Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: ELEKTRONIKA ENS1C300 022 BADANIE TRANZYSTORÓW BIAŁYSTOK 2013
1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest poznanie podstawowych parametrów i charakterystyk prądowo-napięciowych tranzystorów oraz nabycie umiejętności ich poprawnego wyznaczania. Zakres ćwiczenia obejmuje badanie: - tranzystorów bipolarnych (npn, pnp, Darlingtona); - tranzystorów unipolarnych (złączowych JFET, z izolowaną bramką MOSFET; z kanałem typu n lub p), - tranzystorów z węglika krzemu (Sic). Szczegółowy zakres ćwiczenia ustala prowadzący. 2. METODYKA BADAŃ 2.1 Badanie tranzystorów 2.2.1 Wyznaczanie charakterystyk statycznych diod metodą "punkt po punkcie". Najprostszą metodą wyznaczania charakterystyk statycznych jest metoda punkt po punkcie". Metoda ta jest czasochłonna i nie pozwala na wyznaczanie charakterystyk statycznych w dużym zakresie prądów i napięć, ponieważ element się nagrzewa i otrzymywane charakterystyki są nie tylko funkcją jej właściwości elektrycznych, ale również temperatury. Pomiar powinien być więc wykonany możliwie szybko i przy wartościach prądów i napięć znacznie niższych od dopuszczalnych. Zaletą metody jest stosunkowo duża dokładność, która przy zastosowaniu przyrządów wysokiej klasy oraz wyznaczaniu charakterystyk w małym zakresie prądów i napięć może dochodzić do ± 0,5%. Jeżeli tranzystor potraktujemy jako czwórnik (rys.3), to możemy zdefiniować cztery rodzaje I 1 I 2 U 1 U 2 charakterystyk statycznych: Rys.3. Prądy i napięcia w czwórniku wejściowe: I 1 = f(u 1 ) U 2 parametr wyjściowe: I 2 = f(u 2 ) I 1 parametr przejściowe: I 2 = f(i 1 ) U 2 parametr zwrotne: U 1 = f(u 2 ) I 1 parametr
W zależności od sposobu włączenia tranzystora (wspólny emiter, wspólna baza, wspólny kolektor dla tranzystorów bipolarnych lub wspólne źródło, wspólna bramka, wspólny dren dla tranzystorów unipolarnych) otrzymamy różne rodziny charakterystyk statycznych. Przykładowo, dla tranzystora bipolarnego w układzie wspólnego emitera, przytoczone wyżej zależności przyjmują postać: wejściowe: I B = f(u BE ) U CE - parametr wyjściowe: I C = f(u CE ) I B - parametr przejściowe: I C = f(i B ) U CE - parametr zwrotne: U BE = f(u CE ) I B - parametr Na rysunkach 4 i 5 przedstawione są schematy układów pomiarowych do zdejmowania charakterystyk statycznych metodą punkt po punkcie dla tranzystora bipolarnego npn (wspólny emiter) i unipolarnego złączowego z kanałem typu n (wspólne źródło). Schematy pomiarowe dla innych rodzajów tranzystorów (pnp, kanał typu p) i innych sposobów włączenia tranzystora należy przygotować samodzielnie. R B R C Rys.4 Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych tranzystorów bipolarnych metodą "punkt po punkcie" w układzie wspólnego emitera R D R G Rys.5 Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk przejściowych i wyjściowych tranzystora JFET z kanałem typu n 2.2.2. Wyznaczanie charakterystyk statycznych tranzystorów metodą oscyloskopową. W oparciu o punkty 2.1.2 i 2.2.1 zaproponować schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych tranzystora metodą oscyloskopową. (Podpowiedź: przypomnieć, jaka jest zależność pomiędzy prądami kolektora i emitera w stanie aktywnym).
3. PRZEBIEG ĆWICZENIA Uwaga! Szczegółowy zakres ćwiczenia (t.j. konkretne typy badanych elementów półprzewodnikowych oraz rodzaje charakterystyk i sposoby ich wyznaczania) podaje prowadzący na początku ćwiczenia. a) zapoznać się z kartami katalogowymi badanych przyrządów półprzewodnikowych (dostępne w laboratorium lub na stronach internetowych); b) zanotować najważniejsze parametry dopuszczalne i charakterystyczne badanych elementów; c) zmontować odpowiednie układy pomiarowe; d) wyznaczyć metodą punkt po punkcie wybrane rodziny charakterystyk statycznych wybranych tranzystorów; e) wyznaczyć charakterystyki statyczne tranzystorów metodą oscyloskopową; f) wyznaczyć parametry hybrydowe tranzystora bipolarnego przy pomocy miernika parametrów; określić wpływ punktu pracy tranzystora na wyniki pomiarów; 4. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW Sprawozdanie powinno zawierać schematy układów pomiarowych i wyniki pomiarów. Wyniki pomiarów należy przedstawić w postaci tablic i wykresów. W zależności od zakresu wykonanych badań należy: na podstawie otrzymanych charakterystyk statycznych wyznaczyć współczynniki wzmocnienia prądowego (statyczny i dynamiczny) tranzystora bipolarnego w kilku wybranych punktach pracy; wyznaczyć moc wydzielaną w tranzystorze w zależności od punktu pracy (np. w funkcji prądu bazy); wyznaczyć napięcie odcięcia kanału lub napięcie progowe oraz prąd nasycenia drenu tranzystora unipolarnego; określić transkonduktancję tranzystora unipolarnego w kilku wybranych punktach pracy; na podstawie charakterystyk wyjściowych (I D = f(u DS )) wyznaczyć rezystancję włączenia R DSon i rezystancję wyłączenia R DSoff tranzystora polowego; wyznaczyć podstawowe parametry tranzystora SiC.
5. WYMAGANIA BHP Warunkiem przystąpienia do praktycznej realizacji ćwiczenia jest zapoznanie się z instrukcją BHP, obowiązującą w laboratorium, oraz przestrzeganie zasad w niej zawartych. 6. LITERATURA [1] Kołodziejski J., Spiralski L., Stolarski E. Pomiary przyrządów półprzewodnikowych, WKiŁ, Warszawa, 1990. [2] Marciniak W. Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone, WNT, 1984 [3] Tietze U., Schenk Ch. Układy półprzewodnikowe, WNT, 2009.