Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

1 z 4

Instrukcja do ćwiczenia 6

Dział – Pomiary wielkości elektrycznych.

Temat: Badanie tranzystora – parametry statyczne.

Cel ćwiczenia: poznanie sposoby wyznaczenia charakterystyk statycznych tranzystora.

I.

Wprowadzenie

Tranzystorem bipolarnym zwany też warstwowym, stanowi kombinacją dwóch
półprzewodnikowych złączy p-n, wytworzonych w jednej płytce półprzewodnika. Procesy
zachodzące w jednym złączu oddziałują na drugie, a nośnikami ładunku elektrycznego są
dziury i elektrony. Tranzystory bipolarne wykonywane są najczęściej z krzemu, rzadziej
z germanu. Ze względu na kolejność ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy:

 tranzystory p-n-p (rys.6.1a),

 tranzystory n-p-n (rys.6.1b).

Mogą one być z:

 jednorodną bazą,

 niejednorodną bazą.

Zasada działania tranzystora n-p-n i p-n-p jest jednakowa, różnice występują tylko
w polaryzacji zewnętrznych źródeł napięcia i kierunku przepływu prądów.

Tranzystor bipolarny składa się z trzech obszarów o przeciwnym typie

przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złączy: p-n i n-p. W tranzystorze bipolarnym
poszczególne obszary półprzewodnika mają swoją nazwę: B – baza, E – emiter, C – kolektor.
A złącza nazywa się

 złączem emiterowym (złącze emiter-baza);
 złączem kolektorowym (złącze baza-kolektor).

Struktura półprzewodnikowa tranzystora jest umieszczana w hermetycznie zamkniętej
obudowie metalowej, ceramicznej lub plastykowej.
Obudowa ta chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi, jak również spełnia inne funkcje,
np. w tranzystorach średniej i dużej mocy umożliwia skuteczne odprowadzenie ciepła.

a)

b)

Rys.6.1. Symbole graficzne tranzystora bipolarnego: a) p-n-p, b) n-p-n.

Działanie tranzystora bipolarnego rozpatrzymy na przykładzie polaryzacji normalnej

tranzystora, tzn. gdy złącze emiter-baza jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia,
a złącze baza-kolektor spolaryzowane w kierunku zaporowym. Stan taki jest zapewniony,
gdy spełniona jest zależność między potencjałami na poszczególnych elektrodach:

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

2 z 4

- V

E

< V

B

< V

C

– dla tranzystora n-p-n;

- V

E

> V

B

> V

C

– dla tranzystora p-n-p.

Właściwości tranzystora opisują rodziny charakterystyk statycznych i parametry dynamiczne.
Charakterystyki statyczne przedstawiają zależności między prądami: emiter, kolektora, bazy
i napięciami: baza-emiter, kolektor-emiter, kolektor-baza. Rozróżniamy cztery rodziny
charakterystyk statycznych:

- wejściowa (U

1

= f (I

1

), przy U

2

= const),

- przejściowa (I

2

= f (I

1

), przy U

2

= const),

- wyjściowa (I

2

= f (U

2

), przy I

1

= const),

- zwrotna (U

1

= f (U

2

), przy I

1

= const).

Znając dwie charakterystyki (wejściową i wyjściową) możemy wyznaczyć dwie pozostałe.
Postać charakterystyki wejściowej i wyjściowej jest taka sama, jak charakterystyki złącza
półprzewodnikowego spolaryzowanego w kierunku przewodzenia i w kierunku zaporowym.
Tranzystor może pracować w trzech układach pracy OE, OB, OC.

Na poniższym rysunku przedstawiono rodzinę charakterystyk statycznych tranzystora

pracującego w układzie OE, w którym I

1

= I

B

, U

1

= U

BE

, I

2

= I

C

, U

2

= U

CE

. Przesunięcie

charakterystyk wejściowych względem siebie jest związane z modulacją szerokości bazy,
natomiast przesunięcie charakterystyk wyjściowych jest spowodowane oddziaływaniem prądu
bazy na prąd kolektora. Charakterystyki osiągają nasycenie, a ich nachylenie nie jest stałe,
ale rośnie. Jest większe niż w układzie OB, gdyż część napięcia U

CE

polaryzuje złącze

emiter-baza.

Rys. 6.2 Charakterystyki statyczne tranzystora n-p-n w układzie OE.

Charakterystyka przejściowa jest linią prostą o nachyleniu  - współczynnik

wzmocnienia prądowego. Charakterystyki zwrotne są podobne do charakterystyk zwrotnych
w układzie OB. Tranzystor składa się z dwóch złączy p-n, które mogą być spolaryzowane
w kierunku przewodzenia jak i w kierunku zaporowym. W związku z tym wyróżniamy cztery
stany pracy tranzystora: aktywny, nasycenia, zatkania, inwersyjny.
Ze względu na wydzielaną moc, tranzystory dzielimy na:

 Małej mocy – do 0,3 W.
 Średniej mocy – do 5 W.
 Dużej mocy – powyżej 5 W, nawet do 300 W.

Ze względu na maksymalną częstotliwość generacji, tranzystory dzielimy na:

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

3 z 4

 Małej częstotliwości – do kilkudziesięciu MHz.
 Wielkiej częstotliwości – nawet do kilku GHz.

II. Treść zadania.

Wyznaczyć metodą „punkt po punkcie” charakterystyki statyczne tranzystora

bipolarnego: BD 237 w układzie OE.

Należy pamiętać, że metoda ta polega na odczycie wielkości poszczególnych napięć i prądów.

Tranzystor jest zasilane z zasilaczy stabilizowanych napięcia stałego, umożliwiających
nastawianie określonych wartości napięć. Do pomiarów prądów służą użyjemy —
miliamperomierze i mikroamperomierz cyfrowe. Napięcia będziemy mierzyć woltomierzami
napięcia stałego, użyjemy w tym celu woltomierzy cyfrowe, posiadają dużą rezystancję
wewnętrzną.

Z układu przedstawionego poniżej wyznaczymy następujące charakterystyki:

A. I

C

= f(U

CE

) przy I

B

= const;

B. I

C

= f(I

B

) przy U

CE

=const;

C. I

B

= f(U

BE

) przy U

CE=

const;

D. U

BE

= f(U

CE

) przy I

B

= const;

III. Sprawozdanie z przeprowadzonego ćwiczenia.

1.

Schemat układu pomiarowego.

2.

Wykaz elementów

Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/

regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego

Funduszu Społecznego.

4 z 4

3.

Tabela pomiarowa

I

C

= f(U

CE

)

I

B

= f(U

BE

)

I

B

=….uA

I

B

=….uA

I

B

=….uA

U

CE

=…V

U

CE

=…V

U

CE

=…V

U

CE

I

C

U

CE

I

C

U

CE

I

C

U

BE

I

B

U

BE

I

B

U

BE

I

B

V

mA

V

mA

V

mA

mV

uA

mV

uA

mV

uA

I

C

= f(U

BE

)

U

BE

= f(U

CE

)

U

CE

=…V

U

CE

=…V

U

CE

=…V

I

B

=….uA

I

B

=….uA

I

B

=….uA

I

B

I

C

I

B

I

C

I

B

I

C

U

CE

U

BE

U

CE

U

BE

U

CE

U

BE

uA

mA

uA

mA

uA

mA

V

uA

V

mV

V

mV

4.

Charakterystyki

5.

Uwagi i wnioski