Małgorzata Bochniak 10,styczeń,2000.

Fizyka, III rok

Poniedziałek, 15¹⁵-18¹⁵

Ćwiczenie nr 29.

Charakterystyka przejściowa tranzystora.

1.Wstęp teoretyczny

Tranzystor to urządzenie, które pozwala sterować prądem elektrycznym. Możemy sterować prądem o dużym natężeniu używając do tego celu prądu o bardzo małym natężeniu. Tranzystor bipolarny (n-p-n i p-n-p) jest elementem półprzewodnikowym wykorzystującym dwa rodzaje nośników w procesie transportu przez tranzystor.

Aby wyjaśnić dokładniej zasadę działanie tranzystora bipolarnego należy się odwołać do pasmowego modelu ciała stałego. Teoria ciała stałego zakłada, że energia elektronów wchodzących w skład ciała stałego nie jest dowolna, należy natomiast do ściśle określonych zakresów, czyli dozwolonych pasm energetycznych. Model ciała stałego, którym się posługuję opiera się na kilku założeniach:

1. Ciało stałe stanowi kryształ idealny

2. Położenie atomów w sieci krystalicznej jest niezmienne, a ruchy tych atomów traktujemy jako niewielkie drgania

3. Ruch olbrzymiej liczby cząstek (atomów i elektronów) i ich wzajemne oddziaływanie jest równoważny ruchowi jednej cząstki w uśrednionym polu wszystkich pozostałych

Wszelkie zakłócenia (domieszki lub defekty) powodują powstanie dodatkowych dozwolonych poziomów energetycznych.

Model EBERSA - MOLLA:

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

2.Schematy układów

Pomiarów dokonuję montując zamieszczony poniżej układ, dzięki któremu będę mogła wyznaczyć charakterystykę przełączania tranzystora (1)

Pomiarów dokonuję montując zamieszczony poniżej układ, dzięki któremu będę mogła wyznaczyć charakterystykę przełączania tranzystora impulsem prostokątnym (2)

3. Pomiary

1.Wyznaczanie charakterystyki przełączania tranzystora:

Tabela charakterystyki napięciowej U_UC=f(U_BE).

UBE[V]	UUC[V]	R[MΩ]
0,54	14,97	11,0
0,55	14,95	9,8
0,56	14,89	8,0
0,57	14,79	6,0
0,58	14,62	4,4
0,59	14,36	3,4
0,60	14,05	2,3
0,61	13,29	1,4
0,62	11,83	0,8
0,63	10,70	0,6
0,64	8,59	0,4
0,65	3,10	0,2
0,66	0,13	0,1
0,67	0,06	0,0

2. Badanie przełączania tranzystora impulsem prostokątnym:

1. Wejście A oscyloskopu podłączone do punktu 1, wejście B podłączone do punktu 2 i otrzymane oscylogramy dla częstości, które zostały podane przez prowadzącego:

• 10 kHz

• 25 kHz

• 50 kHz

• 100 kHz

2. Wejście A oscyloskopu podłączone do punktu 1, wejście B podłączone do punktu 3 i otrzymane oscylogramy dla częstości, które zostały podane przez prowadzącego:

• 10 kHz

• 25 kHz

• 50 kHz

• 100 kHz

3. Wejście A oscyloskopu podłączone do punktu 2, wejście B podłączone do punktu 3

i otrzymane oscylogramy dla częstości, które zostały podane przez prowadzącego:

• 10 kHz

• 25 kHz

• 50 kHz

• 100 kHz

4. Opracowanie wyników

Ocena błędów

Błąd jaki jest popełniany w tym doświadczeniu wynika głównie z niedokładności pomiaru woltomierzem U₁ i tak dla zakresu 1 V popełniamy błąd, który obliczmy z wzoru:

; gdzie

zatem:

z = 1V;

k = 0,5;

i = 100;

z tego wynika, że błąd wynosi:

ΔU=0,005[V]

Błąd jaki jest popełniamy mierząc woltomierzem U₂ dla zakresu 15 V obliczmy z wzoru:

; gdzie

zatem:

z = 15V;

k = 0,5;

i = 100;

z tego wynika, że błąd wynosi:

ΔU=0,075[V]

Błąd wynika jeszcze z niedokładności odczytywania wartości na woltomierzach, należy tu uwzględnić zjawisko paralaksy.

Na błąd wpływ ma również dodatkowy opór jaki stawiały przewody łączące układ z przyrządem pomiarowym, jak również przewody łączące poszczególne części układu.

5.Wnioski

Obserwując zachowanie krzywej na wykresie widzimy, że przy wzroście napięcia bazy napięcie kolektora maleje liniowo. Tranzystor zaczyna przełączać dopiero dla napięć rzędu 0,6 V w granicy obliczonego powyżej błędu.

Aby zrozumieć w otrzymanych przebiegach czas opóźnienia włączania i wyłączania niezbędne jest zrozumienie wewnętrznej budowy tranzystora i ograniczeń jakie się z tym wiążą.

Opóźnienie jest spowodowane szybkością dyfuzji nośników w bazie, przyczyną tego jest opóźnienie fazowe, które udaje nam się zaobserwować. Szczególnie jest ono widoczne w tranzystorach typu n-p-n, w tej chwili nie są już stosowane, bo od kiedy firma Sony wprowadziła na rynek tranzystory typu p-n-p, zwiększyła się ich wydajność, to znaczy że przesunięcie fazowe się zmniejszyło. W tranzystorach tego typu szybkość dyfuzji jest większa, a pasmo przesunęło się w stronę górnych częstotliwości.

Można jeszcze inaczej popatrzeć na to zagadnienie, a mianowicie można traktować układ jako filtr RC, czyli układ o określonej pojemności - czyli taki układ jest filtrem dolnoprzepustowym. Zwiększając ruchliwość nośników w tranzystorze zmniejszamy pojemność E-B(emiter - baza) i B-C(baza - colector), przez co zmniejsz się stała czasowa

i filtr przepuszcza również wyższe częstotliwości, czyli zwiększ się pasmo przenoszenia takiego układu.

5

5

GENERATOR

Impulsów prostokątnych

z - zakres

k - klasa przyrządu

i - ilość przedziałek

z - zakres

k - klasa przyrządu

i - ilość przedziałek

---