PARAMETRY MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH załącznik 1 do ćwiczenia nr 6

Transkrypt

1 PMY MŁOSYGNŁOW NZYSOÓW POLNYH załącznik 1 do ćwznia nr 6 Wstęp Modl małosygnałow tranzystorów mają na l przdstawini tranzystora za pomocą obwod liniowgo. aka rprzntacja tranzystora pozwala na zastąpini go kładm liniowym w większym obwodzi i zastosowani powszcni znanyc mtod analizy obwodów (np. poznanyc na orii obwodów ). ranzystor jst lmntm niliniowym nimal wszystki jgo caraktrystyki są właśni niliniow. Zastosowani modl liniowgo implikj odpowidni warnki pracy tranzystora. Stosj się mał wartości amplitd sygnałów i stad wynika nazwa małosygnałow. Mał zmiany napięć i prądów tranzystora pozwalają na linaryzację niliniowyc c-k tranzystora wokół stalongo pnkt pracy niliniową caraktrystykę przybliża się odcinkim. Paramtry małosygnałow, rprzntją modl, wyznaczan są dla pwngo okrślongo pnk pracy tranzystora [1], [2]. Jst oczywist, ż dla inngo pnkt pracy wartości paramtrów małosygnałowyc będą inn, bo odcinki linaryzją c-ki będą miały inn nacylni. W równaniac i wzorac sygnały (prąd, napięci) o małj amplitdzi wyróżnia się przz indksy z małymi litrami (np.: i b małosygnałowy prąd bazy, waga: ni mylić: i c z i ). Ninijszy załącznik jst zbiorm informacji i wzorów pomocnyc do wykonania sprawozdania z ćwznia nr 6 Paramtry małosygnałow tranzystorów bipolarnyc. Poniżj przdstawiono w pnktac potrzbn wzory oraz mtody oblzania paramtrów małosygnałowyc na podstawi wyników pomiarów zbranyc podczas zajęć laboratoryjnyc wdłg koljności jak w ćwzni. Przbig oblzń 1. O LZN WZ MO NN PĄOWGO: i 21 Na podstawi pomiarów prądów polaryzacji bazy i kolktora wykonanyc w kładzi jak na rysnk 1 stałoprądowy współczynnik wzmocninia prądowgo oblza się wg znango wzor: (1) VPS 5 V 1 W 1 P 3 P 1 w P 2 ys. 1. Smat pomiarowy do wyznaczania paramtrów małosygnałowyc tranz. bipolarngo K LKONK GH vr

2 Pnkt pracy tranzystora pnkt na caraktrysty wyjściowj zdfiniowany przz napięci wyjściow i prąd wyjściowy (np. dla konfigracji O to: U i ). Modl ybrydowy czwórnikowa rprzntacja tranzystora dla małyc sygnałów (rys.2). aki kład jst liniowy i 1 11i1 122 opisany równaniami: i 1 11 i 2 i i ransmitancję prądową 21 (rys. 2), czyli małosygnałow wzmocnini prądow w kładzi wspólngo mitra W, równiż oblza się jako stosnk prąd kolktora do prąd bazy, al do oblzń nalży wziąć wartości małosygnałow. W trakci ćwznia mirzono napięcia małosygnałow mirzono albo amplitdy albo wartości międzyszczytow. Nalży pamiętać, żby do oblzń wziąć odpowidni wartości, tzn. wszystki oblznia nalży wykonać dla amplitd, albo dla wartości międzyszczytowyc. Małosygnałow napięci jst równ małosygnałowm napięci na rzystorz, poniważ dla sygnałów zminnyc kondnsator stanowi zwarci i jst włączony równolgl do wyjścia tranzystora. by oblzyć wzmocnini 21 nalży oblzyć wartości prądów na podstawi pomiarów napięć wykonanyc w kładzi pomiarowym z rys. 1 oraz wartości rzystorów i ( 1 powinin mić wartość co najmnij kilkanaści k, 1 11, aby można go zanidbać): 21 w (2) ib w zęstotliwość granzną tranzystora f wyznacza się na podstawi wykrślongo wykrs: 21 =f(f) (rys.3). Wykrs tn pozwala równiż na wyznaczni maksymalnj częstotliwości prznosznia f [3]. Zasadę przdstawiono na rysnk 3. UWG: wykrs wzmocninia w fnkcji częstotliwości nalży narysować przdstawiając oś częstotliwości w skali logarytmznj, al wyskalowanj w Hz. Oś wzmo-cninia (pionowa) moż być wyskalowana w [/] lb w d. Jśli wzmocnini przdstawiono na wykrsi w skali liniowj to, aby oblzyć jgo wartość pomnijszoną o 3d nalży podzilić przz 2 : la kład wspólngo mitra: 11 impdancja wjściowa przy i zwartym wyjści, b 12 wstczna transmitancja napięciowa przy rozwartym wjści, i b 21 transmitancja prądowa przy i zwartym wyjści, b 22 _ 3d (3) 2 2 zęstotliwości granzna f i maksymalna prznosznia f są związan zalżnością: 1 f f f (4) f która pozwala na wyznaczni częstotliwości prznosznia f i ys. 2. Modl ybrydowy tranzystora bipolarngo dla W 22 admitancja wyjściowa przy rozwartym wjści 21 [d] i b f 1 1 f K LKONK GH vr d ys. 3. -ka wzmocninia prądowgo w fnkcji częstotliwości wyznaczani f i f f [khz]

3 2. WYZN Z N MŁOSYGNŁOWJ MPNJ WJŚOWJ 1 1 Na podstawi pomiarów napięć: wjściowgo w, baza-mitr (rys.1) i wartości rzystora można wylzyć małosygnałową impdancję wjściową 11 (rys.2), z dfinji, jako: 11 w i (4) 3. O LZN g m, r b, r bb oraz n ranskondktancja g m, rzystancja dynamzna złącza baza-mitr r b oraz rzystancja rozproszona bazy r bb to paramtry małosygnałow występją w modl ybryd tranzystora bipolarngo (rys. 4). Na podstawi pomiarów napięć wykonanyc w kładzi pomiarowym z rysnk 1 oraz wyników poprzdn oblzń można wylzyć wspomnian paramtry małosygnałow. ranskondktancję można oblzyć z dfinji: (5) U la małyc zmian prąd kolktora i napięcia baza-mitr pocodną w powyższym wzorz można zastąpić przyrostami. Warnk tn jst spłniony dla małyc amplitd sygnałów. Zatm, dla wartości małosygnałowyc i kład z rys. 1, transkondktancję można wyrazić wzorm: g m 1 (6) Jak jż wspominano, dla sygnałów zminnyc kondnsator stanowi zwarci i napięci jst równ spadkowi napięcia (małosynałowgo) na rzystorz. óżnzkjąc prąd diody mitrowj z modl rsa-molla i względniając współczynnik wzmocninia prądowgo, transkondktancję można przdstawić jako: ( ) (7) U Jdnakż w kładzi pomiarowym w ćwzni ni ma możliwości pomiar prąd polaryzacji mitra (składowj stałj), dlatgo nalży zastąpić go prądm kolktora ( = ) otrzymjąc: (8) Korzystając z tgo równania nalży oblzyć współczynnik niidalności złącza mitrowgo n. Modl ybryd smat zastępczy tranzystora bipolarngo o strktrz czwórnika typ, rprzntjący zjawiska fizyczn zacodzą w tranzystorz. Jgo najważnijsz paramtry, dla konfigracji W, to: - trnskondktancja: g m U - kondktancja wjściowa: g - kondktancja wyjściowa: g U U - rzystancja rozproszona bazy: r bb - sprzężni rzystancyjn baza-kolktor: r b c - pojmność złącza mitrowgo: c i b r b ' r c i c g g m g ys. 4. Modl ybryd- tranzystora bipolarngo dla - pojmność złącza kolktorowgo (sprzęgająca): c K LKONK GH vr

4 Na podstawi modl rsa-molla można wykazać, ż prąd bazy spłnia zalżność [4]: U ( 1 ) S xp (9) nu óżnzkjąc powyższ równani względm napięcia U można oblzyć kondktancję wjściową: 1 g (1 ) U S U xp nu g (1) Następni z tgo, ż rzystancja jst odwrotnością kondktancji można zapisać: nu rb ' (11) Ponadto podstawiając do równania (1) za prąd bazy g otrzymjmy: (12) Porównjąc modl ybryd z modlm ybrydowym można oblzyć rzystancję rozproszoną bazy jako różnę: r r (13) b 11 Z własności częstotliwościowyc tranzystora wiadomo, ż na częstotliwość granzną f mają wpływ wszystki pojmności tranzystora. Zmnijszni wzmocninia prądowgo (f) o 3d ma mijs dla częstotliwości okrślonj przz zalżność: g f (14) 2 ( ) d Złącz mitrow jst spolaryzowan przwodząco, zatm pojmność dyfzyjna jst dominjąca i można założyć, ż: d >> ( j jc ). Zatm = d i równani powyższ można zapisać: g f (15) 2 Pojmność złącza baza-mitr to w głównj mirz pojmność dyfzyjna spolaryzowango przwodząca złącza mitrowgo d. Można wykazać, ż zalży ona od czas życia F : F F ( g ) F (16) U j jc Z wykład dla złącza p -n: d dq du d p p du U d pojmność dyfzyjna, p czas życia dzir (mnijszościowyc) 4. WYZN Z N KONUKNJ WYJŚOWJ NZ YSO 2 2 Zgodni z dfinją kondktancja wyjściowa 22 to stosnk napięcia (małosygnałowgo) do prąd kolktora i c. Wykonjąc pomiary napięć wjściowgo w i na kolktorz w kładzi przdstawionym na rysnk 5 można wyznaczyć kondktancję wyjściową tranzystora. K LKONK GH vr

5 VPS 5 V 1 W 1 1 P 4 2 P 3 w P 2 ys. 5. Smat pomiarowy do wyznaczania kondktancji wyjściowj tr. bipolarngo ( 22 ) Oblznia można wykonać wdłg poniższgo wzor: 22 w (17) 5. WYZN ZN PO JMNOŚ ZŁĄZ Z -KOLK O b c Korzystając z dzilnika pojmnościowgo można wyznaczyć pojmność złącza kolktorowgo tranzystora bipolarngo. W kładzi jak na rysnk 6 pojmność złącza kolktorowgo wraz z kondnsatorm 3 tworzą dzilnik pojmnościowy, który jst zasilany z gnratora napięcim w. Znając pojmność kondnsatora 3, oraz mirząc napięcia można wyznaczyć szkaną pojmność tranzystora korzystając z poniższgo wzor: c w (18) c 3 5 V P 3 W 1 P 2 c 3 * w 1 ys. 6. Smat pomiarowy do wyznaczania pojmności złącza baza-kolktor ( b c ) K LKONK GH vr

6 Litrarra [1] J. Koprowski Podstawow przyrządy półprzwodnikow, Skrypt czlniany SU 1711, GH, Kraków 29, rozdz.: ranzystor jako czwórnik aktywny, ss , [2] W. Marciniak Przyrządy półprzwodnikow i kłady scalon, WKŁ, Warszawa 1979, s. 33, [3] J. Koprowski Podstawow przyrządy półprzwodnikow, Skrypt czlniany SU 1711, GH, Kraków 29, rozdz.: zęstotliwości granzn tranzystora, ss , [4] J. Koprowski Podstawow przyrządy półprzwodnikow, Skrypt czlniany SU 1711, GH, Kraków 29, s. 13, K LKONK GH vr