Tranzystory bipolarne

Transkrypt

1 AIR STUDIA NISTAJONARN Ćw. Tranzystory bipolarne 1. el ćwiczenia elem ćwiczenia jest ugruntowanie wiadomości dotyczącyc zasad działania i właściwości tranzystorów bipolarnyc. Zasadnicza część ćwiczenia poświęcona jest zdejmowaniu carakterystyk statycznyc tranzystora bipolarnego pracującego w zadanej konfiguracji. Równocześnie ćwiczący mogą zapoznać się z metodyką badania elementów półprzewodnikowyc i podstawowymi tecnikami pomiarowymi (dokładny pomiar prądu/dokładny pomiar napięcia). Wyniki pomiarów (po selekcji) są podstawą do wykreślenia wspomnianyc carakterystyk oraz wyznaczenia w zadanym punkcie pracy tranzystora wartości parametrów małosygnałowego modelu zastępczego.. Wymagane informacje Obsługa urządzeń pomiarowyc, podstawowe informacje o materiałac półprzewodnikowyc (rodzaje, nośniki, właściwości), budowa i model zastępczy tranzystora bipolarnego. 3. Wprowadzenie teoretyczne Tranzystor bipolarny jest to elektroniczny element półprzewodnikowy zawierający dwa złącze p-n. Ze względu na wewnętrzną budowę możliwe jest rozróżnienie tranzystorów n-p-n oraz p-n-p (Rys.1). Poszczególne wyprowadzenia tranzystora noszą nazwy emitera (), bazy () i kolektora (). n p n p n p Rys.1. udowa i symbole tranzystorów bipolarnyc: npn (lewy) i pnp (prawy). Zasadę działanie tego elementu, na przykładzie tranzystora npn, przedstawia Rys.. KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 1

2 AIR STUDIA NISTAJONARN elektrony dziury Rys.. Rozpływ prądów w tranzystorze npn. 4. Obsługa urządzeń pomiarowyc 4.1. Zasilacz laboratoryjny Przygotować multimetr w konfiguracji woltomierza w zakresie do 0V napięcia stałego (DV). Podłączyć przewodami (z wtyczkami typu banan ) gniazdo wspólne com (common) miernika do zacisku - w zasilaczu, gniazdo VmA miernika do gniazda + zasilacza. Wyjcie zasilacza oznaczone GND należy pozostawić niepodłączone jest to zacisk uziemienia a nie masy. Jako masę przyjmujemy potencjał zacisku - w zasilaczu. Włączyć zasilacz. Ustawić na zasilaczu żądane napięcie. Napięcie sprawdzić podłączonym miernikiem. Jeżeli miernik wskazuje 1 lub OL w lewej części wyświetlacza oznacza to, że napięcie mierzone jest poza ustawionym zakresem 0V należy zmniejszyć napicie na zasilaczu. Jeżeli jest to możliwe w zasilaczu ustawić ograniczenie prądowe na 100mA może to zapobiec uszkodzeniu badanego układu na wypadek nieprawidłowyc połączeń. 4.. Oscyloskop Konfigurację oscyloskopu można podzielić na trzy główne części: a) VRTIAL Na dole znajdują się gniazda do podłączenia badanyc sygnałów. Pokrętłem VOLTS/DIV zmienia się skalę wyświetlanego przebiegu, H1 OTH H wybór kanału który ma pojawi się na ekranie, POSITION przesuwanie sygnału w pionie, A GND D sygnał może być pokazany bez składowej stałej (A), podłączony do masy (GND) lub ze składową stałą (D). Poprawnie ustalony sygnał to taki który mieści się na ekranie i jest przy tym jak najbardziej powiększony. b) HORIZONTAL POSITION zgrubne i dokładne przesunięcie sygnału w poziomie, MOD sposób rysowania przebiegu: jednocześnie, na przemian, ze wzmocnieniem (wzmocnienie w skali czasu umożliwia obserwację bardzo szybkic przebiegów), S/DIV pokrętło ustawiające podstawę czasu na działkę (kwadracik). W położeniu XY plamka oscyloskopu jest sterowana z wejścia H1- w poziomie i H w pionie. Proszę nie kręcić górną częścią dużyc KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA

3 AIR STUDIA NISTAJONARN pokręteł oscyloskopy są skalrowane. X5 X10 X50 aktywne gdy włączone wzmocnienie w skali czasu (MAG) w części MOD. c) TRIGGR W tej części ustawia się sposób wyzwalania oscyloskopu. Oscyloskop analogowy w jednej cwili czasowej wyświetla tylko jeden punkt. Zaczyna wyświetlać w określonym miejscu a następnie odwzorowuje przebieg napięcia w czasie. Należy skonfigurować oscyloskop tak aby wiedział kiedy ma zacząć wyświetlanie. Wykorzystuje się do tego sygnał podłączony do kanału A lub ; można również wykorzystać zewnętrzny sygnał taktujący (XT INPUT) lub ciągłe wyświetlanie przebiegu. Przełącznikami w menu SOUR można wybrać źródło: kanał 1 - H1, kanał H, zewnętrzne XT. W tej części istotne jest jeszcze pokrętło LVL poziom wyzwalania oraz SLOP zbocze opadające/narastające. Gdy sygnał np. na ustawionym H1 osiągnie wartość ustawioną pokrętłem LVL i będzie to np. ustawione zbocze opadające to wówczas oscyloskop zacznie wyświetlać przebieg. Niepoprawne ustawienie wyzwalania powoduje, że obraz na ekranie bardzo szybko (lub zbyt wolno) się zmienia i niemożliwa jest dokładna obserwacja. 5. udowa układu pomiarowego Układ pomiarowy stanowi panel (Rys. 1), którego centralnym elementem jest złącze służące do podpięcia badanego tranzystora. W miejsce symboli A oraz V należy podpiąć odpowiednio amperomierze i woltomierze. Dane zebrane z tyc przyrządów pomiarowyc pozwalają na wykreślenie carakterystyk tranzystora. Scemat płytki pozwala na zbadanie tranzystora pracującego w dowolnej konfiguracji (dla konfiguracji wspólnego emitera U 1 jest napięciem wejściowym, U wyjściowym). Zastosowany potencjometr pozwala na regulację napięcia podawanego na bazę tranzystora. Rys.3. Scemat układu służącego do badania tranzystora bipolarnego. KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 3

4 AIR STUDIA NISTAJONARN 6. Wykonanie ćwiczenia 6.1. Pomiar carakterystyk statycznyc tranzystora bipolarnego Należy w układzie pomiarowym umieścić zadany tranzystor i połączyć układ w konfiguracji wspólnego emitera oraz podłączyć przyrządy pomiarowe. Następnie po dokładnym sprawdzeniu połączeń należy zebrać odpowiednie wartości prądów i napięć w celu pomiaru carakterystyk: wejściowyc U1 f I 1 dla różnyc wartości U const, oddziaływania wstecznego U1 f U dla różnyc wartości I1 const, przejściowyc I f I 1 dla różnyc wartości U const, wyjściowyc I f U dla różnyc wartości I1 const. Zakres badanyc prądów i napięć dla danej carakterystyki oraz krok pomiarowy zostaną podane przez prowadzącego. Podczas pomiarów należy zwrócić uwagę na wielkość mocy wydzielającej się na kolektorze tranzystora aby nie przekroczyć dopuszczalnej wartości maksymalnej. Na podstawie wyników pomiarów należy wykreślić na oddzielnym wykresie każdą z rodzin carakterystyk. W trakcie wykreślania należy ocenić wagę poszczególnyc punktów i odrzucić te, które nie przystają do carakteru zależności (tzw. błędy grube). 6.. Wyznaczanie wartości parametrów małosygnałowego, małoczęstotliwościowego modelu tranzystora Korzystając z wykreślonyc w poprzednim punkcie carakterystyk tranzystora w wybranym punkcie pracy należy wyznaczyć wartości parametrów małosygnałowego, małoczęstotliwościowego modelu tranzystora o strukturze mieszanej ij (Rys.4). Poniżej przedstawiono metodę wyznaczania tyc parametrów dla tranzystora w konfiguracji wspólnego emitera. 11 u1 1u 1i1 u Rys.4. Scemat modelu mieszanego ij. KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 4

5 AIR STUDIA NISTAJONARN U U U 1 be 11 U const 11 e U const 0 U const I1 I I u Rys.5. Sposób wyznaczania parametru 11e z carakterystyk tranzystora. U 1 U u U 1 be 1 I const 1 e I const const I const U U U KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 5

6 AIR STUDIA NISTAJONARN Rys.6. Sposób wyznaczania parametru 1e z carakterystyk tranzystora. I I c 1 U const 1 e U const 0 U const I1 I I i I Rys.7. Sposób wyznaczania parametru 1e z carakterystyk tranzystora. I I c I1const e I const 0 I const U U U i I KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 6

7 AIR STUDIA NISTAJONARN Rys.8. Sposób wyznaczania parametru e z carakterystyk tranzystora. 7. Opracowanie wyników W sprawozdaniu z ćwiczenia powinny się znaleźć: scematy badanyc układów, zebrane carakterystyki tranzystora, obliczone parametry modelu małosygnałowego, wnioski. 8. Literatura [1] U. Tietze,. Scenk Układy półprzewodnikowe, Wydawnictwa Naukowo-Tecniczne, Warszawa 1996, Rozdział 4 Tranzystory bipolarne (s ) [] P. Horowitz, W. Hill Sztuka elektroniki. zęść 1., Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1995, Rozdział Tranzystory (s. 7-13) KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 7