Badanie elementów składowych monolitycznych układów scalonych II

Podobne dokumenty
BADANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 4

ELEMENTY ELEKTRONICZNE. Układy polaryzacji i stabilizacji punktu pracy tranzystora

Politechnika Białostocka

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Politechnika Białostocka

Politechnika Białostocka

Badanie tranzystorów bipolarnych.

Pomiar parametrów tranzystorów

ELEMENTY ELEKTRONICZNE TS1C

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE

E104. Badanie charakterystyk diod i tranzystorów

Tranzystory bipolarne. Małosygnałowe parametry tranzystorów.

Politechnika Białostocka

Badanie charakterystyk elementów półprzewodnikowych

LABORATORIUM ELEKTRONIKI ĆWICZENIE 4 POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

Systemy i architektura komputerów

Przykładowe zadanie egzaminacyjne dla kwalifikacji E.20 w zawodzie technik elektronik

Ćwiczenie 10 Temat: Własności tranzystora. Podstawowe własności tranzystora Cel ćwiczenia

Opis dydaktycznych stanowisk pomiarowych i przyrządów w lab. EE (paw. C-3, 302)

WIECZOROWE STUDIA ZAWODOWE LABORATORIUM OBWODÓW I SYGNAŁÓW

Liniowe stabilizatory napięcia

Tranzystory bipolarne

Tranzystor bipolarny

Elektronika. Wzmacniacz tranzystorowy

Ćwiczenie - 3. Parametry i charakterystyki tranzystorów

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 2

Laboratorium Metrologii

TRANZYSTORY BIPOLARNE

Ćwiczenie 2 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Wyznaczanie parametrów diod i tranzystorów

Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie

PARAMETRY MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH

Ćwiczenie 7 PARAMETRY MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5

BADANIE UKŁADÓW CYFROWYCH. CEL: Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości statycznych układów cyfrowych serii TTL. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych test kompetencji zagadnienia

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Pomiar podstawowych parametrów liniowych układów scalonych

Ćw. 2 Tranzystory bipolarne

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5b

Ćwiczenie 3 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

PRZEŁĄCZANIE DIOD I TRANZYSTORÓW

Ćwiczenie 6: Lokalizacja usterek we wzmacniaczu napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

LABORATORIUM ELEKTRONIKA. I. Scalony, trzykońcówkowy stabilizator napięcia II. Odprowadzanie ciepła z elementów półprzewodnikowych

Ćwiczenie 1. Parametry statyczne diod LED

LABORATORIUM Miernictwa elementów optoelektronicznych

Temat i cel wykładu. Tranzystory

Wykład VIII TRANZYSTOR BIPOLARNY

Przyrządy półprzewodnikowe część 3

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie

Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych. Ćwiczenie 2

Politechnika Białostocka

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE

Stabilizacja napięcia. Prostowanie i Filtracja Zasilania. Stabilizator scalony µa723

STABILIZATORY NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO O DZIAŁANIU CIĄGŁYM Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

LABORATORIUM ELEKTRONIKA I ENERGOELEKTRONIKA BADANIE GENERATORÓW PRZEBIEGÓW PROSTOKĄTNYCH I GENERATORÓW VCO

Tranzystory bipolarne

Bogdan Olech Mirosław Łazoryszczak Dorota Majorkowska-Mech. Elektronika. Laboratorium nr 3. Temat: Diody półprzewodnikowe i elementy reaktancyjne

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 123: Półprzewodnikowe złącze p-n

Ćwiczenie nr 123: Dioda półprzewodnikowa

NIEZBĘDNY SPRZĘT LABORATORYJNY

Pomiary Elektryczne Wielkości Nieelektrycznych Ćw. 7

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

TRANZYSTOR UNIPOLARNY MOS

Ćwiczenie nr 4 Charakterystyki I= f(u) złącza p-n.

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

Zapoznanie się z podstawowymi strukturami funktorów logicznych realizowanymi w technice RTL (Resistor Transistor Logic) oraz zasadą ich działania.

Ćwiczenie nr 5 Tranzystor bipolarny

CECHOWANIE TERMOELEMENTU Fe-Mo I WYZNACZANIE PUNKTU INWERSJI

LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ

Przyrządy półprzewodnikowe część 5 FET

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Badanie tranzystorów unipolarnych typu JFET i MOSFET

BADANIE DIOD PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Uśrednianie napięć zakłóconych

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT FIZYKI. Temperaturowa zależność statycznych i dynamicznych charakterystyk złącza p-n

Politechnika Białostocka

ZŁĄCZOWY TRANZYSTOR POLOWY

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 9

Podstawy użytkowania i pomiarów za pomocą MULTIMETRU

Uniwersytet Pedagogiczny

Sprzęt i architektura komputerów

TRANZYSTORY BIPOLARNE

Badanie tranzystorów MOSFET

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

Tranzystor bipolarny LABORATORIUM 5 i 6

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI DIODY

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Politechnika Białostocka

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

III. TRANZYSTOR BIPOLARNY

Wykład X TRANZYSTOR BIPOLARNY

Transkrypt:

1 Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE Ćwiczenie nr 14 LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Badanie elementów składowych monolitycznych układów scalonych II I. Zagadnienia do samodzielnego przygotowania - podstawowe pojęcia dotyczące celowości i efektów scalania układów w formie monolitycznej, - konstrukcja elementów czynnych (tranzystory npn, pnp) oraz rezystorów w bipolarnych układach scalonych, - polaryzacja złącz w tranzystorze dla różnych rodzajów pracy, - punkt pracy tranzystora w układzie WE, - parametry dopuszczalne tranzystorów, - parametry czwórnikowe typu [h] tranzystorów, - wpływ temperatury na parametry złącza p-n, - wykorzystanie diody jako termometru elektronicznego II. Program zajęć - pomiar parametrów tranzystorów w monolitycznym układzie scalonym - pomiary temperatury i badanie właściwości cieplnych układu scalonego III. Literatura 1. Notatki z wykładu 2. W. Marciniak, Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone, WNT, Warszawa 1989 3. B. W. Wilamowski, Układy scalone, WKiŁ, Warszawa 1989 4. R. Ćwirko, M. Rusek, W. Marciniak, Układy scalone w pytaniach i odpowiedziach, WNT, Warszawa 1987 Wykonując pomiary PRZESTRZEGAJ przepisów BHP związanych z obsługą urządzeń elektrycznych.

2 1. Wiadomości wstępne Celem ćwiczenia jest zapoznanie z budową i działaniem monolitycznego układu scalonego ale również ugruntowanie wiadomości z poprzednich zajęć laboratoryjnych związanych z pracą tranzystorów bipolarnych oraz efektów wpływu zmian temperatury na pracę elementów półprzewodnikowych. Układ scalony UL 1111N (od polskiej nazwy typu: Układ Liniowy) nie jest skomplikowany i składa się z pięciu tranzystorów npn wykonanych w niewielkiej odległości od siebie, w małej objętości półprzewodnikowego czipa. Wszystkie tranzystory powstają w tym samym cyklu procesów technologicznych obróbki płytki krzemowej. Dzięki temu można zrealizować bardzo ważne wymagania jeśli chodzi o prawidłową pracę układu elektronicznego. Po pierwsze, parametry wszystkich elementów (tu tranzystorów) są prawie identyczne; po drugie, temperatura pracy wszystkich elementów jest zbliżona, a więc zmiany parametrów pod wpływem temperatury będą zachodziły w ten sam sposób dla wszystkich elementów układu. Dotyczy to także ewentualnych zmian parametrów małosygnałowych h ije, których wartości katalogowe przedstawiono w tabeli 1. Wszystkie tranzystory znajdujące się w danym układzie powinny charakteryzować się takimi parametrami. Zadaniem ćwiczących jest ocena ewentualnego rozrzutów wartości tych parametrów w badanym układzie scalonym w porównaniu z danymi katalogowymi. Badany układ scalony, UL 1111N wykonany jest w krzemowej technologii bipolarnej z izolacją złączową (dyfuzyjną) pomiędzy elementami. Schemat elektryczny wraz z oznaczeniem wyprowadzeń pokazano na rys. 1, a parametry elektryczne zestawiono w tabeli 1. W drugiej części zajęć zadaniem ćwiczących jest sprawdzenie jak zmienia się temperatura układu na skutek pracy tranzystorów, które wydzielają moc. Każdy spolaryzowany tranzystor wydziela moc zależną od aktualnej wartości płynącego prądu i odkładanego na nim napięcia. Do pomiaru zmian temperatury można zastosować poznaną w jednym z poprzednich ćwiczeń metodę i wykorzystać złącze p-n jako termometr elektroniczny. W tym wypadku wykorzystamy spolaryzowane w kierunku przewodzenia złącze E-B jednego z tranzystorów. Jeśli jeden z tranzystorów będzie spolaryzowany w układzie pracy aktywnej WE to zmieniając jego polaryzację (punkt pracy U * CE, I * C ) można będzie regulować moc wydzielaną w tranzystorze zgodnie ze znaną zależnością: P WY = U * * CE I C (1) Moc ta będzie wydzielana w postaci ciepła w objętości chipu i w konsekwencji doprowadzi do wzrostu temperatury układu. Należy zwrócić uwagę, by nie przekroczyć dopuszczalnej mocy tranzystora podanej w danych producenta. Zmiany temperatury będą mierzone pośrednio przez pomiar napięcia U EB na złączu emiter-baza innego, wybranego

3 tranzystora w układzie. Jak wiadomo, definiuje się temperaturowy współczynnik zmian napięcia dla krzemowego złącza p-n spolaryzowanego w kierunku przewodzenia. Dla ustalonej wartości prądu w złączu wynosi on du dt 2mV / K (2) Zmieniając wartość mocy traconej w wybranym tranzystorze i odczytując wartość napięcia U EB na innym tranzystorze można uzyskać zależność U EB = f(p WY ) a następnie zależność T układu = f(p WY ). Tabela 1. Parametry katalogowe układu Rys. 1. Schemat ideowy UL 1111 N WAŻNE: Należy zwrócić uwagę na to, że emiter tranzystora T 2 jest połączony galwanicznie z podłożem (oznaczanym w katalogu literą S-substrate). Między kolektorem każdego tranzystora a podłożem występuje złącze p-n izolacji złączowej (wyspa typu-n podłoże typu-p). Wielkość Wartość U CB U CE U CS U EB I C P d U (BR)CEo U (BR)CEo U (BR)CS U (BR) EBo I CBo I CEo h 21E U BE U IO f T h 11e h 21e h 12e h 22e F C EBo C CBo C CS 15V 5V 50mA 300mW 750mW 15V 5V 40nA 0,5 A 40A/A 0,8V 5mV 300MHz 3,5k 110A/A 2 10-4 V/V 15 S 4 db 1pF 1pF 2,8pF Warunki pomiaru (w jednym tranzystorze) (w całym układzie scalonym) I C = 1mA, I B = 0 I C = 10 A, I E = 0 I CS = 10 A I E = 10 A, I C = 0 U CB = 10V, I E = 0 U CE = 10V, I B = 0 U CE = 3V, I C = 3mA f = 100MHz U CE = 3V, I C = 100 A, R g = 1k U EB = 3V, I E = 0, f = 5MHz U CB = 3V, I C = 0, f = 5MHz U CS = 3V, I C = 0, f = 5MHz

4 2. Pomiary 2.1. Pomiar parametrów małosygnałowych h ije Układ UL1111N składa się z pięciu tranzystorów npn, z których jeden ma emiter podłączony (zacisk 13) na stałe z podłożem (płytka Si typu p). Zadaniem ćwiczących jest pomiar parametrów małosygnałowych h ije przy pomocy miernika parametrów [h] (zwanego popularnie h-metrem) wszystkich tranzystorów w układzie i porównanie ich z danymi z Tab.1. Można pominąć pomiar współczynnika oddziaływania wstecznego h 12e, natomiast najważniejszy jest pomiar parametrów h 11e oraz h 21e. Zdjęcie stosowanego miernika P561 przedstawia rys.2. Rys.2. Przyrząd do pomiaru parametrów tranzystorów Wartości parametrów [h] zależą od punktu pracy (zdecydowanie najbardziej parametr h 11 ), dlatego pomiar wykonuje się dla zadanych wartości prądu kolektora I C oraz napięcia U CE. Na wstępie konieczne jest odpowiednie zdefiniowanie typu tranzystora NPN lub PNP. Korzystając ze wskazań wskaźnika analogowego TEST POINT ustawiamy najpierw przyciskami zakresu i pokrętłem U CE wartość napięcia U CE, a następnie wartość prądu kolektora I C wybierając odpowiedni zakres oraz regulując pokrętłem prądu bazy I B prąd w punkcie pracy. Wskaźnik analogowy PARAMETER służy do odczytu wartości parametru [h] wybranego przyciskiem przełącznika po prawej stronie panelu czołowego miernika. Odczytane wartości wpisujemy do tabeli w sprawozdaniu.

5 2.2. Pomiar zmian temperatury układu podczas jego pracy. Pomiar zależności temperatury czipa układu scalonego UL 1111N w funkcji mocy wydzielanej w układzie należy dokonać w układzie pomiarowym pokazanym na rys. 3. Przed pomiarami należy odczytać dopuszczalne parametry tranzystorów w układzie i nie przekraczać tych wartości. Rys.3. Układ pomiarowy do pomiaru temperatury układu. Wykorzystując wiadomości zdobyte podczas wykonywania Ćw. nr 7: Wpływ temperatury na półprzewodniki oraz na złącze p-n, dokonujemy pomiaru temperatury układu stosując jeden z tranzystorów (np. T 4 ) jako czujnik temperatury, korzystając z zależności U BET4 = f(t). Do pomiaru U BET4 należy wykorzystać multimetr cyfrowy, który w trybie pracy testera złącz p-n jest źródłem prądu stałego (I BT4 =1 ma), a wartość U BET4 odczytuje się w [mv] bezpośrednio z wyświetlacza multimetru. Jeden z pozostałych tranzystorów układu UL 1111N (np. T 3 ) polaryzujemy z zasilacza dc napięciem U CET3 = 10V. Na wejście tranzystora podajemy prąd bazy I BT3 stosując zasilacz napięciowy i dzielnik napięciowy 10kΏ/330Ώ. Zmiana prądu bazy powoduje zmianę prądu kolektora I C (odczyt na amperomierzu), a to pozwala określić moc P T3 wydzielaną w układzie zgodnie z równaniem (1). Dla wyznaczenia zależności można zastosować wartości mocy: 50, 100, 150, 200, 250, 300 mw. Moc wydzielana w jednym tranzystorze nie może przekroczyć 300mW (Tabela 1). Wynik pomiarów należy przedstawić na wykresie w układzie współrzędnych f P T f. U oraz korzystając ze wzoru (2) wyznaczyć graficznie zależność BET 4 T 3 chip P T 3 3. Podsumowanie W tym punkcie należy podsumować uzyskane wyniki oraz objaśnić sporządzone wykresy zależności temperaturowych.