCE[V] |
0 |
0,103 |
0,288 |
0,594 |
1,002 |
2,021 |
5,068 |
12,0 |
IB=40μA
IC[mA] |
0 |
3,54 |
8,44 |
8,68 |
8,76 |
8,90 |
9,36 |
10,80 |
UCE[V] |
0 |
0,103 |
0,291 |
0,594 |
1,002 |
2,016 |
5,055 |
12,0 |
IB=50μA
IC[mA] |
0 |
3,60 |
9,00 |
10,85 |
11,75 |
12,00 |
12,75 |
15,02 |
UCE[V] |
0 |
0,095 |
0,191 |
0,291 |
1,038 |
2,048 |
5,118 |
12,0 |
1.3. Pomiary - wyznaczenie charakterystyk wejściowych IB=f(UBE)/UCE=const.
UCE=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 |
UCE=2V
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.
Schemat układu pomiarowego.
2.2. Pomiary - wyznaczenie charakterystyki przejściowej UCE=f(UBE).
UBE[V] |
0,006 |
0,200 |
0,300 |
0,519 |
0,600 |
0,620 |
0,635 |
UCE[V] |
12,04 |
12,04 |
12,04 |
12,02 |
11,70 |
11,44 |
10,93 |
UBE[V] |
0,650 |
0,660 |
0,670 |
0,680 |
0,690 |
0,700 |
|
UCE[V] |
9,73 |
8,03 |
6,16 |
4,10 |
2,41 |
0,42 |
|
2.3 Zależność Uce = f ( Ube ) ,
3. Badanie wpływu punktu pracy tranzystora bipolarnego na jego właściwości wzmacniające.
3.1. Schemat układu pomiarowego.
Oscylogramy.
Są to oscylogramy napięcia napięcia wyjściowego Vo dla przebiegu niezniekształconego oraz dla przebiegu z wyraźnie odciętymi wierzchołkami sinusoidy, zanotowane zostały również wartości napięcia wejściowego Vg oraz różne wartości prądu bazy.
5V/div ; 0.2ms/dz ; Vg=0.13V 2V/div ; 0.2ms/dz ; Vg=0.012V
Ib=14μA
2V/div ; 0.2ms/dz ; Vg=0.13V 0.5V/div ; 0.2ms/dz ; Vg=0.011V
Ib=4.5μA
5V/div ; 0.2ms/dz ; Vg=0.13V 2V/dz ; 0.2ms/dz ; Vg=0.017V
Ib=25.2μA
Opracowanie wyników i wnioski.
a) charakterystyka wyjściowa IC=f(UCE)/IB=const.
Na wykresach przedstawiono rodzinę charakterystyk wyjściowych tranzystora bipolarnego w układzie OE. Na charakterystyce wyjściowej tranzystora w układzie OE można wyróżnić 3 zakresy pracy:
zakres nasycenia występuje dla małych wartości UCE (wówczas prąd IC silnie zależy od wartości napięcia UCE)
zakres aktywny występuje przy wyższych wartościach napięć UCE
zakres odcięcia występuje przy prądzie IB=0
Należy zauważyć, że dla tranzystora rzeczywistego pracującego w zakresie aktywny wartość prąd kolektora IC wzrasta przy wzroście napięcia UCE. Wynika to z faktu, że wartość współczynnika wzmocnienia prądowego β nie jest stała. Ze wzrostem UCE 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:
Dla porównania wartości współczynnika β dla tego tranzystora odczytane z katalogu są:
Określenie średniej wartości współczynnika α.
c) charakterystyki wejściowe IB=f(UBE)/UCE=const.
Charakterystyka wejściowa jest charakterystyką diody. Wartość napięcia UBE od której zaczyna płynąć prąd bazy zależy od wartości napięcia UCE (im wyższa wartość napięcia UCE, tym większa jest wartość napięcia UBE).
d) charakterystyka przejściowa UCE=f(UBE).
Na wykresie można wyróżnić zakres pracy tranzystora:
dla małych wartości UBE<0,5V napięcie UCE jest równe napięciu zasilania UCC (UCE =UCC=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 UBE.
dla wartości napięcia UBE >0,55 tranzystor zaczyna wchodzić w stan aktywny (mały wzrost UBE powoduje duży spadek wartości UCE), złącze BE przewodzi, a złącze BC zaporowo. Napięcia UCE może zmaleć jedynie do wartości napięcia saturacji UCEsat, 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.
Mając charakterystykę wyjściową można rozpocząć rozważania teoretyczne o pracy wzmacniacza. W tym celu należy nanieść prostą obciążenia, która jest opisana równaniem na rodzinę charakterystyk wyjściowych tranzystora Ic=f(Vce) i znaleźć punkty przecięcia się tych dwóch funkcji. Otrzymamy „drogę”, po której może się poruszać punkt pracy. Dobór optymalnego punktu pracy jest bardzo ważny, gdyż niewłaściwie zaprojektowany wzmacniacz może być przyczyną zniekształceń. Punkt pracy zależy od wartości Rb oraz Rc. Rezystancja Rb ogranicza prąd bazy, a więc poprzez liniową zależność Ic=βIb również prąd kolektora. Ze wzrostem Rb prąd kolektora maleje, a napięcie Uce rośnie (przesuwamy się w prawo po prostej obciążenia). Punkt pracy musi znajdować się w takim położeniu aby umożliwiał zmiany składowej zmiennej w jak najszerszym zakresie. Rezystor Rc ogranicza maksymalną wartość prądu Ic. Uwidacznia się to zmianą kąta nachylenia prostej obciążenia. Rezystancja Rc musi być tak dobrana by punkt pracy leżał poniżej krzywej mocy admisyjnej.
Przy tak dobranym punkcie pracy mamy pewność, że do pewnej wartości max. napięcia wejściowego (Vgm=0.012V) odpowiedź będzie bez zniekształceń. Pokazane to zostało na oscylogramach.
Jeśli zwiększymy amplitudę sygnału wejściowego ponad pewną wartość maksymalną (Vgm=0.012V) to dla tej wartości napięcia otrzymamy Ib(max), który może leżeć już w zakresie nasycenia, w którym tranzystor traci swoje właściwości wzmacniające lub jeśli zmniejszymy amplitudę ponad pewną wartość minimalną to otrzymamy Ib(min), który może leżeć w zakresie odcięcia a więc prąd kolektora przestaje płynąć.
Podczas ćwiczenia zaobserwowaliśmy, że wraz ze zmianą Vg przesuwał się punkt pracy stąd ten niesymetrycznie zniekształcony sygnał. Napięcie Vce wzrosło czyli punkt pracy przesunął się w prawo umożliwiając większe zmiany dodatnich połówek sinusoidy napięcia wejściowego przy jednoczesnym zniekształceniu dolnych, a ponieważ układ odwraca fazę sygnału o180° na wyjściu zaobserwowaliśmy większe zniekształcenie górnych połówek niż dolnych. Dalsze zwiększanie amplitudy napięcia wejściowego doprowadzi do zniekształcenia obu połówek. Oscylogramy zostały zdjęte dla takiej wartości napięcia wejściowego , przy której widoczna była asymetria zniekształcenia.
Każda odchyłka od punktu pracy dla 0.3Ib oraz 1.8Ib pogłębia tylko zniekształcenia, gdyż sygnał wcześniej będzie „obcinany”.
7
Wyszukiwarka