PARAMETRY MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH obliczanie załącznik 1 do ćwiczenia nr 7

Transkrypt

1 LMNY LKONZN LA.: Paramtry małosynałow tranz. bipolarnyc zał. 1 PAAMY MAŁOSYGNAŁOW ANZYSOÓW POLANYH oblzani załącznik 1 do ćwznia nr 7 Wstęp Modl małosynałow tranzystorów mają na cl przdstawini tranzystora za pomocą obwod liniowo. aka rprzntacja tranzystora pozwala na zastąpini o kładm liniowym w większym obwodzi i zastosowani powszcni znanyc mtod analizy obwodów (np. poznanyc na orii obwodów ). ranzystor jst lmntm niliniowym nimal wszystki jo caraktrystyki są właśni niliniow. Zastosowani modl liniowo implikj odpowidni warnki pracy tranzystora. Stosj się mał wartości amplitd synałów i stad wynika nazwa małosynałow. Mał zmiany napięć i prądów tranzystora pozwalają na linaryzację niliniowyc c-k tranzystora wokół stalono pnkt pracy niliniową caraktrystykę przybliża się odcinkim. Paramtry małosynałow, rprzntjąc modl, wyznaczan są dla pwno okrślono pnk pracy tranzystora [1], [2]. Jst oczywist, ż dla inno pnkt pracy wartości paramtrów małosynałowyc będą inn, bo odcinki linaryzjąc c-ki będą miały inn nacylni. W równaniac i wzorac synały (prąd, napięci) o małj amplitdzi wyróżnia się przz indksy z małymi litrami (np.: i b małosynałowy prąd bazy, waa: ni mylić: i c z i ). Ninijszy załącznik jst zbiorm informacji i wzorów pomocnyc do wykonania sprawozdania z ćwznia nr 8 Paramtry małosynałow tranzystorów bipolarnyc. Poniżj przdstawiono w pnktac potrzbn wzory oraz mtody oblzania paramtrów małosynałowyc na podstawi wyników pomiarów zbranyc podczas zajęć laboratoryjnyc wdł koljności jak w ćwzni. Przbi oblzń 1. OL ZAN WZMONNA PĄOW GO: i 2 1 Na podstawi pomiarów prądów polaryzacji bazy i kolktora wykonanyc w kładzi jak na rysnk 1 stałoprądowy współczynnik wzmocninia prądowo oblza się w znano wzor: (1) 1 A Stab. U zas 3 A W 3 P c 2 P 1 w P 2 b ys. 1. Scmat pomiarowy do wyznaczania paramtrów małosynałowyc tranz. bipolarno Katdra lktroniki AGH vr

2 LMNY LKONZN LA.: Paramtry małosynałow tranz. bipolarnyc zał. 1 Pnkt pracy tranzystora pnkt na caraktrystyc wyjściowj zdfiniowany przz napięci wyjściow i prąd wyjściowy (np. dla konfiracji O to: U i ). Modl ybrydowy czwórnikowa rprzntacja tranzystora dla małyc synałów (rys.2). aki kład jst liniowy i 1 11i1 122 opisany równaniami: i 1 11 i 2 i i la kład wspólno mitra: b 11 impdancja wjściowa przy i zwartym wyjści, b c b 12 wstczna transmitancja napięciowa przy rozwartym wjści, c i b 21 transmitancja prądowa przy i zwartym wyjści, b c ransmitancję prądową 21 (rys. 2), czyli małosynałow wzmocnini prądow w kładzi wspólno mitra W, równiż oblza się jako stosnk prąd kolktora do prąd bazy, al do oblzń nalży wziąć wartości małosynałow. W trakci ćwznia mirzono napięcia małosynałow 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. Małosynałow napięci c jst równ małosynałowm napięci na, poniważ dla synałów zminnyc kondnsator 2 stanowi zwarci i jst włączony równoll do tranzystora. Aby oblzyć wzmocnini 21 nalży oblzyć wartości prądów na podstawi pomiarów napięć wykonanyc w kładzi pomiarowym z rys. 1 i wartości rzystorów i : c c 21 w (2) b ib w b zęstotliwość ranzną tranzystora f nalży wyznaczyć na podstawi wykrs: 21 =f(f) (trys.3). Wykrs tn pozwala równiż na wyznaczni maksymalnj częstotliwości prznosznia f [3]. Zasadę przdstawiono na rysnk 3. UWAGA: wykrs wzmocninia w fnkcji częstotliwości nalży narysować przdstawiając oś częstotliwości w skali loarytmznj, al wyskalowanj w Hz. Oś wzmocninia (pionowa) moż być wyskalowana w [A/A] lb w d. Jśli wzmocnini przdstawiono na wykrsi w skali liniowj to, aby oblzyć jo wartość pomnijszoną o 3d nalży podzilić przz 2 : 22 _ 3d (3) zęstotliwości ranzna 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 bipolarno dla W 22 admitancja wyjściowa przy rozwartym wjści 21 [d] c i b 2-3d f 1 1 f f [khz] ys. 3. -ka wzmocninia prądowo w fnkcji częstotliwości wyznaczani f i f Katdra lktroniki AGH vr

3 LMNY LKONZN LA.: Paramtry małosynałow tranz. bipolarnyc zał WYZN A Z AN MAŁ OSYGNAŁ OW J MP ANJ W JŚ OW J 11 Na podstawi pomiarów napięć: wjściowo w, baza-mitr b (rys.1) i wartości rzystora można wylzyć małosynałową impdancję wjściową 11 (rys.2) jako: b b 11 w (4) b ib 3. OL ZAN m, r b, r bb oraz n ranskondktancja m, rzystancja dynamzna złącza baza-mitr r b oraz rzystancja rozproszona bazy r bb to paramtry małosynałow występjąc w modl ybryd tranzystora bipolarno (rys. 4). Na podstawi pomiarów napięć wykonanyc w kładzi pomiarowym z rysnk 1 oraz wyników poprzdn oblzń można wylzyć wspomnian paramtry małosynałow. ranskondktancję można oblzyć z dfinji: m (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 synałów. Zatm, dla wartości małosynałowyc i kład z rys. 1, transkondktancję można wyrazić wzorm: m b c b 1 c (6) Jak jż wspominano, dla synałów zminnyc kondnsator 2 stanowi zwarci i napięci c jst równ spadkowi napięcia (małosynałowo) na rzystorz. óżnzkjąc prąd diody mitrowj z modl brsa-molla i wzlędniając współczynnik wzmocninia prądowo, transkondktancję można przdstawić jako: ( ) m (7) U Jdnakż w kładzi pomiarowym w ćwzni ni ma możliwości pomiar prąd polaryzacji mitra, dlato nalży zastąpić o prądm kolktora ( = ) otrzymjąc: m (8) Na podstawi powyższo równania nalży oblzyć współczynnik niidalności złącza mitrowo n. Modl ybryd scmat zastępczy tranzystora bipolarno o strktrz czwórnika typ, rprzntjący zjawiska fizyczn zacodząc w tranzystorz. Jo najważnijsz paramtry, dla konfiracji W, to: b - trnskondktancja: - kondktancja wjściowa: m U - kondktancja wyjściowa: c U U - rzystancja rozproszona bazy: r bb - sprzężni rzystancyjn baza-kolktor: r b c - pojmność złącza mitrowo: i b r b b c r c ' m i c c c ys. 4. Modl ybryd- tranzystora bipolarno dla W - pojmność złącza kolktorowo (sprzęająca): c Katdra lktroniki AGH vr

4 LMNY LKONZN LA.: Paramtry małosynałow tranz. bipolarnyc zał. 1 Na podstawi modl brsa-molla można wykazać, ż prąd bazy spłnia zalżność [4]: U ( 1 ) S xp (9) nu óżnzkjąc powyższ równani wzlędm napięcia U można oblzyć kondktancję wjściową: 1 (1 ) U S U xp nu (1) Następni z to, ż rzystancja jst odwrotnością kondktancji można zapisać: nu rb ' (11) Ponadto podstawiając do równania (1) za prąd bazy otrzymjmy: m (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 ranzną f mają wpływ wszystki pojmności tranzystora. Zmnijszni wzmocninia prądowo (f) o 3d ma mijsc dla częstotliwości okrślonj przz zalżność: 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: f (15) 2 Pojmność złącza baza-mitr to w łównj mirz pojmność dyfzyjna spolaryzowano przwodząca złącza mitrowo d. Można wykazać, ż zalży ona od czas przlot F : F F (16) U j jc Z wykład dla złącza p -n: d dq du d p p du U d pojmność złączowa, p czas życia dzir (mnijszościowyc) 4. WYZN A Z AN KONUK ANJ WY JŚ OW J ANZYSOA 2 2 Zodni z dfinją kondktancja wyjściowa 22 to stosnk napięcia c (małosynałowo) do prąd kolktora i c. Wykonjąc pomiary napięć wjściowo w i na kolktorz c w kładzi przdstawionym na rysnk 5 można wyznaczyć kondktancję wyjściową tranzystora. Katdra lktroniki AGH vr

5 LMNY LKONZN LA.: Paramtry małosynałow tranz. bipolarnyc zał. 1 A Stab. U zas W 1 5k P 4 3 1k 2 3 P 3 w c 2 P 2 ys. 5. Scmat pomiarowy do wyznaczania kondktancji wyjściowj tr. bipolarno ( 22 ) Oblznia można wykonać wdł poniższo wzor: 22 c w 2 (17) c c 5. WYZN A ZN POJ MNOŚ ZŁ ĄZA AZA-KOL K O b c Korzystając z dzilnika pojmnościowo można wyznaczyć pojmność złącza kolktorowo tranzystora bipolarno. W kładzi jak na rysnk 6 pojmność złącza kolktorowo wraz z kondnsatorm 3 tworzą dzilnik pojmnościowy, który jst zasilany z nratora napięcim w. Znając pojmność kondnsatora 3, oraz mirząc napięcia można wyznaczyć szkaną pojmność tranzystora korzystając z poniższo wzor: c c w (18) c 3 Stab. U zas 1,5M P 3 W 2 33 P 2 c c 3 * 1 33 w 1 1k ys. 6. Scmat pomiarowy do wyznaczania pojmności złącza baza-kolktor ( b c ) Katdra lktroniki AGH vr

6 LMNY LKONZN LA.: Paramtry małosynałow tranz. bipolarnyc zał. 1 Litrarra [1] J. Koprowski Podstawow przyrządy półprzwodnikow, Skrypt czlniany SU 1711, AGH, 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, AGH, Kraków 29, rozdz.: zęstotliwości ranzn tranzystora, ss , [4] J. Koprowski Podstawow przyrządy półprzwodnikow, Skrypt czlniany SU 1711, AGH, Kraków 29, s. 13, Katdra lktroniki AGH vr