TRANZYSTOR BIPOLARNY CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE ORAZ PRACA W UKLADZIE WZMACNIACZA

Transkrypt

1 POLITHNIK RZSZOWSK Katedra Podstaw lektronk INSTRUKJ NR4, 008 TRNZYSTOR IPOLRNY HRKTRYSTYKI STTYZN ORZ PR W UKLDZI WZMNIZ el cwczena: Pomar analza charakterystyk statycznych tranzystora bpolarnego npn lb pnp pracjacego w kladach wspólnego emtera (W) lb wspólnej bazy (W). Zapoznane stdentów z mozlwoscam pracy tranzystora jako wzmacnacza malych sygnalów. ) Zadana do samodzelnego opracowana przed zajecam: Zapoznane se z tresca ponzszej nstrkcj. Zapoznane se z teoretycznym podstawam dzalana tranzystora bpolarnego. Przygotowane - narysowane schematów kladów do pomar charakterystyk statycznych. Przemyslene sposob pomar charakterystyk przejscowej czestotlwoscowej wzmacnacza jednotranzystorowego w kladze wspólnego emtera. Zapoznane se z defncjam parametrów model hybrydowego tranzystora. Wyjasnc role poszczególnych elementów w kladze wzmacnacza jednotranzystorowego z rys. 8). ) WPROWDZNI W tranzystorze n-p-n zlacze n -p jest nazywane zlaczem emterowym (sterjacym), a obszar n emterem ( oznacza slne domeszkowane danego obszar). Zadanem emtera jest wstrzykwane elektronów do obszar p zwanego baza. W baze elektrony stanowa nosnk mnejszoscowe, wekszosc z nch czestnczy w pradze zaporowym drgego zlacza nazywanego zlaczem kolektorowym. Obszar n tego zlacza nazywa se kolektorem. R a) _ U n emter p W b baza _ U n kolektor R b) I n 5 4 I p 3 n I Rys. Idea bdowy tranzystora n-p-n, (klad W), a) polaryzacja dla klad W w stane aktywnym normalnym; b) rozplyw pradów tranzystorze: -lamek lczby elektronów legajacych rekombnacj w baze - elektrony wstrzyknete do bazy osagajace obszar kolektora 3-nosnk generowane termczne - zaporowy prad zlacza kolektora 4-dzry dostarczane przez koncówke bazy rekombnjace z elektronam 5-dzry dyfndjace z bazy do emtera I [ µ ] U 0 h e U 5 I 5 [m] U 0 h 0.8 e h a) e b) h e I 30µ I I 0µ I max I 0µ I 5µ U 5 I 0µ U I 0µ U I µ I O N S Y N I U 0 I 30µ I 0µ Obszar dozwolony ODII I 0µ P tot I 0µ U max U Omax U Rys. a) Rodzna ch-styk dla klad W; b) dozwolony obszar pracy aktywnej tranzystora: P to t - dopszczalna moc admsyjna; I max - maksymalny prad kolektora; U max - dopszczalne napece kolektor-emter (typowo 0.8x U O ); I O - prad zerowy kolektora (granca pomedzy odcecem a zakresem aktywnym); U s at - napece nasycena - rozgrancza obszar nasycena od aktywnego normalnego.

2 Tranzystor jest elementem dwzlaczowym, stneja 4 rózne kombnacje znaków napec polaryzjacych zlacza okreslajace jego stany pracy. U - KTYWNY INWRSYJNY ZPORO/ ZTKNI NSYNI KTYWNY NORMLNY U polaryzacja w stan przewodzena - polaryzacja w stane zaporowym - Rys. 3 Stany pracy tranzystora bpolarnego. Tranzystor jako element trójkoncówkowy, ms mec jedna z koncówek wspólna dla sygnal wejscowego wyjscowego. Daje to 3! mozlwych kombnacj, aby zyskac wzmocnene mocy (jedna z zasadnczych zalet tranzystora) jest koneczne by baza byla jedna z koncówek wejscowych a kolektor jedna z wyjscowych. Ograncza to losc zytecznych kombnacj do trzech. W Wspólny emter W Wspólny kolektor W Wspólna baza Rys. 4 Uklady pracy tranzystora bpolarnego. Prady zerowe : Przy polaryzacj zaporowej któregokolwek ze zlacz tranzystora plyna przez to zlacze prady wsteczne okreslane czesto w tym przypadk pradam zerowym. Najweksze wartosc osaga prad zerowy pomedzy zacskam kolektora emtera I O (zaporowo spolaryzowane zlacze ) przy rozwartym zacsk bazy. IZ I O dla R I S dla R0 I R dla0<r< W R I Z - I I O I R I S I O UOmax UOmax Rys. 5 Uklady pomarowe pradów zerowych. Pomedzy wartoscam pradów zachodz relacja: I O >I R >I S >I O. Przebce tranzystora: Dla zlacza kolektorowego okreslane jest napece przebca U O przy rozwartym emterze (rzed co najmnej klkdzesec woltów - przebce o charakterze lawnowym z wag na slabsze domeszkowane obszar kolektora). Dla zlacza emterowego okreslane jest napece przebca U O przy rozwartym kolektorze (przebce o charakterze Zenera emter slne domeszkowany, napece przebca ponzej 7 ). W tranzystorze moze tez wystapc zjawsko tzw. przebca skrosnego zanm natezene pola eklektycznego w warstwe zaporowej osagne wartosc krytyczna caly obszar netralny bazy moze zostac zajety przez warstwe zaporowa zlacza. Innym efektem jest tzw. przebce wtórne zwazane z przeplywem przez strktre zbyt dzego prad. U W I O - - I W Praca tranzystora w kladze wzmacnacza W Tranzystor jako czwórnk lnowy h Impedancja wejscowa h wspólczynnk oddzalywana zwrotnego h Wspólczynnk wzmocnena pradowego

3 Rys. 6 Tranzystor jako czwórnk. h dmtancja wyjscowa Równana czwórnkowe mozna przedstawc za pomoca równowaznej sec elektrycznej: Indeks przy symbol h oznacza: b - klad W e - klad W c - klad W b c h e h e ce be h e h e b ce Rys. 7. Sec elektryczna równowazna równanom hybrydowym dla klad W. Wartosc parametrów zaleza od klad wlaczena tranzystora, rodzaj klad wlaczena oznaczany jest dodatkowym trzecm ndeksem lterowym. Wartosc parametrów w poszczególnych kladach wlaczena mozna wzajemne przelczac na podstawe zaleznosc dostepnych w lteratrze. Ponewaz: h c e ce b DI DU I const h c e b ce 0 DI DI Uce const h be e b ce 0 DU DI U const h be e ce b DU DU I const Dysponjac zmerzonym charakterystykam statycznym tranzystora mozna latwo te parametry wyznaczyc (Rys. ) Jest to dza zaleta model hybrydowego. Przykladowe wartosc przyjmowane przez parametry czwórnkowe typ h, oraz przyblzone relacje pomedzy parametram typ h parametram nnego poplarnego model model typ hybryd π podaja tabelk: h e kω h e 0-4 / h e / h e S h e r bb r b e r b e h e β(g b c /g m ) h e β h e g ce Te nne, równowazne modele znajdja zastosowane podczas analzy kladów pracy z tranzystoram bpolarnym, na przyklad klad wzmacnacza malych sygnalów: 5 b ) U 5 a) R 330k R R c k W Y W Y R W b 0k T R b 0k W Tranzystor badany,5µ F R 0 00k e g (t) R 00k R 3,3k 0µ F Rys. 8 Tranzystor bpolarny npn w kladze wzmacnacza W. a) klad nwertera do pomar charakterystyk przejscowej, b) wzmacnacz jednotranzystorowy. 3

4 ) POMIRY. Pomary wykonac dla jednego tr anzystor a klad pr acy wskazanego pr zez pr owadzacego.. Podczas pomarów zwracac wage na trzymywane stalej war tosc par ametr ów. 3. Pomary przeprowadzc w mozlwe szerokm zakrese dopszczalnych pradów napec, w raze watplwosc wartosc te nalezy zgadnac z prowadzacym zajeca. 4. Na kazda krzywa pownno przypadac ne mnej nz 5 pnktów pomarowych.. Okreslc typ (npn - pnp) oraz rozklad wyprowadzen koncówek tranzystora przy pomocy testera zlacz. Uklad wspólnego emtera. Zestawc klad pomarowy do zbadana charakterystyk statycznych tranzystora pracjacego w kladze W. 3. Zmerzyc charakterystyk: wejscowa U (I) U const, przejscowa I (I) U const. harakterystyk te mozna wyznaczyc jednoczesne, zmenajac prad wejscowy I merzac równoczesne napece wejscowe U oraz prad wyjscowy I. Pomary wykonac dla trzech wartosc parametr U. Zmerzyc charakterystyk: wyjscowa I(U) I const, oddzalywana zwrotnego U(U) I const. harakterystyk te mozna wyznaczyc jednoczesne, zmenajac napece wyjscowe U merzac równoczesne prad wyjscowy I oraz napece wejscowe U. Pomary wykonac dla trzech wartosc parametr I. Ze szczególna waga nalezy wykonac pomary w zakrese nasycena. Uklad wspólnej bazy 4. Zestawc klad pomarowy do zbadana charakterystyk statycznych tranzystora pracjacego w kladze W. 5. Zmerzyc charakterystyk: wejscowa U(I) U const. oraz przejscowa I(I) U const. harakterystyk te mozna wyznaczyc jednoczesne, zmenajac prad wejscowy I merzac równoczesne napece wejscowe U oraz prad wyjscowy I. Pomary wykonac dla trzech wartosc parametr U. 6. Zmerzyc charakterystyk: wyjscowa I(U) I const oraz oddzalywana zwrotnego U(U) I const w zakrese aktywnym. Mozna je wyznaczyc jednoczesne, zmenajac napece wyjscowe U merzac równoczesne prad wyjscowy I oraz napece wejscowe U. Po wyznaczen charakterystyk wyjscowych w obszarze pracy aktywnej zmerzyc te charakterystyk w zakrese nasycena (po zmane polaryzacj zlacza kolektorowego). harakterystyk pradów zerowych, wyznaczene napeca przebca zlacz 7. Zmerzyc charakterystyk pradowo-napecowe zlacz w ob kernkach. Odpowedno dokladne pomary pownny mozlwc wyznaczene charakterystyk pradów I 0 (U ) oraz I 0 (U ), a takze co najmnej jednego z napec przebca zlacz. W trakce pomarów nalezy pametac o zabezpeczen kladów badanych za pomoca odpowedno dobranego rezystora dekadowego. 8. Zmerzyc charakterystyk I R (U ) dla przypadków R0, 0<R< oraz R dla wybranego typ tranzystora. Wyznaczene charakterystyk czestotlwoscowej czestotlwosc grancznych wzmacnacza tranzystorowego w kladze W 9. W oparc o dostepne w laboratorm podstawk zestawc klad pomarowy do pomar charakterystyk przejscowej U wy f(u we ) wzmacnacza w kladze wspólnego emtera (rys. 8a). Pomary przeprowadzc zaslajac wejsce wyjsce klad z zaslaczy stablzowanych metoda pnkt po pnkce. 0. W oparc o schemat przedstawony na rys. 8b) zestawc klad pomarowy do pomar charakterystyk ampltdowej k f(f) wzmacnacza w kladze wspólnego emtera. Pomary wykonac dla wartosc pojemnosc rezystancj R podanych przez prowadzacego. Pomary ponowc przy podwojonej wartosc rezystancj R o polowe mnejszej nz podane poprzedno. Pomary czestotlwosc wykonywac nalezy czestoscomerzem a ampltdy sygnalów wejscowego wyjscowego za pomoca oscyloskop. 4

5 D) SHMTY POMIROW a) Uklad W, tranzystor npn m ZSILZ m ZSILZ b) Uklad W, tranzystor pnp m m ZSILZ ZSILZ c) Uklad W, tranzystor pnp m ZSILZ m ZSILZ d) Uklad W, tranzystor pnp m m ZSILZ ZSILZ e) klad do pomar pradów I R (tranzystor npn). R m ZSILZ ) Parametry katalogowe przykladowych typów tranzystorów. Jezel pomary w laboratorm dotycza nnych typów tranzystorów ch dane nalezy odszkac samodzelne w katalog elementów pólprzewodnkowych. U max I max [] I max [] U max U ma P tot [W] tj max [] U ST h f T [Mhz] R thj-c [/W] DP t c npn DP t c pnp D t c npn D t c pnp npn pnp TYP F) OPROWNI I NLIZ NIKÓW:. Narysowac (wydrkowac) wszystke zmerzone charakterystyk.. Na podstawe charakterystyk zlacz, narysowanych w skal logarytmczno-lnowej wyznaczyc wspólczynnk zlacza oraz prady zerowe rezystancje szeregowa. 3. Na podstawe charakterystyk statycznych wyznaczyc parametry schemat zastepczego z parametram meszanym typ h dla wybranego pnkt pracy tranzystora. 4. Narysowac charakterystyk pradów zerowych. Sprawdzc teoretyczna zaleznosc pomedzy I 0 oraz I Porównac zyskane wynk z danym katalogowym. 6. Skomentowac charakterystyk przejscowe czestotlwoscowe wzmacnacza. Wyznaczyc czestotlwosc granczne. 7. Dokonac kompleksowej analzy zyskanych wynków. 5

6 Lteratra pomocncza:. W. Marcnak Przyrzady pólprzewodnkowe klady scalone. W. Marcnak Modele elementów pólprzewodnków 3.. Ksy Podstawy elektronk 4. Gray P..,Searle.L.- Podstawy elektronk 5. Kolodzejsk J. Spralsk L. Stolarsk. Pomary przyrzadów pólprzewodnkowych 6