Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego TRANZYSTORY BIPOLARNE Instrukcję opracował: dr inż. Jerzy Sawicki Wymagania, znajomość zagadnień: 1. Tranzystory bipolarne rodzaje, typowe parametry i charakterystyki, zastosowania. 2. Tranzystor bipolarny jako klucz elektroniczny szybkość działania, układy pracy, obwody RC przyśpieszające działanie klucza. 3. Przygotowanie schematów z układami pomiarowi do wyznaczania charakterystyk tranzystora bipolarnego: wejściowej I B = f(u BE ) i zwrotnej (wzmocnienia prądowego) I C = f(i B ). Literatura: 1. Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 2008. 2. Filipkowski A.: Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe, WNT, Warszawa 2006. 3. Filipkowski A. (red.): Elementy i układy elektroniczne. Projekt i laboratorium, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007. 4. Karty katalogowe producentów badanych w ćwiczeniu tranzystorów.
PRZEBIEG ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO Wszystkie badania i pomiary zostaną przeprowadzone przy użyciu płytki laboratoryjnej o nazwie «TRANSISTORS». Wykorzystane będą także trzy multimetry, regulowane źródła napięciowe oraz generator i oscyloskop. Rys. 1. Widok płytki pomiarowej przeznaczonej do badań statycznych i dynamicznych tranzystorów BJT, MOSFET i IGBT. Wszystkie gniazda na płytce dostosowane są do wtyków o średnicy 2 mm. CZĘŚĆ PIERWSZA: BADANIE PARAMETRÓW STATYCZNYCH TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH BJT (ang. Bipolar Junction Transistors) Badany element (ang. DUT Device Under Test) zostanie wskazany przez prowadzącego zajęcia. Pozostałe elementy wykorzystywane w trakcie pomiarów: R1 1 kω, 0,25 W, 5%. R2 10 kω, 0,25 W, 5%. R6 620 Ω, 2 W, 5%. W tym punkcie pomiarów końcówki rezystora R5 należy połączyć ze sobą: R5 = 0. Zadanie I Na podstawie przygotowanego schematu układu pomiarowego połączyć przyrządy i wykonać pomiar charakterystyki wejściowej I B = f(u BE ). Zastosować rezystory R1 i R6. Napięcie U1 zmieniać od zera do 20 woltów. Napięcie U2 = 10 V. Wykonać pomiary. Dobrać liczbę punktów pomiarowych stosownie do kształtu mierzonej charakterystyki (rys. 2).
I B [ma] Fragment charakterystyki wymagający większej liczby punktów pomiarowych U BE [V] Rys. 2. Przykład charakterystyki wejściowej tranzystora bipolarnego. Liniowe odcinki charakterystyki nie wymagają dużej liczby punktów pomiarowych. Uwagę należy skoncentrować na te fragmenty charakterystyki, których prawidłowe wykreślenie wymaga znajomości wielu punktów pomiarowych. Do prawidłowego doboru liczby punktów pomiarowych przydaje się teoretyczna znajomość charakterystyki lub wstępny pomiar (obserwacja zmian wartości prądu w funkcji szybko zmienianego napięcia). Zadanie II 0 Na podstawie przygotowanego schematu układu pomiarowego połączyć przyrządy i wykonać pomiar charakterystyki I C = f(i B ). Zastosować rezystory R2 i R6. Napięcie U1 zmieniać od zera do wartości, przy której wartość prądu kolektora przestanie wzrastać. Napięcie U2 = 10 V. Wykonać pomiary. Sprawozdanie w części dotyczącej badania parametrów statycznych Należy przyjąć następujący porządek: a. Zadanie pierwsze: schemat układu pomiarowego, tabela pomiarów, wykres charakterystyki. b. Podać wartość napięcia U BE, dla I B = 10 ma, porównać z danymi z karty katalogowej. c. Zadanie drugie: schemat układu pomiarowego, tabela pomiarów, wykres charakterystyki. d. Obliczyć wartość wzmocnienia prądowego tranzystora h FE, porównać z danymi z karty katalogowej. CZĘŚĆ DRUGA: BADANIE PARAMETRÓW DYNAMICZNYCH TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH BJT Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem pomiarowym przedstawionym na rys. 3. U1 = 10 V U2 = 5 V C1 (C2) R6 (R7) DRIVERS GEN. A B U DRV (t) R1 (R2) U BE (t) DUT DSO3 CH2 U CE (t) DSO1 CH1 DSO2 CH1 Rys. 3. Schemat do pomiaru oscyloskopowego parametrów dynamicznych tranzystora bipolarnego.
Zadanie III Badanie odpowiedzi skokowych tranzystora bipolarnego. Zestawić układ pomiarowy wykorzystując na początek elementy: R2 i R6 (bez C1, C2) Ustawić oscyloskopowo parametry generatora: przebieg prostokątny o poziomach napięć +5V oraz zero woltów, początkowa wartość częstotliwości 10 khz. Na oscyloskopie dwukanałowym obserwować dwa przebiegi czasowe: napięcia wyjściowego drivera (DSO1) oraz napięcia w obwodzie kolektor-emiter U CE (DSO3). Zbadać działanie czterech różnych obwodów zasilania bazy: 1. R1, 2. R1ǁC2 (połączenie równoległe), 3. R2, 4. R2ǁC1 (połączenie równoległe). R1: 1 kom, R2: 10 kom, C1: 1 nf, C2: 10 nf. Dla każdego obwodu zarejestrować przebiegi czasowe napięć, koncentrując się na kształcie zboczy przebiegów. Odczytać wartości czasów opóźnień i czasy trwania zboczy przebiegów (rys. 4). U DRV (t) 50% t t d1 t d2 U CE (t) 90% 50% 10% t t r t f Rys. 4. Prawidłowo opisane przebiegi czasowe zarejestrowanych napięć na wyjściu drivera i napięcia kolektoremiter Tabela wyników Lp. Rodzaj obwodu Czas t d1 (delay) Czas t r (rise) Czas t d2 (delay) Czas t f (fall) 1 R1 2 R1ǁC2 3 R2 4 R2ǁC1
Wartości pozostałych elementów: R6: 620 om, 5%, 2W; R7: 6 om, 5%, 6 W; C3: 10 μf/50 V; C4: 100 nf/50 V; C5: 470 μf/35 V; C6: 330 nf/100 V. Sprawozdanie w części dotyczącej badania parametrów dynamicznych Należy przyjąć następujący porządek: a. Schemat układu pomiarowego zadania III (narysowany samodzielnie). b. Rysunki przebiegów czasowych wraz z zaznaczeniem badanych odcinków czasowych. c. Wypełniona tabela pomiarów parametrów dynamicznych. d. Porównanie otrzymanych wyników z kartą katalogową.