Ćwiczenie 2. Parametry statyczne tranzystorów bipolarnych

Transkrypt

1 Ćwczene arametry statyczne tranzystorów bpolarnych el ćwczena odstawowym celem ćwczena jest poznane statycznych charakterystyk tranzystorów bpolarnych oraz metod dentyfkacj parametrów odpowadających m model małosygnałowych Aby umożlwć zapoznane sę z wpływem efektów termcznych na warunk pracy tranzystorów przewdzano pomar charakterystyk w warunkach zotermcznych oraz w warunkach występowana efektu samonagrzewana Wadomośc podstawowe Budowa zasada dzałana tranzystora bpolarnego Tranzystor jest strukturą trzywarstwową o trzech elektrodach zewnętrznych: emterze (), baze (B) kolektorze () Jak pokazano na rys może to być struktura typu p-n-p lub n-p-n, przy czym zawsze obszar emtera jest w nej domeszkowany slnej nż baza, a obszar kolektora słabej Ta asymetra wynka z przeznaczena każdej z tych warstw powoduje, że mmo ż emter kolektor są tego samego typu sposób włączena tranzystora w obwód elektryczny ne jest obojętny W normalnych warunkach pracy złącze baza-emter jest polaryzowane w kerunku przewodzena, złącze baza-kolektor w kerunku zaporowym B B B B (a) (b) Rys Schematyczna budowa symbole tranzystora bpolarnego (a) typu n-p-n (b) typu p-n-p Dzęk takemu domeszkowanu główną część prądu złącza emterowego stanow prąd wstrzykwana nośnków z emtera do bazy co oznacza dużą sprawność emtera ośnk wstrzyknęte przez emter dyfundują poprzez obszar bazy do kolektora Dla zapewnena dużej wartośc współczynnka transportu nośnk mnejszoścowe pownny w jak najmnejszym stopnu rekombnować w obszarze bazy Osąga sę to przede wszystkm przez zmnejszene jej grubośc (szerokośc) fektywną szerokość bazy stanow obszar mędzy grancam obszarów ładunku przestrzennego złącz emterowego kolektorowego Zmana napęca na złączu kolektorowym powoduje zmanę szerokośc bazy (zjawsko modulacj szerokośc bazy efekt arly ego) Tranzystor jako element o trzech końcówkach może być włączony do układu elektrycznego na trzy sposoby nazywane układam pracy Są to odpowedno: układ wspólnego emtera (O), wspólnej bazy (OB) wspólnego kolektora (O) okazano je schematyczne na rys ARAMTRY STATYZ TRAZYSTORÓW BIOLARYH Sze Document umber A Date: February 0, 995 Sheet of

2 (a) (b) (c) Rys Tranzystor n-p-n w konfguracjach: (a) wspólnego emtera, (b) wspólnej bazy (c) wspólnego kolektora harakterystyk statyczne tranzystora Rys3 Typowe charakterystyk statyczne tranzystora bpolarnego w układze wspólnego emtera: charakterystyk wejścowe U B=f(I B) U =const,, charakterystyk przejścowe I =f(i B) U =const,, charakterystyk oddzaływana wstecznego U B=f(U ) I B=const,, charakterystyk wyjścowe I =f(u ) I B=const, ARAMTRY STATYZ TRAZYSTORÓW BIOLARYH

3 W każdym układze pracy tranzystora jedna z jego końcówek jest wspólna dla obwodu wejścowego wyjścowego Dlatego tranzystor bpolarny traktujemy go jako czwórnk Można go zatem opsać czterema rodznam charakterystyk statycznych, określającym zależnośc pomędzy wartoścam stałych prądów napęć występujących na wejścu wyjścu Są to: charakterystyk wejścowe U we = f(i we ) przy U wy =const, charakterystyk przejścowe I wy = f(i we ) przy U wy =const, charakterystyk oddzaływana wstecznego U we = f(u wy ) przy I we =const, charakterystyk wyjścowe I wy = f(u wy ) przy I we =const Typowe charakterystyk tranzystora w układze wspólnego emtera (O) są pokazane na rys3 Spośród tych charakterystyk najwększe znaczene praktyczne ma charakterystyka wyjścowa Jest ona wykorzystywana do defnowana obszarów pracy tranzystora jak to pokazano na rys4 Są to: obszar odcęca znajdujący sę ponżej krzywej dla I B =0, w którym oba złącza tranzystora polaryzuje sę w kerunku zaporowym, obszar nasycena odpowadający narastającej częśc charakterystyk, w którym oba złącza tranzystora są spolaryzowane w kerunku przewodzena, obszar aktywny znajdujący sę pomędzy obszarem odcęca nasycena, obejmujący płaske częśc charakterystyk W obszarze tym złącze emter-baza jest spolaryzowane w kerunku przewodzena, a złącze kolektor-baza w kerunku zaporowym, obszar bezpecznej pracy (SOA) w którym przyrząd może pracować bez ryzyka przebca lub uszkodzena w wynku efektu samonagrzewana Obejmuje on fragmenty ww obszarów ogranczone z góry hperbolą mocy admsyjnej a prostą Imax oraz z prawej strony prostą odpowadającą maksymalnemu napęcu Umax Rys4 harakterystyk wyjścowe z zaznaczonym obszaram pracy arametry małosygnałowe typu h Tranzystor jest czwórnkem nelnowym z uwag na nelnowe zależnośc mędzy jego prądam napęcam W zakrese małych ampltud sygnału tranzystor można traktować jako czwórnk lnowy opsany układem równań: u u u ARAMTRY STATYZ TRAZYSTORÓW BIOLARYH 3

4 gdze ndeksy reprezentują odpowedno stosowane wcześnej ndeksy "we" "wy" Ze względu na to, ż równana te można zapsać w forme macerzowej parametry tego równana noszą nazwę parametrów macerzowych (typu h) arametry te w zakrese małych częstotlwośc są lczbam rzeczywstym odpowadają tangensow kąta nachylena stycznych do odpowednch charakterystyk statycznych w wybranym punkce pracy, czyl w punkce odpowadającym składowym stałym prądów napęć Są one zatem określone przez odpowedne pochodne tych charakterystyk: U U h U const h I const U określają nachylene charakterystyk wejścowej charakterystyk oddzaływana wstecznego, h U const h I const U określają nachylene charakterystyk przejścowej charakterystyk wyjścowej W praktyce welkośc tych ne wyznacza sę poprzez lczene pochodnych, ale stosuje sę metodę przyblżoną polegającą na zastąpenu pochodnych lorazam małych przyrostów odpowednch napęć prądów Korzystając z równana macerzowego typu h można utworzyć schemat zastępczy tranzystora, który będze jego modelem małosygnałowym Schemat ten jest przedstawony na rys5 ozwala on na podane sensu fzycznego poszczególnych parametrów h arametry te w danym układze pracy tranzystora mają następującą nterpretację: h - mpedancja wejścowa tranzystora przy zwartym obwodze wyjścowym, h - współczynnk sprzężena zwrotnego przy rozwartym obwodze wejścowym, h - zwarcowy współczynnk wzmocnena prądowego, h - rozwarcowa konduktancja wyjścowa Rys5 Schemat zastępczy odpowadający macerzy h Wykonane ćwczena Uproszczony schemat układu pomarowego pokazany jest na rys 6 W ćwczenu badane są tranzystory pracujące w układze wspólnego emtera (O) Dla tranzystorów tych należy wyznaczyć rodzny charakterystyk w zotermcznych warunkach pracy (po trzy charakterystyk dla trzech różnych parametrów), oraz w warunkach występowana efektu samonagrzewana (po jednej charakterystyce dla maksymalnej wartośc parametrów użytych przy pomarze zotermcznym) W perwszym przypadku pomar jest przeprowadzany metodą mpulsową, która zapewna wydzelane małej mocy tym samym utrzymane temperatury tranzystora na stałym pozome W drugm przypadku temperatura tranzystora zmena sę wraz ze wzrostem wydzelanej mocy określonej przez aktualne wartośc napęca U prądu I Dla badanego tranzystora należy wyznaczyć charakterystyk: wejścową, przejścową, wyjścową oddzaływana wstecznego W warunkach zotermcznych pomar każdej z charakterystyk należy ARAMTRY STATYZ TRAZYSTORÓW BIOLARYH 4

5 wykonać dla klku wartośc parametru Dla najwększej wartośc parametru należy pomar powtórzyć w warunkach samonagrzewana odczas tych ostatnch pomarów należy po każdej zmane nastawy odczekać ok 30 sek dla ustalena sę temperatury tranzystora Uwaga! rzed przystąpenem do pomarów sprawdzć zachowane sę badanego elementu w układze pomarowym Tzn dokonać wszystkch możlwych regulacj zaobserwować, w jakm zakrese zmenają sę poszczególne welkośc, jak sę zmenają (gwałtowne, wolno) W oparcu o te obserwacje ustalć zakres pomarów, krok pomarowy (nekoneczne stały w całym zakrese pomarowym) oraz wartośc parametrów przy jakch będą merzone poszczególne charakterystyk Dopero wtedy przystąpć do właścwych pomarów Rys6 Schemat układu pomarowego do zdejmowana charakterystyk statycznych tranzystora bpolarnego w układze O Opracowane wynków wykreślć pomerzone w warunkach zotermcznych charakterystyk badanych tranzystorów (wszystke charakterystyk jednego tranzystora na wspólnym wykrese, jak pokazano na rys3), wyznaczyć na podstawe charakterystyk parametry macerzy meszanej typu h modelu małosygnałowego tranzystora w układze O (wszystke dla tego samego, jednego punktu pracy), wykreślć charakterystyk statyczne dla jednego z tranzystorów z nanesonym na nch prostym, wynkającym z modelu małosygnałowego (oblczonym w poprzednm punkce), na wspólnym wykrese narysować charakterystyk statyczne tranzystora pracującego w warunkach zotermcznych samonagrzewana (dla tej samej wartośc parametru) Lteratura Z Lsk odstawy fzyk półprzewodnków, skrypt Ł, A Śwt, J ułtorak rzyrządy półprzewodnkowe, W Marcnak rzyrządy półprzewodnkowe układy scalone ARAMTRY STATYZ TRAZYSTORÓW BIOLARYH 5