plik


ÿþRok akademicki: 2014/2015 Laboratorium Elektroniki Rodzaj studiów: Es1 Temat wiczenia: Badanie charakterystyk i parametrów tranzystorów bipolarnych SkBad sekcji: Marcin Spannbauer Kierunek: Elektrotechnika Marcin Mucha Semestr: 3 Patryk Kuzma Grupa: 2 Filip Skoczylas Sekcja: 4 Aukasz Gawron Data wykonania: 12.12.2014 1. Cel wiczenia. Celem wiczenia jest zapoznanie si z zasad dziaBania i podstawowymi charakterystykami tranzystora bipolarnego. 2. Wprowadzenie. Tranzystor bipolarny (dawniej: tranzystor warstwowy, tranzystor zBczowy) to odmiana tranzystora, póBprzewodnikowy element elektroniczny, majcy zdolno[ wzmacniania sygnaBu. Zbudowany jest z trzech warstw póBprzewodnika o ró|nym typie przewodnictwa. Charakteryzuje si tym, |e niewielki prd pByncy pomidzy dwiema jego elektrodami (nazywanymi baz i emiterem) steruje wikszym prdem pByncym midzy emiterem, a trzeci elektrod (nazywan kolektorem). Tranzystor bipolarny skBada si z trzech warstw póBprzewodnika o ró|nym typie przewodnictwa: p-n-p lub n-p-n (istniej wic dwa rodzaje tranzystorów bipolarnych: pnp i npn). Poszczególne warstwy nosz nazwy: §ð emiter (oznaczony przez E) warstwa silnie domieszkowana §ð baza (oznaczona przez B) warstwa cienka i sBabo domieszkowana §ð kolektor (oznaczony przez C) W ten sposób tworz si dwa zBcza p-n: baza-emiter (nazywane krótko zBczem emitera) oraz baza-kolektor (nazywane zBczem kolektora). W normalnych warunkach pracy zBcze kolektora jest spolaryzowane zaporowo. Napicie przyBo|one do zBcza baza-emiter w kierunku przewodzenia powoduje przepByw prdu przez to zBcze  no[niki z emitera (elektrony w tranzystorach npn lub dziury w tranzystorach pnp) przechodz do obszaru bazy (std nazwa elektrody: emiter, bo emituje no[niki). No[ników przechodzcych w przeciwn stron, od bazy do emitera jest niewiele, ze wzgldu na sBabe domieszkowanie bazy. No[niki wprowadzone z emitera do obszaru bazy dyfunduj w stron mniejszej ich koncentracji - do kolektora. Dziki niewielkiej grubo[ci obszaru bazy trafiaj do obszaru drugiego zBcza, a tu na skutek pola elektrycznego w obszarze zubo|onym s przycigane do kolektora. W rezultacie, po przyBo|eniu do zBcza emiterowego napicia w kierunku przewodzenia, popBynie niewielki prd midzy baz a emiterem, umo|liwiajcy przepByw du|ego prdu midzy kolektorem a emiterem. Stosunek prdu kolektora do prdu bazy nazywany jest wzmocnieniem prdowym tranzystora i oznacza si greck liter ². Za sygnaB sterujcy prdem kolektora mo|na uwa|a zarówno prd bazy, jak i napicie baza-emiter. Zale|no[ midzy tymi dwiema wielko[ciami opisuje charakterystyka wej[ciowa tranzystora, bdca w zasadzie ekspotencjaln charakterystyk zBcza pn spolaryzowanego w kierunku przewodzenia. Prd bazy skBada si z dwóch gBównych skBadników: prdu rekombinacji i prdu wstrzykiwania. Prd rekombinacji to prd powstaBy z rekombinacji w bazie no[ników wstrzyknitych z emitera do bazy z no[nikami komplementarnymi. Jest tym mniejszy im cieDsza i sBabiej domieszkowana jest baza. Prd wstrzykiwania jest to prd zBo|ony z no[ników wstrzyknitych z bazy do emitera, jego warto[ zale|y od stosunku koncentracji domieszek w obszarze bazy i emitera. W zale|no[ci od punktu pracy tranzystor mo|e znajdowa si w czterech stanach: §ð Stan aktywny, w którym prd kolektora jest ² razy wikszy od prdu bazy. §ð Stan nasycenia, w którym prd bazy jest na tyle du|y, |e obwód kolektora nie jest w stanie dostarczy prdu ² razy wikszego. Napicie kolektor-emiter spada wtedy do niewielkiej wielko[ci. §ð Stan zatkania, w którym zBcze baza-emiter nie jest spolaryzowane lub jest spolaryzowane zaporowo. Prd kolektora spada wtedy do bardzo maBej warto[ci. §ð Stan inwersyjny, w którym emiter spolaryzowany jest w kierunku zaporowym a kolektor w kierunku przewodzenia. Wzmocnienie prdowe tranzystora w tym stanie jest niewielkie. Poszczególne stany tranzystora s wykorzystywane w ró|nych zastosowaniach. Tranzystor pracujcy w stanie aktywnym mo|e by wykorzystany do budowy ukBadu bdcego wzmacniaczem sygnaBów elektrycznych. MaBe zmiany prdu pByncego w obwodzie bazy powoduj du|e zmiany prdu pByncego w obwodzie kolektora. W zale|no[ci od konstrukcji ukBadu mo|na uzyska wzmocnienie prdu, napicia lub obu tych wielko[ci. Przy pracy tranzystora jako przeBcznika wykorzystuje si przej[cie midzy stanem nasyconym (tranzystor wBczony) a zatkanym (tranzystor wyBczony). Taki tryb pracy tranzystora jest stosowany w niektórych ukBadach impulsowych oraz cyfrowych. Ze wzgldu na sposób wBczenia tranzystora do ukBadu mo|na wyró|ni trzy podstawowe ukBady jego pracy: §ð wspólnego emitera §ð wspólnej bazy §ð wspólnego kolektora UkBad wspólnego emitera. Wzmacniane napicie sygnaBu wej[ciowego podawane jest pomidzy baz a emiter tranzystora, natomiast sygnaB po wzmocnieniu odbierany jest spomidzy kolektora a emitera. Elektroda emiter jest wic niejako "wspólna" dla sygnaBów wej[ciowego i wyj[ciowego  std nazwa ukBadu. UkBad wspólnej bazy. Wzmacniane napicie sygnaBu wej[ciowego podawane jest pomidzy baz a emiter tranzystora, natomiast sygnaB po wzmocnieniu odbierany jest spomidzy bazy i kolektora. UkBad wspólnego kolektora. Wzmacniane napicie sygnaBu wej[ciowego podawane jest pomidzy baz a kolektor tranzystora, natomiast sygnaB po wzmocnieniu odbierany jest spomidzy kolektora i emitera. Wzmocnienie napiciowe tego ukBadu jest bliskie jedno[ci, wobec czego na wyj[ciu wzmacniacza otrzymuje si "powtórzone" napicie z wej[cia, std druga powszechnie u|ywana nazwa takich wzmacniaczy  wtórnik emiterowy. 3. Schemat ukBadu pomiarowego. UkBad pomiarowy byB ju| odpowiednio przygotowany w postaci "czarnej skrzynki" i odpowiednich wyprowadzeD do pomiarów. Wykonali[my zastpczy schemat pomocniczy (Rys. 2.) by uBatwi zrozumienie do[wiadczenia. Rezystory R1 i R2 s zabezpieczeniem, ograniczaj one skrajne poBo|enia potencjometrów aby uniemo|liwi uszkodzenie tranzystora. Potencjometry Rc oraz Rb sBu| do wysterowania prdów wchodzcych do tranzystora Q1. Rys. 1. Schemat wyprowadzeD tranzystora w obudowie TO-126 Rys. 2. Schemat ukBadu pomiarowego do badania charakterystyk i parametrów tranzystorów bipolarnych NPN 4. Opracowanie wyników. Tab.1. Tabela z wynikami pomiarów parametrów tranzystora bipolarnego przy IB=const IB=30µA IB=60µA lp UBE[V] UCE[V] IC[mA] UBE[V] UCE[V] IC[mA] 1 0,546 0,02 0,1 0,582 0,02 0,1 2 0,570 0,05 0,2 0,601 0,04 0,5 3 0,579 0,1 0,3 0,61 0,08 0,8 4 0,589 0,12 0,4 0,614 0,12 1,0 5 0,593 0,13 0,5 0,622 0,14 1,3 6 0,601 0,16 0,6 0,625 0,17 1,6 7 0,604 0,19 0,7 0,629 0,2 1,8 8 0,608 0,46 0,8 0,631 0,6 2,0 9 0,613 0,6 1,1 0,634 0,8 2,3 10 0,616 1 1,2 0,637 1 2,5 11 0,618 1,5 1,3 0,639 1,5 2,7 12 0,624 2 1,6 0,643 2 3,2 13 0,626 4 1,8 0,648 4 3,8 14 0,630 6 2,0 0,650 6 4,3 15 0,632 8 2,2 0,653 8 4,8 Tab.2. Tabela z wynikami pomiarów parametrów tranzystora bipolarnego przy IB=const IB=90µA IB=120µA lp UBE[V] UCE[V] IC[mA] UBE[V] UCE[V] IC[mA] 1 0,598 0,02 0,3 0,632 0,02 1,6 2 0,622 0,04 1,2 0,643 0,04 2,9 3 0,631 0,05 1,8 0,647 0,06 3,3 4 0,637 0,07 2,4 0,653 0,1 4,3 5 0,641 0,08 2,8 0,655 0,12 4,7 6 0,644 0,11 3,1 0,659 0,14 5,7 7 0,646 0,14 3,5 0,663 0,21 6,6 8 0,651 0,2 4,2 0,665 0,28 7,1 9 0,655 0,46 4,9 0,666 0,5 7,5 10 0,656 1 5,3 0,670 1 8,5 11 0,658 1,5 5,7 0,671 1,5 8,9 12 0,661 2 6,2 0,672 2 9,4 13 0,663 4 6,7 0,673 4 9,8 14 0,664 6 7,2 0,674 6 10,0 15 0,665 8,0 7,5 0,675 8 10,4 20 18 16 14 12 Ib= 30¼A 10 Ib= 60¼A 8 6 Ib= 90¼A 4 Ib= 120¼A 2 0 0 2 4 6 8 10 UCE[V] Rys.2. Charakterystyka wyj[ciowa tranzystora bipolarnego w ukBadzie WE. UCE[V] 0 2 4 6 8 10 0,0 0,1 Ib= 30¼A 0,2 Ib= 60¼A 0,3 Ib= 90¼A 0,4 Ib= 120¼A 0,5 0,6 0,7 0,8 Rys.3. Charakterystyka oddziaBywania wstecznego tranzystora bipolarnego w ukBadzie WE. C I [mA] BE U [V] Tab.3. Tabela z wynikami pomiarów parametrów tranzystora bipolarnego przy UCE=const Uce=3V Uce=6V Uce=9V lp IB[¼A] UBE[V] IC[mA] IB[¼A] UBE[V] IC[mA] IB[¼A] UBE[V] IC[mA] 1 0,045 0,641 3,3 0,010 0,584 0,4 0,010 0,568 0,4 2 0,054 0,648 4,3 0,020 0,612 1,3 0,020 0,602 1,3 3 0,066 0,653 5,3 0,030 0,622 2,1 0,030 0,618 2,1 4 0,075 0,656 6,1 0,040 0,636 3,0 0,045 0,634 3,6 5 0,087 0,661 7,3 0,055 0,646 4,4 0,055 0,64 4,4 6 0,096 0,664 8,2 0,065 0,65 5,2 0,065 0,645 5,4 7 0,110 0,668 9,5 0,075 0,654 6,2 0,085 0,653 7,4 8 0,120 0,669 10,5 0,090 0,659 7,6 0,095 0,655 8,3 9 0,130 0,672 11,6 0,105 0,663 9,1 0,115 0,66 10,3 10 0,140 0,674 12,6 0,120 0,666 10,6 0,135 0,663 12,4 11 0,155 0,676 14,0 0,140 0,669 12,8 0,150 0,664 14,0 12 0,170 0,679 15,4 0,155 0,671 14,3 0,170 0,666 16,3 13 0,185 0,681 17,0 0,175 0,673 16,2 0,185 0,666 17,9 14 0,193 0,682 17,9 0,185 0,673 17,5 0,190 0,666 18,9 15 0,197 0,682 18,3 0,197 0,674 18,8 0,199 0,666 19,5 20 15 10 Uce=3V Uce=6V 5 Uce=9V 0 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 IB[¼A] Rys.4. Charakterystyka przej[ciowa tranzystora bipolarnego w ukBadzie WE IB[¼A] 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 Uce=3V 0,1 0,2 Uce=6V 0,3 Uce=9V 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Rys.5. Charakterystyka wej[ciowa tranzystora bipolarnego w ukBadzie WE C I [mA] BE U [V] Wyznaczanie parametrów h dla punktu Q: Rys.6. Charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego w ukBadzie WE Rys.7. Wyznaczanie parametrów h dla punktu Q z charakterystyki statycznej tranzystora Q(UCE=4V, IB=80µA, IC=7mA, UBE=0.65V) ·ð impedancja wej[ciowa przy zwartym wyj[ciu: "5ØHÜ5Ø5Ü5Ø8Ü 0,0045ØIÜ !115ØRÜ = |5ØHÜ5Ø6Ü5Ø8Ü =45ØIÜ = = 400&! "5Ø<Ü5Ø5Ü 0,015ØZÜ5Ø4Ü ·ð transmitancja napiciowa przy zasilaniu od strony wyj[cia i rozwartym wej[ciu: "5ØHÜ5Ø5Ü5Ø8Ü 0,0025ØIÜ !125ØRÜ = |5Ø<Ü5Ø5Ü=80µ 5Ø4Ü = = 10-3 "5ØHÜ5Ø6Ü5Ø8Ü 25ØIÜ ·ð transmitancja prdowa przy zasilaniu od strony wej[cia i zwartym wyj[ciu: "5Ø<Ü5Ø6Ü 0,75ØZÜ5Ø4Ü !215ØRÜ = |5ØHÜ5Ø6Ü5Ø8Ü =45ØIÜ = = 63,6 "5Ø<Ü5Ø5Ü 0,015ØZÜ5Ø4Ü ·ð admitancja wyj[ciowa przy rozwartym wej[ciu: "5Ø<Ü5Ø6Ü 0,15ØZÜ5Ø4Ü !125ØRÜ = |5Ø<Ü5Ø5Ü=80µ 5Ø4Ü = = 5 × 10-55ØFÜ "5ØHÜ5Ø6Ü5Ø8Ü 25ØIÜ 4. Wnioski: wiczenie umo|liwiBo poznanie wBa[ciwo[ci i parametrów charakteryzujcych tranzystor bipolarny. Mieli[my mo|liwo[ zrozumie ide u|ycia takiego elementu w elektronice. Sam tranzystor mo|na porówna do kurka z wod. Sterujc maBym prdem (ustawiajc kurek kranu), obserwujemy zmiany prdu kolektora (zmian strumienia w wej[ciowej rurze do kranu). Po wykonaniu pomiarów na tranzystorze mocy PNP BD139 okazaBo si, |e otrzymane charakterystyki s zbli|one do umieszczonych w literaturze. Wynika z nich, |e zaBo|enie liniowo[ci tranzystora jest sBuszne tylko przy pracy z maBymi sygnaBami. Precyzyjna regulacja zródeB w bardzo szerokim zakresie pozwoliBa na du| dokBadno[ pomiarów. Analizujc charakterystyki mo|na wywnioskowa, |e prd kolektora jest wprost proporcjonalny do prdu bazy w pewnym zakresie charakterystyki. Badajc zale|no[ prdu kolektora od przyBo|onego napicia przy staBym prdzie bazy mo|na stwierdzi, |e w pewnym momencie charakterystyka staje si pBaska, tzn. zmiana napicia UCE nie powoduje ju| zmiany prdu kolektora IC.

Wyszukiwarka