Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie Laboratorium elektroniki Ćwiczenie nr 4 Temat: PRZYRZĄDY PÓŁPRZEWODNIKOWE TRANZYSTOR BIPOLARNY Rok studiów Grupa Imię i nazwisko Data Podpis Ocena
1. Cel ćwiczenia: Badanie właściwości tranzystora bipolarnego o polaryzacji npn w konfiguracji wspólnego emitera oraz określenie: - rezystancji wejściowej, - rezystancji wyjściowej, - statycznego współczynnika wzmocnienia prądowego. 2. Wprowadzenie: Właściwością tranzystora są krzywe, które reprezentują związek między napięciem a natęŝeniem prądu stałego. Wyznaczenie charakterystyka wejściowej i wyjściowej ułatwia poznanie zasady działania tranzystora bipolarnego. W pliku tranzystor.pdf znajdują się podstawowe informacje na temat zasady działania tranzystora bipolarnego. Trzema waŝnymi charakterystykami tranzystora są: 1. Charakterystyka wejściowa. 2. Charakterystyka wyjściowa. 3. Charakterystyka współczynnika wzmocnienia prądowego. Charakterystyka wejścia: W konfiguracji wspólnego emitera, jest to krzywa wykreślona pomiędzy natęŝeniem prądu bazy I B, a napięciem baza-emiter U BE dla róŝnych stałych wartości napięcia kolektoremiter U CE. PrzybliŜony kształt charakterystyki wejściowej pokazano na rysunku 1. Rys. 1. Charakterystyka wejściowa tranzystora npn.
Charakterystyka wyjścia: Jest to krzywa określająca zaleŝność natęŝenia prądu wyjściowego I C do napięcia wyjściowego U CE dla róŝnych stałych wartości natęŝenia prądu wejściowego I B. Na charakterystyce wyjściowa moŝna zaobserwować trzy podstawowe obszary pracy tranzystora. Przykładową charakterystykę wyjściową pokazano na rysunku 2. NaleŜy zakreślić róŝnymi kolorami obszar aktywny (active region), obszar odcięcia (cutoff region) oraz obszar nasycenia (saturation region). W obszarze aktywnym złącze baza-kolektor jest spolaryzowane zaporowa, a złącze bazaemiter w kierunku przewodzenia. Ten obszar jest obszarem pracy tranzystora jako wzmacniacz prądu. W obszarze odcięcia złącze baza-kolektor i baza-emiter tranzystora, są spolaryzowane zaporowo. W tym obszarze tranzystor działa jako wyłącznik. W obszarze nasycenia złącze baza-kolektor i emitera baza-emiter tranzystora są spolaryzowane w kierunku przewodzenia. W tym obszarze tranzystor działa jak włącznik. Rys. 2. Charakterystyka wyjściowa tranzystora. Scientech Technologies Pvt. Ltd 3 Instytut Techniki, UP Kraków
Statyczny współczynnik wzmocnienia prądowego: Jest to półprosta wyznaczająca zaleŝność między natęŝeniem prądu kolektora I C, a natęŝeniem prądu bazy I B przy stałej wartości napięcia kolektor-emiter U CE PrzybliŜony wykres dla tej cechy przedstawiono na rysunku 3. Rys. 3. Charakterystyka współczynnika wzmocnienia prądowego.. Scientech Technologies Pvt. Ltd 4 Instytut Techniki, UP Kraków
4. Przebieg ćwiczenia: Wyznaczenie charakterystyki wejściowej: 1. Proszę obróć potencjometry P1 i P2 przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (minimalna wartość rezystancji). 2. Następnie naleŝy podłączyć amperomierz multimetru między punktami testowymi 2 i 3 do pomiaru natęŝenia prądu wejściowego bazy I B (ma). 3. Podłączyć punkty testowe 4 i 5 przewodem (2mm). 4. Podłączyć woltomierz między punktem testowym 1 i masą układu, aby zmierzyć napięcie wejściowe U BE. Drugi woltomierz naleŝy połączyć między punktem testowym 6 i masą układy, aby zmierzyć napięcie wyjściowe U CE. 5. Następnie naleŝy w zasilaczu laboratoryjnym ustawić napięcia U Z1 =5 V oraz U Z2 =12 V. Przy wyłączonym zasilaczu naleŝy połączyć odpowiednie punkty układy do zasilacza i poprosić prowadzącego zajęcia o sprawdzenie układu połączeń. 6. Regulując potencjometrem P2 naleŝy ustawić kolejno napięcie U CE o stałej wartości U CE =1 V, U CE =3 V, U CE =5 V. 7. Zwiększając potencjometrem P1 wartość napięcia wejściowego U B =(0-0,8)V, co U=0,1 V i naleŝy odczytać wartości natęŝenia prądu wejściowego I B dla wcześniej ustawionej stałej wartości napięcia wyjściowego U CE. Wyniki proszę zapisać w tabeli pomiarowej 1. 8. Po zakończeniu pomiaru dla napięcia U CE =1 V, naleŝy obróć potencjometr P1 całkowicie w lewą stronę do pozycji U BE =0 V. 9. Następnie powtórzyć procedurę od kroku 6 dla pozostałych wartości napięcia U CE. 10. Wykreśl krzywe zaleŝności U BE napięcia wejściowego i wejściowego natęŝenia prądu I B, I B =f(u BE ) przy U CE =const, jak pokazano na rysunku 1. Tabela pomiarowa 1: Napięcie wejściowe I B (ma) I B (ma) Lp. U BE przy UCE = 3 V przy U CE = 5 V 1. 0,00 V 2. 0,50 V 3. 0,55 V 4. 0,60 V 5. 0,65 V 6. 0,70 V 7. 0,75 V 8. 0,80 V 9. 0,85 V Scientech Technologies Pvt. Ltd 5 Instytut Techniki, UP Kraków
Wyznaczenie charakterystyki wyjściowej: 1. NaleŜy wyłączyć zasilanie. 2. Proszę obróć potencjometr P1 i P2 całkowicie w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara. 3. Proszę podłączyć woltomierz między punktem testowym 6 i masą układu w celu wykonania pomiaru napięcia wyjściowego U CE. 4. Podłącz jeden amperomierz między punktami testowymi 2 i 3 do pomiaru natęŝenia prądu wejściowego I B (ma) i drugi amperomierz między punktami testowymi 4 i 5 do pomiaru natęŝenia prądu wyjściowego I C (ma). 5. Przy wyłączonym zasilaczu naleŝy poprosić prowadzącego zajęcia o sprawdzenie układu połączeń. 6. Potencjometrem P1 ustaw wartość natęŝenia prądu wejściowego I B (0mA, 10mA...). 7. Zmieniając wartość rezystancji potencjometru P2, naleŝy zwiększyć wartość napięcia wyjściowego U CE od zera do wartości maksymalnej. Zmierz odpowiednie wartości natęŝenia prądu wyjściowego I C dla róŝnych stałych wartości natęŝenia prądu wejściowego I B. Wyniki pomiarów naleŝy zapisać w tabeli pomiarowej 2. 8. Po zakończeniu pomiaru dla natęŝenia prądu bazy I B =0 ma, naleŝy obróć potencjometr P2 całkowicie w lewą stronę do pozycji U CE =0 V 9. Powtórz procedurę od kroku 6 dla róŝnych wartości netęŝenia prądu wejściowego I B. 10. NaleŜy wykreśl krzywą zaleŝności U CE napięcia wyjściowego i natęŝenia prądu wyjściowego I C, I C =f(u CE ) przy I B =const, jak pokazano na rysunku 2. Tabela pomiarowa 2: Napięcie I C (ma) Lp. wyjściowe U CE przy IB = 10 ua przy I B = 50 ua przy I B = 150 ua 1. 0,0 V 2. 0,5 V 3. 1,0 V 4. 2,0 V 5. 3,0 V 6. 4,0 V 7. 5,0 V 8. 6,0 V 9. 7,0 V 10. 8,0 V Scientech Technologies Pvt. Ltd 6 Instytut Techniki, UP Kraków
Wyznaczenie statycznego współczynnika wzmocnienia prądowego: 1. Wyłącz zasilanie. 2. Obracaj zarówno potencjometr P1 i P2 w pełni przeciwnie do wskazówek zegara. 3. Podłączyć woltomierz między punktem testowym 6 i uziemieniem by dokonać pomiaru V CE napięcia wyjściowego. 4. Podłącz jeden miernik między punktem testowym 2 i 3 by dokonać pomiaru prądu wejściowego I B (ma) i amperomierz między punktem testowym 4 i 5 by dokonać pomiaru prądu wyjściowego I C (ma). 5. Włącz zasilanie. 6. Weź potencjometr P2 i ustaw wartość V CE napięcia wyjściowego na maksymalną wartość. 7. Ustawiaj potencjometr P1 tak aby zwiększyć wartość prądu wejściowego I B od zera do 100uA co krok i zmierz odpowiednie wartości prądu wyjściowego I C. Wyniki pomiarów zapisz w 3-tabeli obserwacji. 8. Wykreśl krzywą prądu wyjściowego I C i prądu wejściowego I B, jak pokazano na rysunku 3. za pomocą odpowiedniej skali z pomocą tabeli obserwacji 3. Krzywa ta jest wymaganą cechą Transferu. Tabela pomiarowa 3: Lp. I B [µa] 1. 0 µa 2. 30 µa 3. 60 µa 4. 90 µa 5. 120 µa 6. 150 µa 7. 180 µa 8. 220 µa Ic przy U CE =5 V Scientech Technologies Pvt. Ltd 7 Instytut Techniki, UP Kraków
Obliczenia: 1. Oporność wejściowa: Jest to iloraz zmiany napięcia wejściowego U BE i zmiany natęŝenia prądu wejściowego I B przy stałej wartości napięcia wyjściowego 1 U BE RI = = I B I B U BE 2. Rezystancja wyjściowa: Jest to iloraz zmiany napięcia wyjściowego U CE i zmiany natęŝenia prądy wyjściowego I C przy stałej wartości natęŝenia prądu wejściowego I B. 3. Współczynnik wzmocnienia prądowego: Jest to iloraz przyrostu natęŝenia prądu wyjściowym I C i przyrostu natęŝenia prądu wejściowego I B przy stałej wartości napięcia wyjściowego U CE. I C β = I Wyniki: Rezystancja wejściowa R I = Rezystancja wyjściowa R O = Współczynnik wzmocnienia prądowego β = B Scientech Technologies Pvt. Ltd 8 Instytut Techniki, UP Kraków
Nota aplikacyjna: Scientech Technologies Pvt. Ltd 9 Instytut Techniki, UP Kraków
Scientech Technologies Pvt. Ltd 10 Instytut Techniki, UP Kraków
5. Wnioski: 6. Wykaz przyrządów pomiarowych: 1. Płyta analogowa AB04. 2. Zasilacz laboratoryjny U Z1 =12 V, U Z2 =5 V. 3. Multimetr (4 sztuki). 4. Przewody pomiarowe. 5. Redukcja 2 mm/3,5 mm. Układ stosowany do wyznaczania charakterystyk tranzystora pokazano na rysunku 4. Rys. 4. Płyta analogowa AB04. 7. Zagadnienia do samodzielnego opracowania: 1. Budowa zasada działania i charakterystyki tranzystora bipolarnego. 2. Charakterystyki wejściowa i wyjściowa tranzystora bipolarnego w układzie WE. 3. Tranzystor bipolarny w układach wzmacniaczy prądu stałego układ WE, WB, WC. 4. Parametry katalogowe diod i tranzystorów i obowiązujące oznaczenia zgodne z PN. 8. Wykaz literatury: 1. P.HOROWITZ, W.HILL: Sztuka elektroniki 2. S.SOCLOF: Zastosowania analogowych układów scalonych 3. A.CHWALEBA: Pracownia elektroniczna- elementy układów elektronicznych 4. U.TIETZE, CH.SCHENK: "Układy półprzewodnikowe" 5. K.MICHAŁOWSKI: Elektrotechnika z elektroniką 6. Instrukcje obsługi przyrządów pomiarowych: - multimetr: METEX M-3270D, - multimetr: METEX M-3650, - multimetr: METEX M-3660D, - zasilacz laboratoryjny: NDN DF1731SB3A, - uniwersalny system testowy: DF6911. Scientech Technologies Pvt. Ltd 11 Instytut Techniki, UP Kraków