ĆW 21, Szkoła itp, Elektronika, Pracownia, pracownia ćw
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
ĆWICZENIE 21
Badanie tranzystora bipolarnego
1.
Trochę teorii
Tranzystor bipolarny stanowi kombinację dwóch półprzewodnikowych złączy
p-n
,
wytwarzanych w jednej płytce półprzewodnika niesamoistnego. W zależności od
uszeregowania obszarów o zmiennym typie przewodnictwa wyróżnia się dwa typy
tranzystorów „
n-p-n
” i „
p-n-p
”, które działają podobnie, ale różnią się biegunowością
zewnętrznych źródeł zasilania i kierunkami przepływu prądu.
p-n-p
n-p-n
Rys.1. Symbole graficzne tranzystorów bipolarnych.
Charakterystyki wyjściowe tranzystora w układzie
WE
są graficzną ilustracją równania
I
C
= f(U
CE
),
a przebieg ich zależy od prądu bazy
I
B
, który jest parametrem rodziny krzywych.
Na charakterystykach wyjściowych tranzystora można wyróżnić kilka obszarów związanych z
polaryzacją złączy emiter-baza i kolektor-baza.
Rys.2. Charakterystyki tranzystora w układzie
WE
.
W stanie nieprzewodzenia
(odcięcia) zarówno złącze emiter-baza, jak i złącze
kolektor-baza spolaryzowane są w kierunku wstecznym (zaporowym). Przy zerowym prądzie
bazy (
I
B
= 0
) w obwodzie kolektor-emiter płynie prąd nasycenia (zerowy)
I
CE0
o niewielkiej
Ćw. 21 Badanie tranzystora bipolarnego
1
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
wartości. Aby prąd emitera zmalał do zera, należy spolaryzować bazę napięciem wstecznym,
które dla tranzystorów germanowych wynosi ok. 0,1V. Jako stan nieprzewodzenia tranzystora
w układzie
WE
przyjęto:
I
E
=0, I
C
=I
B
=I
CBO
(1)
Prądy zerowe zależą od napięcia kolektora i temperatury złącza.
W stanie nasycenia
obydwa złącza spolaryzowane są w kierunku przewodzenia.
Stan ten odpowiadający „zwarciu” na zaciskach kolektor-emiter charakteryzuje duża
wartość prądu I
C
przy bardzo małych wartościach napięć polaryzacji
U
CE
. Wartości napięcia
nasycenia
U
CEsat
wynoszą od ok. 0,2V do kilku woltów.
W stanie aktywnym
(przewodzenia aktywnego) złącze emiter-baza jest spolaryzowane
w kierunku przewodzenia, zaś złącze kolektor-baza w kierunku wstecznym. Przy takiej
polaryzacji następuje obniżenie bariery potencjałów na złączu emiterowym i nośniki
większościowe emitera zostają wprowadzone do cienkiej bazy, w której stają się nośnikami
mniejszościowymi. Nośniki mniejszościowe w bazie przechwytywane są przez silne pole
kolektora i tworzą prąd kolektora. Część ładunków mniejszościowych stanowi prąd bazy lub
rekombinuje tworząc pary dziura-elektron, z tego powodu prąd kolektora jest mniejszy od
prądu emitera.
Praktycznie wykorzystanie stanu aktywnego tranzystora jest ograniczone{
dopuszczalnym napięciem kolektor-emiter
U
CEmax
,
dopuszczalnym prądem kolektora
I
Cmax
dopuszczalną mocą strat
P
Cmax
.
Właściwości tranzystora opisują rodziny jego charakterystyk statycznych oraz parametry
dynamiczne. Charakterystyki te podaje się najczęściej dla tranzystora w układzie pracy
WE
. Są
to:
I
B
= f (U
BE
)
- charakterystyka wejściowa przy
U
CE
= const.
,
I
C
= f (U
CE
)
- charakterystyka wyjściowa przy
I
B
= const
,
I
C
= f (I
B
)
- charakterystyka przejściowa przy
U
CE
= const.
,
U
BE
= f (U
CE
)
- charakterystyka oddziaływania zwrotnego przy
I
B
= const
.
Z charakterystyk tych wyznacza się tzw. czwórnikowe parametry mieszane
h
. Dla układu ze
wspólnym emiterem WE, który jest najczęściej stosowanym układem pracy ze względu na
największe wzmocnienie mocy, definiuje się je następująco
:
h
U
BE
U
CE
impedancja wejściowa przy zwartym wyjściu (2)
.
11
e
I
B
h
U
BE
I
B
.
współczynnik sprzężenia zwrotnego przy
rozwartym wejściu
(3)
12
e
U
CE
h
I
C
U
CE
.
współczynnik wzmocnienia prądowego (
) przy
zwartym wyjściu
(4)
21
e
I
B
h
I
C
I
B
admitancja wyjściowa przy rozwartym wejściu (5)
.
22
e
U
CE
Na rysunku 3 przedstawiono sposób wyznaczenia parametrów różnicowych h metodą
przyrostów.
Ćw. 21 Badanie tranzystora bipolarnego
2
const
const
const
const
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
Rys. 3. Wyznaczenie parametrów
h
tranzystora bipolarnego
Z charakterystyk statycznych.
1.1. Układ pomiarowy
Charakterystyki statyczne tranzystora w układzie WE wyznaczamy metodą „punkt po
punkcie” w układzie pomiarowym pokazanym na rys.4.
Rys.4. Schemat ideowy układu pomiarowego.
Rezystory
R
B
i
R
C
służą do ograniczenia odpowiednio prądu bazy i kolektora. Do pomiarów
prądów stosujemy mierniki magnetoelektryczne – mikroamperomierz
A1
(prąd bazy)
i miliamperomierz
mA2
(prąd kolektora). Napięcia mierzymy woltomierzami elektronicznymi
V1
i
V2
, o dużej rezystancji wewnętrznej
R
V
>> 10M.
.
Ćw. 21 Badanie tranzystora bipolarnego
3
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
2. Wykonanie ćwiczenia
WYKAZ PRZYRZĄDÓW:
1.
Zasilacz laboratoryjny DF1731SB3A nr. …………………….
2.
płytka potencjometru Rs,
3.
układ pomiarowy S4 z tranzystorem T1
BC639
4.
miernik uniwersalny UM110B nr. …………………….
5.
miernik uniwersalny UM112B nr. …………………….
6.
multimetr cyfrowy Sanwa PC510 nr. …………………….
7.
woltomierz cyfrowy V543 nr. …………………….
2.1. Dane katalogowe
Na stronie np.
www.elenota.pl
znajdź dane katalogowe tranzystora BC639 i przepisz
najważniejsze z nich do tabeli 1.
2.2. Wyznaczanie charakterystyk statycznych
Zestaw układ pomiarowy wg rys.4 i wskazówek prowadzącego,
Rys.4. Schemat montażowy układu pomiarowego.
dołącz rezystor
R
7
- zewrzyj punkty
14
–
17
,
tranzystor
BC639
(
T1
) podłącz w następujący sposób:
emiter
E
- zewrzyj punkty
26 – 37
,
baza
B
- zewrzyj punkty
25 - 15
,
kolektor
C
- zewrzyj punkty
19 – 16
,
do pomiaru prądu bazy użyj miernika uniwersalnego UM110B -
4
, a do pomiaru prądu
kolektora zastosuj miernik uniwersalny UM112B -
5
,
jako woltomierze zastosuj mierniki elektroniczne V543 i PC510 -
6
i
7
,
Wyznacz następujące charakterystyki statyczne badanych tranzystorów metodą „punkt
po punkcie”:
wyjściowe
Ic = f(U
CE
)
przy
I
B
= const.,
wejściowe
I
B
= f(U
BE
)
przy
U
CE
= const.
,
przejściowe
Ic = f(I
B
)
przy
U
CE
= const.
,
zwrotne
U
BE
= f(U
CE
)
przy
I
B
= const
.
wyniki zapisz w tabelach 2–5,
na podstawie wyników z tabel 2-5 wykreśl charakterystyki statyczne badanego
tranzystora,
Ćw. 21 Badanie tranzystora bipolarnego
4
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
Korzystając z wyznaczonych charakterystyk statycznych określ parametry
h
badanych
tranzystorów. Na wykreślonych charakterystykach zaznacz graficznie punkty, w
których wyznaczyłeś odpowiednie parametry
h
.
PYTANIA KONTROLNE I ZAGADNIENIA DO OPRACOWANIA
1.
Wyjaśnij fizyczną zasadę działania tranzystora
NPN
.
2.
Zdefiniuj najważniejsze parametry statyczne tranzystora. Omów ich zależność od
punktu pracy.
3.
Co to jest stan nasycenia, aktywny i odcięcia tranzystora?
4.
Narysuj charakterystyki statyczne tranzystora
NPN
w układzie
WE
. Wskaż położenie
punktów pracy w poszczególnych stanach tranzystora. Wyjaśnij i uzasadnij kształt
krzywych.
5.
Wymień najważniejsze parametry graniczne tranzystora i podaj, skąd one wynikają.
6.
Omów parametry
h
tranzystora w układzie
WE
. Scharakteryzuj zależność
parametrów
h
tranzystora od jego punktu pracy.
7.
Narysuj układy zastępcze tranzystora i podaj zakres ich stosowalności.
8.
Jakim przyrządem i w jaki sposób można najszybciej stwierdzić, że tranzystor
NPN
jest
dobry lub uszkodzony? Odpowiedź uzasadnij.
9.
Omów prądy zerowe w tranzystorze i ich zależność od temperatury.
Ćw. 21 Badanie tranzystora bipolarnego
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]