Ćwiczenie 7 PRMETRY MŁOSYGNŁO TRNZYSTORÓW BIPOLRNYCH Wstęp Celem ćwiczenia jest wyznaczenie niektórych parametrów małosygnałowych hybrydowego i modelu hybryd tranzystora bipolarnego. modelu Konspekt przygotowanie przed zajęciami Konspekt, który należy przygotować na zajęcia składa się z części teoretycznej związanej z tematem ćwiczenia oraz z części praktycznej schematy montażowe układów pomiarowych zrealizowane z wykorzystaniem modelu DMP7 (rys.1). Przebieg ćwiczenia 1. STNOWISKO POM IRO Stanowisko pomiarowe zbudowane jest z dydaktycznego modelu pomiarowego DMP7 zasilanego z kasety ZM1, generatora sygnałowego i oscyloskopu cyfrowego Tektronix TDS2024. Na płytce modelu DMP7 (rys.1) jest miejsce na tranzystor (T1), jedenaście elementów i stabilizator. Ponadto są 4 pary kołków (Z1 Z4), do których można podłączyć przyrządy pomiarowe, lub należy je zewrzeć tak, aby można było zrealizować odpowiedni schemat pomiarowy. Dwie pary kołków oznaczone 1 i 2 pozwalają na doprowadzenie sygnału wejściowego z generatora przez gniazda BNC znajdujące się na płycie czołowej modelu. Na płycie czołowej znajduje się potencjometr, który można podłączyć do układu za pomocą złącza (np. do kołków Z 1 ). Kołki pomiarowe P 1 P 4 pozwalają na podłączenie oscyloskopowych sond pomiarowych w celu obserwacji przebiegów. Stabilizator (STB.) zapewnia stałe napięcie zasilania układu U z. U Z STB. P 1 P 4 Z 3 1 Z 4 2 Z 1 Z 2 C B E T 1 Rys. 1. Rozmieszczenie połączeń i kontaktów na płytce modelu DMP7 Katedra Elektroniki GH ver. 1.0 1
wszystkich parametrów małosygnałowych wykonywane są w pewnym określonym punkcie pracy tranzystora. Ponieważ w układzie pomiarowym zastosowano stabilizator napięcia wystarczy kontrolować prąd kolektora utrzymując jego stałą wartość. Większość parametrów małosygnałowych tranzystora można zmierzyć w układzie pomiarowym przedstawionym na rysunku 2. Wartości elementów tak dobrano, aby spełnić (przynajmniej częściowo) warunki wyznaczania poszczególnych parametrów. Może zaistnieć potrzeba zmiany wartości rezystora dla różnych typów tranzystorów (np. dla BDP285 powinien mieć wartość 1k ). Kondensator jest potrzebny dla właściwej pracy stabilizatora napięcia (filtracja zakłóceń), a stanowi zwarcie dla sygnałów zmiennych, aby wyeliminować wpływ rezystancji wewnętrznej amperomierza na wyniki pomiarów. 2. WZMOCNIENIE PRĄDOGO: i h 21e W układzie zbudowanym wg schematu pomiarowego z rys. 2 należy zmierzyć stałoprądowy ( ) oraz małosygnałowy (h 21e model hybrydowy) współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w funkcji częstotliwości sygnału. U zas 5k R 3 R C R C1 10 R C2 30 R B 100 R 2 P 1 Rys. 2. Schemat pomiarowy do wyznaczania parametrów małosygnałowych tranz. bipolarnego Połączyć układ do wyznaczania parametrów małosygnałowych tranzystora bipolarnego według rysunku 2. Zamiast amperomierza w obwodzie bazy włączyć zworę i nie podłączać generatora na wejście układu. Za pomocą potencjometru R 2 na płycie czołowej modułu DMP7 ustawić prąd kolektora równy 25m (punkt pracy tranzystora, lub inna wartość wskazana przez prowadzącego). Przepiąć amperomierz do obwodu bazy a w obwodzie kolektora wpiąć zworę w jego miejsce. Zmierzyć prąd bazy. Zanotować wartości prądów bazy i kolektora (te wyniki pozwolą na obliczenie stałoprądowego współczynnika wzmocnienia ). Z powrotem przepiąć amperomierz do obwodu kolektora (w bazie zwora) i sprawdzić wartość prądu I C. Podłączyć sondy oscyloskopowe do punktów pomiarowych P 1, i. Ustawić sondy X10. Podłączyć do wejścia generator. Ustawić sygnał sinusoidalny o częstotliwości 1kHz i amplitudzie 100mV (obserwowane na oscyloskopie napięcie w punkcie P 1 ). Katedra Elektroniki GH ver. 1.0 2
Zmieniając częstotliwość sygnału zmierzyć amplitudy napięć w punktach P 1, i (wykonać np. 3 pomiary na dekadę częstotliwości do max. częstotliwości dostępnego generatora). UWG: można wykorzystać oscyloskop do pomiarów amplitudy napięcia w poszczególnych kanałach (funkcja MESURE), jednakże ten model (TDS2024) mierzy wartości międzyszczytowe napięcia (V Pk-Pk ), które również mogą być użyte do obliczeń. Na podstawie zmierzonych wartości prądów bazy i kolektora obliczyć stałoprądowy współczynnik wzmocnienia prądowego. Na podstawie napięć zmierzonych w punktach pomiarowych P 1, i obliczyć małosygnałowy współczynnik wzmocnienia h 21e (wyniki zawrzeć w tabeli). Narysować charakterystykę współczynnika wzmocnienia prądowego h 21e w funkcji częstotliwości w skali logarytmicznej. Wyznaczyć z wykresu wartość częstotliwości granicznej tranzystora f i f T. Porównać otrzymane wyniki z danymi katalogowymi badanego tranzystora. 3. MŁOSYGNŁOW IMPEDNCJ J ŚCIOW h 11e Na podstawie wyników otrzymanych w poprzednim punkcie należy obliczyć małosygnałową impedancję wejściową h 11e tranzystora bipolarnego pracującego w układzie wspólnego emitera. Jest to parametr hybrydowej reprezentacji tranzystora. Pomiar polega na zmierzeniu małosygnałowego napięcia (u be ) i prądu (i b ) złącza baza-emiter przy zwartym wyjściu (u ce ) dla zmiennych sygnałów. Mała wartość rezystora R C pozwala na spełnienie założenia o zwarciu wyjścia dla sygnałów zmiennych. Wykonane w punkcie 2. Na podstawie napięć zmierzonych w punktach pomiarowych P 1 i dla częstotliwości 1kHz, obliczyć wartość małosygnałowej impedancji wejściowej h 11e tranzystora bipolarnego. 4. PRMETRY MŁOSYGNŁO MODELU HYBRYD- : g m, r b e, r bb oraz n Transkonduktancja g m, rezystancja dynamiczna złącza baza-emiter r b e oraz rezystancja rozproszona bazy r bb to parametry małosygnałowe występujące w modelu hybryd tranzystora bipolarnego. należy wykonać w tym samym układzie pomiarowym jak poprzednio, tak więc na podstawie wyników otrzymanych w punkcie 2 należy obliczyć powyższe parametry tranzystora. Wykonane w punkcie 2. Na podstawie wyników poprzednich obliczeń oraz wyników pomiarów dla sygnału o częstotliwości 1kHz obliczyć wartość transkonduktancji, współczynnika emisji, rezystancji dynamicznej złącza baza-emiter oraz rezystancji rozproszonej bazy. Obliczyć pojemność dyfuzyjną złącza baza-emiter i czas przelotu nośników. Katedra Elektroniki GH ver. 1.0 3
5. POMIR KONDUKTNCJ WYJŚCIO J TRNZYSTOR h 22e Na rysunku 3 przedstawiono schemat układu pomiarowego do wyznaczania małosygnałowej konduktancji wyjściowej (h 22e ) tranzystora bipolarnego. Mierząc napięcie u ce (małosygnałowe) i prąd kolektora i c wymuszony przez generator można obliczyć konduktancję wyjściową zgodnie z definicją. Tranzystor musi być spolaryzowany i należy zapewnić punkt sam pracy taki jak dla poprzednich pomiarów oraz należy zapewnić rozwarcie wejścia dla składowej zmiennej. Warunek rozwarcia jest spełniony przez zastosowanie dużej wartości rezystora w bazie (R 3 ). U zas 5k R C1 10 P 4 R C2 30 R 3 100 R 2 Rys. 3. Schemat pomiarowy do wyznaczania konduktancji wyjściowej tr. bipolarnego (h 22e ) Zmontować układ do wyznaczania konduktancji wyjściowej tranzystora bipolarnego według rysunku 3. Nie podłączać generatora na wejście układu. Za pomocą potencjometru R 2 na płycie czołowej modułu DMP7 ustawić prąd kolektora równy 25m (punkt pracy tranzystora). Podłączyć sondy oscyloskopowe do punktów i P 4. Ustawić sondy X10. Podłączyć do wejścia generator. Ustawić sygnał sinusoidalny o częstotliwości 1kHz i amplitudzie 100mV (obserwowane na oscyloskopie napięcie w punkcie P 4 ). Dokładnie zmierzyć wartości napięć: u we i u ce (w punktach i P 4 ). UWG: w przypadku małej różnicy napięć można wykorzystać oscyloskop i mierzyć różnicę napięć z dwóch kanałów, wykorzystując funkcję MTH. Na podstawie wyników pomiarów obliczyć konduktancję wyjściową h 22e tranzystora bipolarnego. 6. POMIR POJEMNOŚCI ZŁĄCZ B Z -KOLEKTOR C b c W układzie zbudowanym wg schematu pomiarowego z rys. 4 można zmierzyć pojemność złączową zaporowo spolaryzowanego złącza baza-kolektor (C b c ) tranzystora bipolarnego. Tranzystor pracuje w zakresie odcięcia. Mierzona pojemność wraz z kondensatorem tworzy mostek pojemnościowy. Wykonując pomiar dwóch napięć można wyznaczyć wartość C b c. Katedra Elektroniki GH ver. 1.0 4
U zas R C 1,5M * 1k Rys. 4. Schemat pomiarowy do wyznaczania pojemności złącza baza-kolektor (C b c ) Połączyć układ do wyznaczania pojemności złączowej złącza baza-colektor C b c tranzystora bipolarnego według rysunku 4. UWG: Wartość kondensatora zależy od badanego tranzystora. Dla BDP285 może to być 75pF, a dla B09 (lub inny małej mocy) kond. może być pominięty. Jego rolę spełni pojemność sondy oscyloskopowej (którą należy zawsze uwzględnić). Podłączyć sondy oscyloskopowe do punktów i. Ustawić sondy X10. Podłączyć do wejścia generator. Ustawić sygnał sinusoidalny o częstotliwości 100kHz i amplitudzie 500mV (na oscyloskopie napięcie w punkcie ). Zmierzyć wartości napięć na bazie i kolektorze tranzystora (w punktach i ). Na podstawie wyników pomiarów obliczyć wartość C b c. Uwaga: należy uwzględnić pojemność sondy oscyloskopowej w obliczeniach (16pF gdy sonda ustawiona jest na podział napięcia X10 lub 95pF, gdy sonda ustawiona na X1). Katedra Elektroniki GH ver. 1.0 5