POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
Instrukcja Nr4 FD1
TRANZYSTOR BIPOLARNY  CHARAKTERYSTYKI
STATYCZNE
Celem ćwiczenia jest pomiar i analiza charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego npn lub
pnp pracującego w układach wspólnego emitera (WE) lub wspólnej bazy (WB).
A) Zadania do samodzielnego opracowania przed zajęciami:
Zapoznanie się z treścią poniższej instrukcji, zapoznanie się z teoretycznymi podstawami działania tran-
zystora bipolarnego, przygotowanie - narysowanie schematów pomiarowych oraz opracowanie własne-
go planu pomiarów (wraz z odpowiednimi tabelami).
B) WPROWADZENIE
W tranzystorze n-p-n złącze n+-p+ jest nazywane złączem emiterowym (sterującym), sam zaś obszar n+ - emiterem.
(+ oznacza silne domieszkowanie danego obszaru). Zadaniem emitera jest wstrzykiwanie nadmiarowych nośników  elek-
tronów do obszaru p zwanego obszarem bazy. W bazie elektrony stanowią nośniki mniejszościowe, których większość
uczestniczy w prądzie zaporowym drugiego złącza tranzystora nazywanego złączem kolektorowym. Obszar n tego złą-
cza nazywa się kolektorem. W przypadku tranzystora pnp należy odpowiednio uwzględnić zmianę rodzaju domieszkowania
poszczególnych obszarów.
a)
_ b)
IB
+
+
UBE UCE
n++ 5 n
B 4
3
RE
RC
IC
IE
1
p+ p+
n+ n
E C
2
Wb kolektor
emiter
baza
Rys. 1) Idea budowy i działania tranzystora n-p-n, (układ WB).
a) Polaryzacja dla układu WE w stanie aktywnym normalnym
b) Rozpływ prądów tranzystorze: 1-ułamek liczby elektronów ulegających rekombinacji w bazie
2- elektrony wstrzyknięte do bazy i osiągające obszar kolektora
3-nośniki generowane termicznie - zaporowy prąd złącza kolektora
4-dziury dostarczane przez końcówkę bazy rekombinujące z elektronami
5-dziury dyfundujÄ…ce z bazy do emitera
WYJÅšCIOWE
IC[mA]
PRZEJÅšCIOWE
IB=30µ
IC UCB=0
5
IB=20µA
UCE= 10 V
UCE= 5V ICmax N
IB=10µA
A
S
IB=30µA Ptot
Y
C
IB=0µA
UCE [V]
IB[µA] E IB=20µA
N
Obszar dozwolony
IB=1µA1 I
0 5
5
E
IB=10µA
0.4 IB=5µA
IB=30µA IB=0µA
UCE= 5V
ICEO
ODCI
CIE
0.8
UCE
UCEOmax
UCEmax
UCE= 10V
ZWROTNE
UEB
WEJÅšCIOWE
Rys. 2) Rodziny ch-styk dla układu WE oraz parametry statyczne. Na wykresie z prawej strony zaznaczono dozwolony
obszar pracy aktywnej tranzystora: Ptot - dopuszczalna moc admisyjna; ICmax - maksymalny prÄ…d kolektora; UCEmax - dopusz-
czalne napięcie kolektor-emiter (określane jako np. 0.8 UCEO); ICEO - prąd zerowy kolektora (granica pomiędzy odcięciem a
zakresem aktywnym); UCEsat - napięcie nasycenia (WE), rozgranicza obszar nasycenia od stanu aktywnego.
1
POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
Instrukcja Nr4 FD1
Tranzystor jest elementem trójkońcówkowym, dwuzłączowym, istnieją więc cztery różne kombinacje znaków napięć
polaryzujących oba złącza które określają jego stany pracy.
UBC
 +
AKTYWNY NASYCENIA
 + polaryzacja w stan przewodzenia
INWERSYJNY
UBE
ZAPOROWY/
AKTYWNY  - polaryzacja w stanie zaporowym
ZATKANIE
NORMALNY
 -
Rys. 3) Stany pracy tranzystora bipolarnego.
Tranzystor jako element trójkońcówkowy, traktowany jako czwórnik (dla wejścia i wyjścia sygnału) musi mieć jed-
ną z końcówek wspólną dla sygnału wejściowego i wyjściowego. Daje to 3! możliwych kombinacji, jednak aby uzyskać
wzmocnienie mocy (jedna z zasadniczych zalet tranzystora) jest konieczne by baza była jedną z końcówek wejściowych a
kolektor jedną z wyjściowych. Ogranicza to ilość użytecznych kombinacji do trzech. Są to układy:
EC
C
E
B B
WY WY
WY
WE
WE
WE
B
C
E
Wspólna baza
Wspólny emiter Wspólny kolektor
Rys. 4. Układy pracy tranzystora bipolarnego.
PrÄ…dy zerowe:
I
ICEO
ICER
IEBO
ICEZ
ICEZ = ICEO dla R=" ICBO
ICES dla R=0
ICES
ICER dla0+
+
ICBO
-
WE WY - WE WY
-
R
WE
WY
UCEOmax UCBOmax U
Rys. 5. Układy pomiarowe prądów zerowych. Pomiędzy ich wartościami zachodzi relacja: ICEO>ICER>ICES>ICBO.
ib h11e
b
c
h12euce
ube
h22e
uce
h21eib
e
e
u
u
1
1
h11e = Impedancja (rezystancja) wejściowa. h12e = Współczynnik oddziaływania zwrotnego.
i
u
1
2
u2=0
i1=0
i i
2 2
h21e = Współczynnik wzmocnienia prądowego. h22e = Admitancja (konduktancja) wyjściowa.
i u
1 2
u2=0 i1=0
Rys. 6. Schemat zastępczy z oznaczeniami dla układu WE i definicje parametrów typu h tranzystora.
2
POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
Instrukcja Nr4 FD1
C) POMIARY
Uwagi wstępne:
1. Pomiary wykonać dla tranzystora i układu pracy wskazanego przez prowadzącego.
2. Podczas pomiarów zwracać uwagę na utrzymywanie stałej wartości parametrów.
3. Pomiary przeprowadzić w możliwie szerokim zakresie dopuszczalnych prądów i napięć, w razie
wątpliwości wartości te należy uzgadniać z prowadzącym zajęcia.
4. Na każdą krzywą powinno przypadać nie mniej niż 15 pkt. pomiarowych.
1. Określić typ (npn - pnp) oraz rozkład wyprowadzeń końcówek tranzystora przy pomocy testera złącz, np.
multimetrem V562. Zmierzyć charakterystyki prądowo-napięciowe złącz BE i BC w obu kierunkach,
uwzględniając ich dopuszczalne parametry.
Układ wspólnego emitera
2. Zestawić układ pomiarowy do zbadania charakterystyk statycznych tranzystora pracującego w układzie WE.
3. Zmierzyć charakterystyki: wejściową UBE (IB)ćłUCE=const , przejściową IC (IB)ćłUCE=const. Charakterystyki te
można wyznaczyć jednocześnie, zmieniając prąd wejściowy IB i mierząc równocześnie napięcie wejściowe
UBE oraz prąd wyjściowy IC. Pomiary wykonać dla trzech wartości parametru UCE . Zmierzyć charaktery-
styki: wyjściową IC(UCE)ćłIB=const, oddziaływania zwrotnego UBE(UCE)ćłIB=const. Charakterystyki te można
wyznaczyć jednocześnie, zmieniając napięcie wyjściowe UCE i mierząc równocześnie prąd wyjściowy IC oraz
napięcie wejściowe UBE. Pomiary wykonać dla trzech wartości parametru IB . Ze szczególną uwagą należy
wykonać pomiary w zakresie nasycenia.
Układ wspólnej bazy
4. Zestawić układ pomiarowy do zbadania charakterystyk statycznych tranzystora pracującego w układzie WB.
5. Zmierzyć charakterystyki: wejściową UBE(IE)ćłUCB=const. oraz przejściową IC(IE)ćłUCB =const . Charakterystyki te
można wyznaczyć jednocześnie, zmieniając prąd wejściowy IE i mierząc równocześnie napięcie wejściowe
UBE oraz prąd wyjściowy IC. Pomiary wykonać dla trzech wartości parametru UCB.
6. Zmierzyć charakterystyki: wyjściową IC(UCB)ćłIE=const oraz oddziaływania zwrotnego UBE(UCB)ćłIE=const w
zakresie aktywnym. Można je wyznaczyć jednocześnie, zmieniając napięcie wyjściowe UCB i mierząc równo-
cześnie prąd wyjściowy IC oraz napięcie wejściowe UBE . Po wyznaczeniu charakterystyk wyjściowych w ob-
szarze pracy aktywnej zmierzyć te charakterystyki w zakresie nasycenia (po zmianie polaryzacji złącza kolek-
torowego).
Charakterystyki prądów zerowych
7. Zmierzyć charakterystyki ICER(UCE) dla przypadków R=0, 08. Zmierzyć charakterystykę ICB0(UCE).
3
POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
Instrukcja Nr4 FD1
D) SCHEMATY POMIAROWE
a) Układ WE, tranzystor npn
mA mA
+
+
ZASILACZ
V ZASILACZ
V
-
-
b) Układ WB, tranzystor pnp
mA mA
-
+
ZASILACZ
V ZASILACZ
V
+
-
c) Układ WE, tranzystor pnp
mA mA
-
-
ZASILACZ ZASILACZ
V
V
+ +
d) Układ WB, tranzystor pnp
mA mA
+
-
ZASILACZ ZASILACZ
V
V
-
+
Rys.7 Schematy pomiarowe dla układów wspólnego emitera (WE) i wspólnej bazy (WB).
mA
+
V
ZASILACZ
R
-
Rys.8 Schemat układu do pomiaru prądów ICER dla tranzystora npn.
4
POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
Instrukcja Nr4 FD1
E Parametry katalogowe wybranych typów tranzystorów.
Jeżeli pomiary w laboratorium dotyczą innych typów tranzystorów  ich dane należy odszukać samo-
dzielnie w katalogu elementów półprzewodnikowych.
UCEmax ICEmax IBmax UCBmax UEBma Ptot [W] tjmax UCESAT h21E fT Rthj-c TYP
[C/W]
[V] [A] [A] [V] [V] [C] [V] [Mhz]
25-200
BDP281 30 7 3 40 5 40 tc=25 0C 150 1 4 3.1 npn
25-200
BDP282 30 7 3 40 5 40 tc=25 0C 150 1 10 3.1 pnp
40-250
BD 135 45 0.5 0.1 45 5 6.5tc=40 0C 125 0.5 200 10 npn
40-250
BD 136 45 0.5 0.1 45 5 6.5tc=40 0C 125 0.5 150 10 pnp
BC 211 40 1 0.1 80 5 4.25 175 1 6-250 50 35 npn
BC 313 40 1 0.1 80 5 4.25 175 1 6-250 50 35 pnp
E) OPRACOWANIE I ANALIZA WYNIKÓW:
1. Narysować (wydrukować) wszystkie zmierzone charakterystyki.
2. Na podstawie charakterystyk złącza BE, BC narysowanych w skali logarytmiczno-liniowej i wyznaczyć
współczynniki złącza oraz  prądy zerowe i rezystancję szeregową (patrz instrukcja do ćwiczenia  diody
półprzewodnikowe ).
3. Wyznaczyć parametry schematu zastępczego:
a) z parametrami mieszanymi typu h
b) hybryd Ä„, dla tego samego punktu pracy tranzystora.
4. Narysować na jednym wykresie charakterystyki prądów zerowych. Sprawdzić teoretyczną zależność
pomiędzy ICE0 oraz ICB0.
5. Porównać uzyskane wyniki z danymi katalogowymi.
6. Dokonać kompleksowej analizy uzyskanych wyników.
Zalecana literatura:
1. W. Marciniak  Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone
2. W. Marciniak  Modele elementów półprzewodników
3. A. Kusy  Podstawy elektroniki
4.  Elementy półprzewodnikowe i układy scalone (katalog UNITRA  CEMI)
5. Gray P.E.,Searle C.L.-  Podstawy elektroniki
6. Praca zbiorowa -  Zbiór zadań z układów elektronicznych liniowych .
5