PODSTAWY LKTRONIKI MSI ĆW.. TRANZYSTORY IPOLARN Ćw. Tranzystory bipolarne. el ćwiczenia elem ćwiczenia jest ugruntowanie wiadomości dotyczącyc zasad działania i właściwości tranzystorów bipolarnyc. Podstawowa część ćwiczenia poświęcona jest zdejmowaniu carakterystyk statycznyc tranzystora bipolarnego pracującego w zadanej konfiguracji. Równocześnie ćwiczący mogą zapoznać się z metodyką badania elementów półprzewodnikowyc i podstawowymi tecnikami pomiarowymi (dokładny pomiar prądu/dokładny pomiar napięcia). Wyniki pomiarów są podstawą do wykreślenia wspomnianyc carakterystyk oraz wyznaczenia w zadanym punkcie pracy tranzystora wartości parametrów małosygnałowego modelu zastępczego.. Wymagane informacje Obsługa urządzeń pomiarowyc, podstawowe informacje o materiałac półprzewodnikowyc (rodzaje, nośniki prądu, właściwości), budowa i model zastępczy tranzystora bipolarnego. 3. Wprowadzenie teoretyczne Tranzystor bipolarny jest to elektroniczny element półprzewodnikowy zawierający dwa złącza p-n. Ze względu na wewnętrzną budowę moŝliwe jest rozróŝnienie tranzystorów n-p-n oraz p-n-p (Rys.). Poszczególne wyprowadzenia tranzystora noszą nazwy emitera (), bazy () i kolektora (). n p n p n p Rys.. udowa i symbole tranzystorów bipolarnyc: npn (lewy) i pnp (prawy). Zasadę działanie tego elementu, na przykładzie tranzystora pnp, przedstawia Rys.. KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA
PODSTAWY LKTRONIKI MSI ĆW.. TRANZYSTORY IPOLARN dziury Rys.. Rozpływ prądów w tranzystorze pnp. Tranzystor moŝna traktować jak szeregowe połączenie dwóc diod. Złącze - tranzystora spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, natomiast złącze - w kierunku zaporowym. PrzyłoŜenie pewnego napięcia do bazy powoduje przepływ nośników (tutaj dziur) z emitera do bazy tranzystora. PoniewaŜ jednak potencjał na kolektorze jest jeszcze niŝszy niŝ na bazie duŝa część nośników zostanie zassana do obszaru kolektora. W ten sposób napięciem na bazie moŝna sterować przepływem prądu z emitera do kolektora. 4. Obsługa urządzeń pomiarowyc 4.. Multimetr Multimetr, inaczej miernik, stanowi urządzenie pozwalające na pomiar róŝnyc wielkości elektrycznyc. Wybór mierzonej wielkości następuje poprzez odpowiednie ustawienie pozycji pokrętła. Wynik pomiaru jest pokazywany na wyświetlaczu. Pokrętło ustawione w pozycji OFF powoduje wyłączenie miernika. Ustawienie pokrętła w pozycji V pozwala na pomiar napięć (zarówno stałyc jak i zmiennyc). W tym przypadku sondy (kable) pomiarowe powinny być podpięte do gniazd V/Ω i OM miernika. MoŜliwy jest równieŝ pomiar rezystancji elementu. W tym celu naleŝy pokrętło ustawić w pozycji Ω natomiast sondy podpiąć do gniazd V/Ω i OM. Aby dokonać pomiaru prądu (stałego lub zmiennego) naleŝy ustawić pokrętło w jednej z pozycji: ua, ma lub A w zaleŝności od zakresu mierzonyc prądów. Do pomiaru prądu sondy miernika naleŝy podpiąć do gniazd OM i ma (jeśli mierzony prąd wynosi mniej niŝ 400 ma) lub OM i 0A (w przypadku większyc prądów). Multimetr umoŝliwia pomiar jeszcze innyc wielkości natomiast nie będą one wykorzystywane podczas zajęć laboratoryjnyc. 4.. Zasilacz laboratoryjny Zasilacz jest urządzeniem mającym za zadanie dostarczenie stałego napięcia zasilającego układ. Łączy się go z badanymi układami za pomącą kabli bananowyc. Odpowiednie wyjściowe gniazda zasilacza oznaczone są jako + i - (gniazdo GDN naleŝy pozostawić niepodłączone, jest to zacisk uziemienia, a nie masy). Przed podłączeniem przewodów do układu pomiarowego naleŝy przygotować multimetr w odpowiedniej konfiguracji. Podłączyć przewodami (z wtyczkami typu banan ) gniazdo wspólne OM miernika do zacisku - KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA
PODSTAWY LKTRONIKI MSI ĆW.. TRANZYSTORY IPOLARN w zasilaczu, gniazdo V/Ω miernika do gniazda + zasilacza i włączyć zasilacz. Ustawić na zasilaczu Ŝądane napięcie. Napięcie naleŝy sprawdzić podłączonym miernikiem. JeŜeli jest to moŝliwe w zasilaczu ustawić ograniczenie prądowe na 00 ma moŝe to zapobiec uszkodzeniu badanego układu na wypadek nieprawidłowyc połączeń. 5. udowa układu pomiarowego Układ pomiarowy stanowi panel (Rys. ), którego centralnym elementem jest złącze słuŝące do podpięcia badanego tranzystora. W miejsce symboli A oraz V naleŝy podpiąć odpowiednio amperomierze i woltomierze. Dane zebrane z tyc przyrządów pomiarowyc pozwalają na wykreślenie carakterystyk tranzystora. Scemat płytki pozwala na zbadanie tranzystora pracującego w dowolnej konfiguracji (dla konfiguracji wspólnego emitera U jest napięciem wejściowym, U wyjściowym). Zastosowany potencjometr pozwala na regulację napięcia podawanego na bazę tranzystora. Rys.3. Scemat układu słuŝącego do badania tranzystora bipolarnego. 6. Wykonanie ćwiczenia 6.. Pomiar carakterystyk statycznyc tranzystora bipolarnego NaleŜy w układzie pomiarowym umieścić zadany tranzystor i połączyć układ w konfiguracji wspólnego emitera oraz podłączyć przyrządy pomiarowe. Następnie po dokładnym sprawdzeniu połączeń naleŝy zebrać odpowiednie wartości prądów i napięć w celu pomiaru carakterystyk: wejściowyc U f (I ) dla róŝnyc wartości U, oddziaływania wstecznego U f (U ) dla róŝnyc wartości I, przejściowyc I f (I ) dla róŝnyc wartości U, wyjściowyc I f (U ) dla róŝnyc wartości I. Zakres badanyc prądów i napięć dla danej carakterystyki oraz krok pomiarowy zostaną podane przez prowadzącego. Podczas pomiarów naleŝy zwrócić uwagę na KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 3
PODSTAWY LKTRONIKI MSI ĆW.. TRANZYSTORY IPOLARN wielkość mocy wydzielającej się na kolektorze tranzystora aby nie przekroczyć dopuszczalnej wartości maksymalnej. Na podstawie wyników pomiarów naleŝy wykreślić na oddzielnym wykresie kaŝdą z rodzin carakterystyk. W trakcie wykreślania naleŝy ocenić wagę poszczególnyc punktów i odrzucić te, które nie przystają do carakteru zaleŝności (tzw. błędy grube). 6.. Wyznaczanie wartości parametrów małosygnałowego, małoczęstotliwościowego modelu tranzystora Korzystając z wykreślonyc w poprzednim punkcie carakterystyk tranzystora w wybranym punkcie pracy naleŝy wyznaczyć wartości parametrów małosygnałowego, małoczęstotliwościowego modelu tranzystora o strukturze mieszanej ij (Rys.4). Rys.4. Scemat modelu mieszanego ij. PoniŜej przedstawiono metodę wyznaczania tyc parametrów dla tranzystora w konfiguracji wspólnego emitera. be U e U uce 0 U ib u Rys.5. Sposób wyznaczania parametru e z carakterystyk tranzystora. KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 4
PODSTAWY LKTRONIKI MSI ĆW.. TRANZYSTORY IPOLARN be I e I ib I uce u Rys.6. Sposób wyznaczania parametru e z carakterystyk tranzystora. c U e U uce 0 U ib i Rys.7. Sposób wyznaczania parametru e z carakterystyk tranzystora. KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 5
PODSTAWY LKTRONIKI MSI ĆW.. TRANZYSTORY IPOLARN c I e I ib 0 I uce i Rys.8. Sposób wyznaczania parametru e z carakterystyk tranzystora. 7. Opracowanie wyników W sprawozdaniu z ćwiczenia naleŝy: narysować scematy badanyc układów, wykreślić zebrane carakterystyki tranzystora, na podstawie carakterystyk obliczyć parametry modelu małosygnałowego zgodnie z punktem 6., wyciągnąć wnioski. 8. Literatura [] U. Tietze,. Scenk Układy półprzewodnikowe, Wydawnictwa Naukowo-Tecniczne, Warszawa 996, Rozdział 4 Tranzystory bipolarne (s. 46-00) [] P. Horowitz, W. Hill Sztuka elektroniki. zęść., Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 995, Rozdział Tranzystory (s. 7-3) KATDRA LKTRONIKI AGH STRONA 6