Słapiński Mariusz Białystok 02.23.1999

Elektronika i Telekomunikacja

Grupa C5

Ćwiczenie E-10

Wyznaczanie charakterystyk tranzystora

Wprowadzenie:

Nazwa tranzystor pochodzi od angielskiego słowa TRANSfer reSISTOR, co oznacza element transformujący rezystancję. Tranzystor spełnia wiele różnych funkcji w układach elektronicznych, z których najważniejszą jest wzmacnianie sygnałów. Ta podstawowa funkcja jest wynikiem wzajemnego oddziaływania dwóch złączy p-n, dzięki istnieniu warstwy wspólnej dla obu złączy, nazywanej bazą. Dlatego zjawiska zachodzące w bazie mają podstawowe znaczenie dla sposobu działania tranzystora.

Zasada działania tranzystora:

Wskutek polaryzacji złącza emiter - baza w kierunku przewodzenia, z emitera do bazy są wstrzykiwane elektrony, które w tym obszarze stają się nośnikami mniejszościowymi. Nośniki te podążają przez bazę ku kolektorowi. Po przejściu przez bazę elektrony dostają się do warstwy zaporowej złącza baza - kolektor, z której, będąc nośnikami mniejszościowymi są wyciągane przez istniejące pole E_WZ dalej w kierunku kolektora. Strumień elektronów wstrzykiwanych do bazy stanowi prąd emitera I_E w obwodzie wejściowym, a strumień elektronów odbierany przez kolektor - prąd kolektora I_C w obwodzie wyjściowym. Współczynnik wzmocnienia prądowego definiowany jako

Jest równy w rozpatrywanym przypadku jedności, gdyż z równości obu strumieni elektronów wynika równość prądów wyjściowego I_C i wejściowego I_E.

Ten opis działania tranzystora bipolarnego jest skrajnie uproszczony. Prąd bazy składa się jakby z czterech strumieni dziur, czyli nośników większościowych w bazie. Są one związane z czterema zjawiskami fizycznymi:

• rekombinacją elektronów z dziurami w warstwie zaporowej złącza emiter-baza

• wstrzykiwaniem dziur z bazy do emitera

• generacją par elektron-dziura w warstwie zaporowej złącza kolektor-baza

Ta ostatnia składowa prądu bazy płynie również w obwodzie kolektora jako tzw. prąd zerowy I_CB0.

Pełny obraz rozpływu prądu w tranzystorze przedstawia rysunek:

Przewodnictwo bazy może być elektronowe lub dziurowe w związku z tym rozróżnia się tranzystory p-n-p, n-p-n.

Podstawowe parametry tranzystora:

• U_CB0 - maksymalne napięcie kolektor - baza przy rozwartym emiterze; to ograniczenie wynika ze zjawiska przebicia;

• U_CE0 - maksymalne napięcie kolektor - emiter przy rozwartej bazie; to napięcie ma zwykle wartość o kilkadziesiąt procent mniejszą niż U_CB0

• U_EB0 - maksymalne napięcie na złączu emiter - baza spolaryzowanym w kierunku zaporowym przy rozwartym kolektorze; wartość tego napięcia wynika zwykle z przebicia Zenera i wynosi zaledwie kilka woltów

• I_C - maksymalny prąd kolektora

• P_tot - całkowita moc tracona w tranzystorze

• T_j - maksymalna temperatura pracy złączy w tranzystorze

• Prądy zerowe, najczęściej I_CB0 - prąd kolektora przy polaryzacji złącza kolektor - baza w kierunku zaporowym i rozwarciu obwodu emitera

• β_N - współczynnik wzmocnienia prądowego układu wspólny emiter przy pracy z dużymi sygnałami

• U_{CE sat} - napięcie nasycenia kolektor - emiter przy określonych wartościach prądów I_B i I_C

• f_T - częstotliwość graniczna

• t_on - czas włączania

• t_off - czas wyłączania

Podstawowe znaczenie mają cztery rodziny charakterystyk statycznych:

- charakterystyki wejściowe

- charakterystyki zwrotne (napięciowe)

• charakterystyki przejściowe (prądowe)
  

- charakterystyki wyjściowe

Wykonanie ćwiczenia:

Dla uzyskania charakterystyk statycznych tranzystora posługujemy się zestawem doświadczalnym przedstawionym na rysunku

Wyznaczyć zależność I_C=f(I_B) przy U_CE=const. Zmieniając potencjometrem P₁ prąd I_B od 100 do 240 μA dla trzech napięć U_CE=5V, 7V, 9V wpisując wyniki do tabeli

UCE [V]	IB [μA]	IC [mA]
5	100	14,12
	120	15,57
	140	18,10
	160	22,60
	180	24,10
	200	25,40
	220	26,80
	240	29,40
7	100	14,22
	120	16,30
	140	19,06
	160	21,30
	180	23,00
	200	26,50
	220	30,03
	240	31,10
9	100	13,70
	120	16,00
	140	20,20
	160	22,50
	180	23,50
	200	27,50
	220	31,70
	240	33,80

Wyznaczyć zależność I_B=f(U_BE) przy U_CE=4V. Zmieniając potencjometrem P₁ wartość U_BE w zakresie od 0,4 do 1V skokowo co 50 mV wpisując wyniki do tabeli.

UBE [V]	IB [μA]
0,4	1,00
0,45	5,00
0,5	10,0
0,55	18,0
0,6	30,0
0,65	48,0
0,7	73,0
0,75	117
0,8	165
0,85	208
0,9	267
0,95	320
1,0	400

Na podstawie sporządzonych wykresów określić rezystancję wejściową tranzystora

i współczynnik wzmocnienia prądowego

Rachunek błędów przeprowadzić metodą graficzną

Charakterystyki przejściowe:

I_C

U_CE=5V

U_CE=7V

U_CE=9V

I_B

Charakterystyka wyjściowa:

U_BE

U_CE=4V

I_B

3

I_C I_CB0

I_E

U_EB U_CB

I_C

n p n

E_WZ

- + - +

n p n

Emiter Kolektor

Baza

E U_E - B + U_C C

E U_E + B -U_C C

Emiter Kolektor

Baza

n p n

+ 6V

P₁

U_BE

V

μA

I_B

I_C

T BC211

I_E

+ 0-12V

mA

V

U_CE

Odczyt z przełącznika skokowego

na zasilaczu

---