LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Ćwiczenie - 2
Tranzystor bipolarny i jego układy pracy
Spis treści
1 Cel ćwiczenia 2
2 Podstawy teoretyczne 3
2.1 Tranzystor bipolarny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.1 Charakterystyki statyczne tranzystora npn . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 Wzmacniacz w układzie wspólnego kolektora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3.1 Ustalanie punktu pracy wzmacniacza w układzie WK . . . . . . . . . . . 7
2.4 Wzmacniacz w układzie wspólnego emitera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4.1 Ustalanie punktu pracy tranzystora w układzie WE . . . . . . . . . . . . 9
3 Przebieg ćwiczenia 10
3.1 Wyznaczenie charakterystyk statycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.1 Charakterystyka wejściowa i przejściowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.2 Charakterystyka wyjściowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Badanie tranzystora bipolarnego w układzie WE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.1 Wyznaczenie charakterystyki Uwy = f(Uwe) wzmacniacza w układzie WE 12
3.2.2 Ustalenie punktu pracy tranzystora w układzie WE . . . . . . . . . . . . 12
3.2.3 Wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych wzmacniacza WE . . . 13
3.3 Badanie tranzystora bipolarnego w układzie WK . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3.1 Wyznaczenie charakterystyki Uwy = f(Uwe) wzmacniacza w układzie WK 14
3.3.2 Ustalenie punktu pracy tranzystora w układzie WK . . . . . . . . . . . . 14
3.3.3 Wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych wzmacniacza WK . . . 15
4 Sprawozdanie 16
5 Niezbędne wyposażenie 16
6 Przykładowe pytania kontrolne 17
Protokół 19
Wyniki pomiarów i obliczeń . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Przykładowe obliczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Charakterystyki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
1 Cel ćwiczenia
" Poznanie właściwości tranzystora bipolarnego.
" Zbudowanie i zbadanie wzmacniaczy tranzystorowych w układzie wspólny kolektor i wspólny
emiter.
2
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
2 Podstawy teoretyczne
2.1 Tranzystor bipolarny
Tranzystor jest elementem o trzech zaciskach: C - kolektor, B - baza i E - emiter. Tranzys-
tor bipolarny występuje w dwóch odmianach npn i pnp. Poniższe rozważania obowiązują dla
tranzystorów npn. Przy rozpatrywaniu tranzystorów pnp wszystkie napięcia i prądy zmieniają
znak.
C C
npn pnp
B B
E E
Rysunek 1: Symbol tranzystora npn i pnp
Dla tranzystora npn obowiązują następujące reguły:
" potencjał kolektora musi być większy od potencjału emitera,
" obwody baza-emiter i baza-kolektor zachowujÄ… siÄ™ jak diody, w warunkach normalnej pracy
złącze baza-emiter spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, a złącze baza-kolektor w
kierunku zaporowym,
C C
npn pnp
B B
E E
Rysunek 2: Interpretacja złącza baza-emiter i baza kolektor tranzystora npn i pnp
" każdy tranzystor charakteryzuje się wartościami maksymalnymi prądów i napięć ICmax,
IBmax, UCEmax, przekroczenie których prowadzi do uszkodzenia. Ograniczeniem również
jest moc strat na tranzystorze Pmax, temperatura złącza oraz napięcie UBEmax.
" jeśli spełnione są powyższe warunki prąd bazy steruje prądem kolektora i w przybliżeniu
prÄ…d kolektora jest proporcjonalny do prÄ…du bazy:
IC = ²IB = hF EIB,
gdzie ² lub hF E nazywamy wzmocnieniem prÄ…dowym, typowe tranzystory maÅ‚ej mocy majÄ…
wzmocnienie powyżej 100.
3
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Gdy prądu bazy IB w układzie na rysunku 3 równa się 0, to tranzystor jest w stanie zatka-
nia. Wówczas prąd kolektora nie płynie (IC = 0), napięcie UCE = U.
U = 10V
R = 1k&!
UR
IE = IC + IB
IC
² = 100
UCE
IB
IE
Rysunek 3
Gdy w ukÅ‚adzie na rysunku 3 prÄ…d bazy wzroÅ›nie do wartoÅ›ci IB = 10µA, wówczas:
- prÄ…d kolektora: IC = ²IB = 100 · 10 · 10-6 = 10-3A = 1mA,
- napiÄ™cie na rezystorze R: UR = ICR = 10-3 · 103 = 1V ,
- napięcie kolektor-emiter: UCE = U - UR = 10 - 1 = 9V .
Dla prÄ…du bazy IB = 50µA otrzymamy nastÄ™pujÄ…ce wartoÅ›ci:
- prÄ…d kolektora: IC = ²IB = 100 · 50 · 10-6 = 5 · 10-3A = 5mA,
- napiÄ™cie na rezystorze R: UR = ICR = 5 · 10-3 · 103 = 5V ,
- napięcie kolektor-emiter: UCE = U - UR = 10 - 5 = 5V .
Dla prÄ…du bazy IB = 90µA otrzymamy nastÄ™pujÄ…ce wartoÅ›ci:
- prÄ…d kolektora: IC = ²IB = 100 · 90 · 10-6 = 9 · 10-3A = 9mA,
- napiÄ™cie na rezystorze R: UR = ICR = 9 · 10-3 · 103 = 9V ,
- napięcie kolektor-emiter: UCE = U - UR = 10 - 9 = 1V .
PrzyjmujÄ…c prÄ…d IB = 100µA teoretycznie otrzymamy nastÄ™pujÄ…ce wartoÅ›ci: IC = 10mA,
UR = 10V i UCE = 0V . Tranzystor będzie w pełni otwarty. Praktycznie gdy tranzystor prze-
wodzi napięcie kolektor-emiter nie może osiągnąć wartości zerowej. Minimalna wartość napięcia
kolektor-emiter wynosi UCE sat H" 0, 2V . Zatem dla ukÅ‚adu z rysunku 3 gdy prÄ…d IB e" 10µA to
UR 9,8
UCE = UCE sat H" 0, 2V , UR = U - UCE = 10 - 0, 2 = 9, 8V i IC = IR = = = 9, 8mA.
R 103
Dalszy wzrost prądu bazy nie spowoduje wzrostu prądu kolektora, ponieważ maksymalny prąd
kolektora ograniczony jest przez rezystor R.
Stan w którym prąd kolektora jest proporcjonalny do prądu bazy nazywamy stanem akty-
wnym (prÄ…d kolektora jest ² razy wiÄ™kszy od prÄ…du bazy). W stanie aktywnym maÅ‚y prÄ…d
bazy steruje znacznie większym prądem kolektora.
Stan w którym prąd bazy jest na tyle duży, że obwód kolektora nie jest w stanie dostar-
czyć prÄ…du ² razy wiÄ™kszego od prÄ…du bazy nazywamy stanem nasycenia. Wartość napiÄ™cia
nasycenia (UCE sat) wynosi około 0, 2V , prąd kolektora ograniczony jest przez rezystor R.
Ponadto możemy wyróżnić również stan aktywny inwersyjny, w którym złącze baza-
emiter spolaryzowane jest w kierunku zaporowym a złącze baza-kolektor w kierunku prze-
wodzenia.
4
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Podsumowując tranzystor bipolarny może znaj-
dować się w jednym z czterech stanów:
C
IC
" stan zatkania (odcięcia) - złącze BE i BC
UBC
spolaryzowane sÄ… w kierunku zaporowym, tzn.
IB UBE d" 0, UBC < 0, IB = 0, IC = 0,
npn
UCE
B
" stan nasycenia - złącze BE i CB spolaryzowane
UBE
sÄ… w kierunku przewodzenia, tzn. UBE > 0,
IE
UBC > 0, IB = 0, IC = 0,

E
" stan aktywny - złącze BE spolaryzowane w
Rysunek 4: Oznaczenie kierunków
kierunku przewodzenia, złącze BC spolaryzowane
prądów i napięć tranzystora npn
zaporowo, tzn. UBE > 0, UBC < 0, IC = ²IB,
" stan aktywny inwersyjny - złącze BE spo-
laryzowane zaporowo, złącze BC spolaryzowane w
kierunku przewodzenia, tzn. UBE < 0, UBC > 0.
Wykorzystanie tranzystora bipolarnego w układach elektronicznych:
" stan aktywny - jest podstawowym stanem pracy tranzystora wykorzystywanym we wz-
macniaczach,
" stan nasycenia i odcięcia - stosowane są w technice impulsowej oraz układach cyfrowych,
" stan aktywny inwersyjny jest rzadko stosowany, ponieważ tranzystor charakteryzuje
się gorszymi parametrami niż w stanie aktywnym.
2.1.1 Charakterystyki statyczne tranzystora npn
Wyróżniamy następujące charakterystyki staty-
czne tranzystora bipolarnego:
" charakterystyka wejściowa -
IB = f(UBE) przy UCE = const,
" charakterystyka przejściowa -
IC = f(IB) przy UCE = const,
" charakterystyka wyjściowa -
IC = f(UCE) przy IB = const.
Rysunek 5: Charakterystyki wyjściowe tranzys-
tora BC546
5
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
2.2 Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego
Podstawowymi układami pracy tranzystora bipolarnego są wzmacniacze: wzmacniacz w układzie
wspólnego kolektorze i wzmacniacz w układzie wspólnego emitera. Przy czym wzmacniacz jest
to układ, w którym energia z zasilacza jest zamieniana na energię sygnału wyjściowego, gdzie
sygnał wyjściowy jest funkcją sygnału wejściowego.
2.3 Wzmacniacz w układzie wspólnego kolektora
Wzmacniacz z rysunku 6 w układzie wspólnego kolektora (WK) nazywany również wtórnikiem
emiterowym. Wyjściem układu jest emiter tranzystora. Napięcie na wyjściu jest równe napięciu
wejściowemu (na bazie) pomniejszonemu o spadek napięcie na złączu baza-emiter (spadek na
przewodzÄ…cej diodzie) zatem:
Uwy = UE = UB - UBE H" Uwe - 0, 6[V ]
Gdy napięcie na wejściu jest mniejsze od 0, 6 to na pięcie na wyjściu jest 0. Prąd emitera:
UE Uwe - 0, 6
IE = =
RE RE
Ponadto:
IE
IE = IC + IB i IC = ²IB Ò! IE = ²IB + IB = IB(² + 1) Ò! IB =
² + 1
Wzmacniacz w układzie WK nie wzmacnia napięcia ale wzmacnia prąd, czyli jest wzmacniaczem
mocy.
U
IC
² = hF E
IB
UBE
IE
Uwe
RE UE Uwy
Rysunek 6: Wzmacniacz o wspólnym kolektorze
Jest to układ z emiterowym sprzężeniem zwrotnym. Po podaniu napięcia na wejście tranzys-
tor się otwiera, zaczyna płynąć prąd kolektora i emitera. Pojawia się napięcia UE a przez co
napięcie UBE maleje i ustala się na poziomie przy którym spełnione jest równanie:
UBE = Uwe - IB(² + 1)RE.
W wzmacniaczu z rezystorem RE w obwodzie emitera występuje prądowe ujemne sprzężenie
zwrotne.
6
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
2.3.1 Ustalanie punktu pracy wzmacniacza w układzie WK
Należy ustalić spoczynkowy punkt pracy wtórnika tak aby prąd kolektora płynął zawsze dla
założonego zakresu sygnału wejściowego oraz aby nie została przekroczona dopuszczalna moc
strat na tranzystorze. Spoczynkowy punkt pracy dobiera się przy założeniu zerowego napięcia
wejściowego. W celu ustalenia spoczynkowego punktu pracy najprostszym rozwiązaniem jest
zastosowanie dzielnika rezystancyjnego - rysunek 7.
U
IR1
IC
R1
² = hF E
UBE
C2
C1
IE
R2
Uwe(t)
RE UE
Uwy(t)
IR2
Rysunek 7: Wzmacniacz w układzie WK ze sprzężeniem pojemnościowym i dzielnikiem rezys-
tancyjnym ustalajÄ…cym punkt pracy
Rezystory R1 i R2 najczęściej dobiera się w taki sposób aby przy braku napięcia wejściowego,
U
napięcie na emiterze równało się połowie napięcia zasilania czyli UE = . Ponadto wiadomo, że
2
U
UB = UE + UBE = UE + 0, 6, zatem UR = UB = UE + 0, 6 = + 0, 6.
2
2
Rezystory dobieramy w taki sposób aby prąd płynący przez dzielnik był o kilka rzędów
większy od prądu bazy, wtedy prąd bazy nie będzie wpływał w znaczny sposób na rozkład
napięć na dzielniku. Zatem pomijając prąd bazy otrzymujemy:
+ 0, 6
U UR U
2
2
IR = IR = i IR = =
1 2 2
R1 + R2 R2 R2
Z powyższego otrzymujemy:
U
- 0, 6
2
R1 = R2 U
+ 0, 6
2
Kondensator C1 tworzy wraz z równoległym połączeniem rezystancji R1, R2 i rezystancji widzianej
z zacisku bazy w stronÄ™ tranzystora czyli ²RE filtr górnoprzepustowy. Kondensator C2 tworzy
filtr górnoprzepustowy z nieznaną rezystancja obciążenia, założyć można że rezystancja obciąże-
nia nie powinna być mniejsza od RE. Częstotliwość graniczna powyższych filtrów powinna być
mniejsza od najmniejszej częstotliwości sygnału wejściowego - fmin, zatem otrzymujemy następu-
jące warunki na podstawie których można dobrać pojemności:
1 1
d" C1 i d" C2.
2Ä„(R1 R2 ²RE)fmin 2Ä„REfmin
7
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
2.4 Wzmacniacz w układzie wspólnego emitera
Wzmacniacz w układzie wspólnego emitera (WE) przedstawiono na rysunku 8, jest to układ w
którym wyjściem jest kolektor tranzystora.
U
U
RC URC
RC
UCE
UC Uwy
Uwy Uwe
RE UE
Uwe
(a) układ z uziemionym emiterem (b) układ z emiterowym sprzężeniem zwrotnym
Rysunek 8: Wzmacniacz w układzie wspólnego emitera
Rozważmy układ z rysunku 8b z emiterowym sprzężeniem zwrotnym. Po podaniu napięcia na
UE Uwe1-0,6
wejście Uwe = Uwe1 otrzymujemy UE = Uwe1 - UBE H" Uwe1 - 0, 6, ponadto IE = H" .
RE RE
Ze względu na to, że wzmocnienie prądowe tranzystora jest stosunkowo duże można przyjąć
Uwe1-0,6
że IC H" IE i wyznaczyć UR = ICRC H" RC. Znając napięcie na rezystorze kolektora
C
RE
Uwe1-0,6
wyznaczyć można napięcie na wyjściu Uwy1 = U - UR H" U - RC.
C
RE
Gdy napięcie na wejściu równa się Uwe2 = Uwe1 + "Uwe na wyjściu otrzymujemy Uwy2 H"
Uwe2-0,6 Uwe1+"Uwe-0,6
U - RC = U - RC.
RE RE
Wyznaczy dalej wzmocnienie napięciowe:
Uwe1+"Uwe-0,6 Uwe1-0,6
RC - U - RC RC
"Uwy Uwy2 - Uwy1 U - RE RE
Ku = = = = -
"Uwe Uwe2 - Uwe1 Uwe1 + "Uwe - Uwe1 RE
Z powyższego wynika, że układ ten jest wzmacniaczem napięcia. Znak minus oznacza, że do-
RC
datnia zmiana napięcia na wejściu powoduje ujemną - krotną zmianę napięcia na wyjściu.
RE
Układ z rysunku 8a otrzymujemy w przypadku gdy w układzie z rysunku 8b rezystancja
emitera RE dąży do zera. Zgodnie z powyższymi rozważaniami wzmocnienie napięciowe Ku =
C
-R . Zatem gdy RE dąży do zera wzmocnienie teoretycznie dąży do nieskończoności. Jednak
RE
C
w rzeczywistości w przypadku gdy RE = 0 wzmocnienie napięciowe wynosi Ku = -R , gdzie re
re
jest nieznanÄ… rezystancjÄ… emitera.
8
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
2.4.1 Ustalanie punktu pracy tranzystora w układzie WE
Na początku dobieramy spoczynkowy prąd kolektora, tak aby dla założonego zakresu napięć na
wejściu moc strat na tranzystorze nie przekraczała mocy maksymalnej. Mając prąd spoczynkowy
kolektora oraz przyjmując napięcie na wyjściu przy braku napięcia na wejściu dobieramy wartość
rezystora kolektorowego RC. Następnie z założonego wzmocnienia dobieramy rezystor emiterowy
RE.
U
IR1
URC
RC
C2
R1
IC
UCE
UBE
C1
IE
Uwy(t)
Uwe(t) R2
RE
UE
IR2
Rysunek 9: Wzmacniacz w układzie WE ze sprzężeniem pojemnościowym i dzielnikiem rezys-
tancyjnym ustalajÄ…cym punkt pracy
Czyli rezystory RC i RE dobieramy w taki sposób aby uzyskać założone wzmocnienie napię-
ciowe oraz w taki sposób aby dla założonego zakresu amplitudy napięcia wejściowego moc strat
na tranzystorze nie przekraczała mocy maksymalnej. Rezystory R1 i R2 najczęściej dobiera się
w taki sposób aby przy braku napięcia wejściowego, na kolektorze napięcie równało się połowie
U U
napięcia zasilania czyli UC = . Zatem gdy UC = napięcie na rezystorze kolektorowym UR =
C
2 2
U
U
2
, prąd kolektora IC = . Ze względu na duże wzmocnienie prądowe tranzystora przyjmujemy
2 RC
U
2
IE H" IC. Napięcie na rezystorze R2 wynosi UR = UE + UBE = IERE + UBE H" RE + 0, 6.
2
RC
UR2
U
Pomijając prąd bazy otrzymujemy = . Z ostatniego równania otrzymujemy stosunek
R1+R2 R2
rezystancji dzielnika.
Kondensator C1 wybieramy tak, aby częstotliwość graniczna filtru utworzonego z niego i
równoległego połączenia rezystorów ustalających punk pracy tranzystora była mniejsza od na-
jmniejszej częstotliwości fmin sygnału wejściowego, czyli:
1
C1 e"
2Ä„(R1 R2)fmin
Podobnie dobieramy kondensator C2
1
C2 e"
2Ä„Robcfmin
gdzie Robc jest nieznaną rezystancją obciążenia.
9
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3 Przebieg ćwiczenia
W celu wykonania pomiarów wykorzystać płytkę E3.
3.1 Wyznaczenie charakterystyk statycznych
3.1.1 Charakterystyka wejściowa i przejściowa
i
Połączyć układ jak na rysunku 10 . Na kanale pierwszym zasilacza (CH1) ustawić ograniczenie
prądu na ICH1max = 100mA oraz napięcie zasilania U+15 H" 15V tak aby UCE H" 3V .
Zmieniając potencjometrem V R1 rezystancje w obwodzie emitera wykonać pomiary prądu
bazy IB, napięcia UBE oraz prądu kolektora IC przy stałym napięciu UCE H" 3V . Pomiary
dokonać dla prÄ…du bazy z zakresu od IB " (25µA, 250µA). Wyniki zapisać w tabeli 1 oraz
zaznaczyć na rysunku 21a.
zasilacz
GWInstek
U+15
U+15
-CH2+ -CH1+
mA APPA 207
R1=1k
IC
µA analogowy
V
BC546 APPA 62
IB
V R1
R2=5k
APPA 62
RE=200&!
Rysunek 10: Układ pomiarowy
i R2
W układzie z rysunku 10 rezystory R1 i R2 ustalają napięcia bazy na UB = 15 = 12, 5V . Następnie
R1+R2
przyjmując napięcie UBE = 0, 6V potencjał emitera wynosi UE = UB - UBE = 12, 5 - 0, 6 = 11, 9V . Natomiast
napięcie pomiędzy kolektorem a emiterem wynosi UCE = 15 - UE = 15 - 11, 9 = 3, 1V . Zatem gdy tranzystor
jest w stanie aktywnym napięcie UCE jest stałe lub zmienia się w bardzo małym zakresie, dlatego układ ten
można wykorzystać do wyznaczania charakterystyki wejściowej i przejściowej.
10
A
A
V
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.1.2 Charakterystyka wyjściowa
Połączyć układ jak na rysunku 11. Na kanale pierwszym zasilacza (CH1) ustawić napięcie
zasilania U+15 = 15V oraz ograniczenie prÄ…du na ICH1max = 100mA.
UWAGA! - przed załączeniem układu: ustawić maksymalną rezystancje w obwodzie
kolektora - potencjometr VR2 (zaciski górne) skręcić w prawo oraz ustawić minimalny prąd
bazy - potencjometr z
ródła J skręcić w prawo.
Dla stałego prądu bazy, zmniejszając potencjometrem rezystancje w obwodzie kolektora
dokonać pomiaru prąd kolektora IC oraz napięcia UCE. Wykonać 3 charakterystyki dla następu-
jących prądów bazy:
" IB1 = 25µA,
" IB2 = 50µA,
" IB3 = 75µA.
UWAGA! - przed zwiększeniem prądu bazy: ustawić maksymalną rezystancje w ob-
wodzie kolektora - VR2 (zaciski górne) skręcić w prawo.
ii
UWAGA! - nie przekraczać: na kolektorze nie przekraczać napięcia .:
" UCEmax = 15V dla IB1 = 25µA,
" UCEmax = 10V dla IB1 = 50µA,
U+15
" UCEmax = 5V dla IB1 = 75µA.
RC=100&!
zasilacz
GWInstek
V R2
U+15
-CH2+ -CH1+
IC
mA
µA APPA 207
IB
BC546
A
APPA 62
J
Rysunek 11
Wyniki zapisać w tabeli 2 oraz zaznaczyć na rysunku 22.
ii
Ograniczenia wynikajÄ… z maksymalnej dopuszczalnej mocy strat na tranzystorze, przekroczenie tej
wartości powoduje uszkodzenie tranzystora.
11
A
V
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.2 Badanie tranzystora bipolarnego w układzie WE
3.2.1 Wyznaczenie charakterystyki Uwy = f(Uwe) wzmacniacza w układzie WE
Połączyć układ jak na rysunku 12. Na kanale pierwszym zasilacza (CH1) ustawić napięcie
zasilania U+15 = 15V oraz ograniczenie prądu na ICH1max = 100mA. Zmieniając napięcie
wejściowe Uwe za pomocą potencjometru w zakresie Uwe " (0V ; 2, 5V ) zmierzyć napięcie na
wyjściu Uwy. Wyniki zapisać w tabeli 3 oraz zaznaczyć na rysunku 23.
U+15
zasilacz
GWInstek
U+15
RC =1k&!
-CH2+ -CH1+
BC546
APPA
Uwy
62
Uwe APPA
207
RE=100&!
Rysunek 12
3.2.2 Ustalenie punktu pracy tranzystora w układzie WE
W układzie przedstawionym na rysunku 13 U+15 = 15V
iii
ustalić trzy spoczynkowe punkty pracy
tranzystora tzn. dobrać rezystory R1 i R2 RC =1k&!
tak aby przy braku sygnału wejściowego uwe(t) R1
napięcie na kolektorze wynosiło:
- UC1 = 3V ,
C2
BC546
- UC2 = 7, 5V ,
² = hF E H" 100
C1
- UC3 = 12V .
UC uwy(t)
Parametry dobranych rezystorów zapisać w
uwe(t) R2
RE=100&!
tabeli 4.
Rysunek 13
iii
Podczas ustalania punktu pracy skorzystać z wyników uzyskanych w punkcie 3.2.1.
12
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.2.3 Wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych wzmacniacza WE
Połączyć układ jak na rysunku 14. Na wejście układu podać przebieg sinusoidalny o amplitudzie
Uwe = 0.6V i częstotliwości f = 1kHz. Zarejestrować przebiegi napięcia na wejściu i wyjściu
dla trzech punktów spoczynkowych z punktu 3.2.2 (różne konfiguracje rezystorów R1 i R2). Na
podstawie otrzymanych przebiegów określić optymalny spoczynkowy punkt pracy pod względem
zakresu amplitudy sygnału wejściowego.
generator oscyloskop
NDN Tektronix
OUT CH1 CH2
U+15 = 15V
zasilacz
RC =1k&!
GWInstek
R1
U+15
-CH2+ -CH1+
C2 = 1µF
BC546
C1 = 1µF
uwy(t)
uwe(t) R2
RE=100&!
Rysunek 14
Dla optymalnego punktu spoczynkowego w układzie z rysunku 14 wyznaczyć charakterystykę
amplitudową i fazową wzmacniacza WE. Na wejście układu podać przebieg sinusoidalny o am-
plitudzie Uwe H" 0.5V . Dokonać pomiaru napięcia międzyszczytowego 2Uwe na wejściu oraz
2Uwy na wyjściu. Pomiary wykonać dla sygnałów o częstotliwości z zakresu od 0, 01kHz do
Uwy Uwy
1MHz. Obliczyć A = , AdB = 20 log oraz Õ. Wyniki pomiarów i obliczeÅ„ zapisać w
Uwe Uwe
tabeli 5. Na rysunku 24 wykreślić charakterystykę amplitudową.
13
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.3 Badanie tranzystora bipolarnego w układzie WK
3.3.1 Wyznaczenie charakterystyki Uwy = f(Uwe) wzmacniacza w układzie WK
Połączyć układ jak na rysunku 15. Na kanale pierwszym zasilacza (CH1) ustawić napięcie
zasilania U+15 = 15V oraz ograniczenie prądu na ICH1max = 100mA. Zmieniając napięcie
wejściowe Uwe za pomocą potencjometru w zakresie Uwe " (0V ; 15V ) zmierzyć napięcie na
wyjściu Uwy. Wyniki zapisać w tabeli 6 oraz zaznaczyć na rysunku 25.
U+15
zasilacz
GWInstek
U+15
BC546
-CH2+ -CH1+
Uwe
APPA
APPA
RE=1k&! Uwy
Rysunek 15
3.3.2 Ustalenie punktu pracy tranzystora w układzie WK
W układzie przedstawionym na rysunku 16
iv U+15 = 15V
ustalić trzy spoczynkowe punkty pracy
tranzystora tzn. dobrać rezystory R1 i R2
tak aby przy braku sygnału wejściowego uwe(t)
R1
² = hF E H" 100
napięcie na rezystorze emiterowym wynosiło:
- UE1 = 4V ,
BC546
C2
- UE2 = 7.5V ,
C1
- UE3 = 12V .
uwe(t) R2
Parametry dobranych rezystorów zapisać w
UE uwy(t)
tabeli 7.
RE=1k&!
Rysunek 16
iv
Podczas ustalania punktu pracy skorzystać z wyników uzyskanych w punkcie 3.3.1.
14
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
3.3.3 Wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych wzmacniacza WK
Połączyć układ jak na rysunku 17. Na wejście układu podać przebieg sinusoidalny o amplitudzie
Uwe = 7.5V i częstotliwości f = 1kHz. Zarejestrować przebiegi napięcia na wejściu i wyjściu
dla trzech punktów spoczynkowych z punktu 3.3.2 (różne konfiguracje rezystora R1 i R2). Na
podstawie otrzymanych przebiegów określić optymalny spoczynkowy punkt pracy pod względem
zakresu amplitudy sygnału wejściowego.
generator oscyloskop
NDN Tektronix
OUT CH1 CH2
U+15 = 15V
zasilacz
GWInstek
U+15
R1
-CH2+ -CH1+
BC546 C2=1µF
C1=1µF
uwe(t) R2
uwy(t)
RE=1k&!
Rysunek 17
Dla optymalnego punktu spoczynkowego w układzie z rysunku 17 wyznaczyć charakterystykę
amplitudową i fazową wzmacniacza WK. Na wejście układu podać przebieg sinusoidalny o am-
plitudzie Uwe H" 5V . Dokonać pomiaru napięcia międzyszczytowego 2Uwe na wejściu, 2Uwy na
wyjściu oraz "t. Pomiary wykonać dla sygnałów o częstotliwości z zakresu od 0, 01kHz do
Uwy Uwy
1MHz. Obliczyć A = , AdB = 20 log oraz Õ. Wyniki pomiarów i obliczeÅ„ zapisać w
Uwe Uwe
tabeli 8. Na rysunku 26 wykreślić charakterystykę amplitudową.
15
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
4 Sprawozdanie
4.1 Charakterystyki statyczne
Wykreślić i zinterpretować charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego.
4.2 Tranzystor bipolarny w układzie WK i WE
4.2.1 Wykreślić i zinterpretować charakterystyki Uwy = f(Uwe)
4.2.2 Zamieścić oraz zinterpretować wybrane przebiegi uzyskane z oscyloskopu dla różnych
punktów spoczynkowych w układzie WK I WE.
4.2.3 Wykreślić i zinterpretować charakterystyki amplitudowe w układzie WK i WE.
4.2.4 Porównać układ WK i WE.
5 Niezbędne wyposażenie
" kalkulator naukowy
" pendrive do 1GB
" protokół
Literatura
[1] Schenk Christoph Tietze Ulrich. Układy Półprzewodnikowe.
[2] Paul Horowitz Winfield Hill. Sztuka elektroniki cz.I.
[2, 1]
16
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
6 Przykładowe pytania kontrolne
1. Narysować symbol tranzystora bipolarnego, opisać i nazwać zaciski.
2. W jakim stanie znajduje siÄ™ tranzystor bipolarny npn gdy:
a) złącze baza-emiter spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, złącze baza-kolektor
w kierunku zaporowym,
b) złącze baza-emiter spolaryzowane jest w kierunku zaporowym, złącze baza-kolektor w
kierunku zaporowym,
c) złącze baza-emiter spolaryzowane jest w kierunku zaporowym, złącze baza-kolektor w
kierunku przewodzenia,
d) złącze baza-emiter spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, złącze baza-kolektor
w kierunku przewodzenia,
e) napięcie baza-emiter UBE = 0, 7V , napięcie kolektor-emiter UCE = 0, 2V ,
f) napięcie baza-emiter UBE = 0, 7V , napięcie kolektor-emiter UCE = 5V ,
g) napięcie baza-emiter UBE = 0V , napięcie kolektor-emiter UCE = 5V .
3. W układzie na rysunku 18 obliczyć prąd kolektora IC oraz napięcie kolektor-emiter UCE
dla nastÄ™pujÄ…cych prÄ…dów bazy : IB1 = 1µA, IB2 = 10µA, IB3 = 50µA, IB4 = 100µA,
IB5 = 200µA, IB6 = 1mA.
U = 15V
R = 1k&!
UR
IC
² = 100
UCE
IB
Rysunek 18
4. Obliczyć jaka może być maksymalna wartość rezystancji RB tak aby tranzystor w układzie
z rysunku 19 był w stanie nasycenia (tranzystor jako przełącznik). Uwzględnić że Uwe =
UR + UBE = UR + 0, 6, UCE sat = 0, 2V , ² = 100.
B B
17
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
U = 10V
R = 100&!
UR
IC
RB
² = 100
UCE
IB
URB
Uwe = 5V
UBE
Rysunek 19
5. Obliczyć wartość rezystancji RB i RC wzmacniacza pracującego w układzie przedstaw-
ionym na rysunku 20 jeżeli punkt pracy określony jest następująco: IC = 9mA, UCE =
4, 4V , U = 9V , UBE = 0, 7V , ² = 115.
U = 9V
RC UR
IC
RB
² = 115
UCE
IB
URB
UBE
Rysunek 20
18
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Protokół
Wyniki pomiarów i obliczeń
Tabela 1: Charakterystyka wejściowa i przejściowa
UCE = UCE =
IB[µA] UBE[V ] IC[mA] IB[µA] UBE[V ] IC[mA]
ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo
Tabela 2: Charakterystyki wyjściowe
IB1 = 25µA IB2 = 50µA IB3 = 75µA
UCE[V ] IC[mA] UCE[V ] IC[mA] UCE[V ] IC[mA]
ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo
15 10 5
ooooooooo
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Tabela 3: Charakterystyka Uwy = f(Uwe), układ WE
Wyniki pomiarów Wyniki pomiarów
Uwe[V ] Uwy[V ] Uwe[V ] Uwy[V ]
oooo0oooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo
0,1
0,2
0,3
2,5
Tabela 4: Ustalanie punku pracy w układzie WE
Dobór dzielnika rezystancyjnego
UC1 = 3 UC2 = 7.5 UC3 = 12
R1[k&!] R2[k&!] R1[k&!] R2[k&!] R1[k&!] R2[k&!]
ooooooo ooooooo ooooooo ooooooo ooooooo ooooooo
Tabela 5: Charakterystyka amplitudowa układu WE
Wyniki pomiarów Wyniki obliczeń
f[kHz] 2Uwe[V ] 2Uwy[V ] "t[ms] A[-] AdB[dB] Õ[ć%]
oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo oooooooo
ooooooooo
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Tabela 6: Charakterystyka Uwy = f(Uwe), układ WK
Wyniki pomiarów Wyniki pomiarów
Uwe[V ] Uwy[V ] Uwe[V ] Uwy[V ]
oooo0oooo ooooooooo oooo1,5oooo ooooooooo
0,2 2
0,4 3
0,5 4
0,6 5
0,7 6
0,8 7
0,9 9
1 11
1,1 13
1,2 15
Tabela 7: Ustalanie punku pracy w układzie WK
Dobór dzielnika rezystancyjnego
UE1 = 4 UE2 = 7.5 UE3 = 12
R1[k&!] R2[k&!] R1[k&!] R2[k&!] R1[k&!] R2[k&!]
ooooooo ooooooo ooooooo ooooooo ooooooo ooooooo
Tabela 8: Charakterystyka amplitudowa układu WK
Wyniki pomiarów Wyniki obliczeń Wyniki pomiarów Wyniki obliczeń
f[kHz] 2Uwe[V ] 2Uwy[V ] A[-] AdB[dB] f[kHz] 2Uwe[V ] 2Uwy[V ] A[-] AdB[dB]
ooooo ooooo ooooo ooooo ooooo ooooo ooooo ooooo ooooo ooooo
ooooooooo
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Przykładowe obliczenia
Charakterystyki
IB[µA] IC[mA]
150
350
125
300
250 100
200
75
150
50
100
25
50
UBE[V ] IB[µA]
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 50 100 150 200 250 300 350
(a) Charakterystyka wejściowa (b) Charakterystyka przejściowa
Rysunek 21
IC[mA]
120
100
80
60
40
20
UCE[V ]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Rysunek 22: Charakterystyki wyjściowe
ooooooooo
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Uwy[V ]
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Uwe[V ]
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4
Rysunek 23: Charakterystyka Uwy = f(Uwe) dla układu WE
AdB[dB]
20
10
0
-10
-20
-30
f[kHz]
0, 1 1 10 100 1000
Rysunek 24: Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza WE
ooooooooo
ĆWICZENIE - 2 GRUPA:oooooooooDATA:
Uwy[V ]
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Uwe[V ]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Rysunek 25: Charakterystyka Uwy = f(Uwe) dla układu WK
AdB[dB]
0
-10
-20
-30
f[kHz]
0, 1 1 10 100 1000
Rysunek 26: Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza WK
ooooooooo