Zespół Szkół Elektrycznych nr 1 w Poznaniu			Pracownia Elektryczna i Elektroniczna
Imię i Nazwisko: Jacek Bura			Temat: Badanie układów z tranzystorem bipolarnym				Nr ćwiczenia 4
Rok szkolny	Klasa	Grupa	Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania	Ocena	Podpis	Nr w dzienniku
2003/2004	IV5	1	27.10.2003	03.11.2003			3

1. Cel ćwiczenia

Poznanie parametrów i własności tranzystora bipolarnego w różnych układach pracy.

2. Wiadomości teoretyczne

Tranzystor bipolarny, zwany też warstwowym, stanowi kombinację dwóch półprzewodnikowych złączy p-n, wytworzonych w jednej płytce półprzewodnika. Procesy zachodzące w jednym złączu odziaływują na drugie, a nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony i dziury, o czym świadczy przymiotnik bipolarny. Tranzystory typu pnp i npn różnią się tylko w polaryzacji zewnętrznych źródeł napięcia i w kierunku przepływów prądów. Znaczną większość produkowanych obecnie tranzystorów stanowią tranzystory krzemowe, wykonywane metodą dyfuzji (tranzystory planarne i epitaksjano-planarne). Tranzystor umieszczony jest w hermetycznej zamkniętej obudowie metalowej, ceramicznej lub plastykowej, która nie tylko chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi, ale w tranzystorach średniej i dużej mocy umożliwia skuteczne odprowadzanie ciepła.

Właściwości tranzystora opisują rodziny jego charakterystyk statycznych i parametry dynamiczne.

Charakterystyki statyczne przedstawiają zależności między prądami: I_E , I_C , I_B i napięciami: U_BE U_CE , U_CB , stałymi lub wolnozmiennymi. Rozróżnia się charakterystyki: wyjściowe, wejściowe, prądowe (przejściowe) i sprzężenia zwrotnego.

Charakterystyki wyjściowe przedstawiają związek między I_C i U_CE. Przebieg ich zależy od I_B , który jest parametrem rodziny krzywych. Na charakterystykach wyjściowych można wyróżnić kilka zakresów związanych z polaryzacją złączy emiter-baza i kolektor-baza. Najczęściej wykorzystuje się zakres aktywny, w którym złącze emiter-baza jest spolaryzowany w kierunku przewodzenia (potencjał bazy wyższy od potencjału emitera), zaś złącze kolektor-baza w kierunku wstecznym (potencjał kolektora wyższy od potencjału bazy). Tranzystor ma właściwości wzmacniające.

,

3. Przebieg ćwiczenia

1. Wyznaczanie parametrów tranzystora bipolarnego

R_B=R_C=R_E=20kΩ

• Zmierzyć napięcie na końcówkach U_E, U_B, U_C

• Wyznaczyć prądy płynące przez tranzystor I_E, I_B, I_C

• Obliczyć współczynnik β i α tranzystora

• Porównać wartość współczynnika α i obliczyć
  z wartością wyliczoną ze wzoru:
  

1. Badanie układu polaryzacji ze stałym prądem bazy

• Wartość R_B wyliczyć ze wzoru: R_B=2βR_C

• W razie braku rezystora o odpowiedniej wartości rezystancji zastosować bloki rezystorów połączonych szeregowo.

• Woltomierzem cyfrowym zmierzyć napięcie U_CE. Prawidłowa wartość powinna wynosić, ½ U_CC, czyli 7,5V

• Podgrzać tranzystor poprzez przytrzymanie go palcami przez 1-2 minut. Obserwować U_CE. Obliczyć wartość β po podgrzaniu tranzystora i porównać z otrzymaną ze wzoru:
  

2. Badanie charakterystyki przejściowej inwertora tranzystorowego

• Przełączyć oscyloskop w tryb XY i podłączyć go tak, że:

U_wy - Y, U_we - X

• Wykreślić charakterystykę U_wy=f(U_we)

• Odczytać wartość wzmocnienia układu w zakresie pracy aktywnej tranzystora na podstawie nachylenia charakterystyki przejściowej. Porównać odczytaną wartość wzmocnienia z wartością otrzymaną ze wzoru
  

2. Porównaj przebiegi uzyskane w programie symulacyjnym z przebiegami rzeczywistymi.

4. Rozwiązanie zadań

1. Wyznaczanie parametrów tranzystora bipolarnego

• U_E=9,33V, U_B=22mV, U_C=9,28V

• 
  ,
  
  

• 
  ,
  

• 
  

1. Badanie układu polaryzacji ze stałym prądem bazy

• 
  

• 
  

3. Badanie charakterystyki przejściowej inwertora tranzystorowego

• Charakterystyka U_wy=f(U_we)

• 
  

4. Porównaj przebiegi uzyskane w programie symulacyjnym z przebiegami rzeczywistymi.

A

f=1kHz, 1ms/dz, 2V/dz

B

1ms/dz, 2V/dz

C

1ms/dz, 10V/dz

U_wy=f(U_we)

U_we - 1V/dz

U_wy - 10V/dz

7. Wnioski

Tranzystor, czyli inaczej wzmacniacz charakteryzuje się właściwością wzmacniania sygnału wejściowego w zależności od sterującego tym wzmocnieniem prądu bramki. Współczynnik wzmocnienia prądowego określa zdolność danego tranzystora do wzmacniania sygnału wejściowego. Ważnym parametrem charakteryzującym tranzystor jest jego współczynnik wzmocnienia prądowego określający wzmocnienie sygnału.

W zadaniu nr 1 wyznaczaliśmy takie parametry jak U_E, U_B, U_C, I_E, I_B, I_C. Następnie porównaliśmy α. Co się okazało to błąd jaki powstał przy wyliczaniu α z dwóch różnych wzorów był stosunkowo mały i równy był 0,01. Tak, więc α można w przybliżeniu przyjąć 1,
. W kolejnej części tego ćwiczenia wyznaczyliśmy rezystancje rezystora R_B i wyniosła ona 16,72MΩ. Bazując na tej rezystancji połączyliśmy układ zgodnie ze schematem. Jak się później okazało tak perfekcyjnie dobraliśmy rezystancje (musieliśmy łączyć szeregowo kilka rezystorów), że napięcie U_E równe było połowie napięcia zasilania, a zatem
. W następnej części wyznaczyliśmy wzmocnienie napięciowe, i wyniosło ono 41818,18. Następnie zaobserwowaliśmy charakterystykę Uwy=f(Uwe). Ostatnim zadaniem było przeprowadzenie symulacji komputerowej badanego układu. Wszystkie uzyskane wykresy przedstawiłem wyżej. Na rysunku A przedstawiony jest wykres punktu A na schemacie. Częstotliwość f=1kHz amplituda sygnału 3V. Na następnym wykresie (B) przedstawiony jest sygnał w punkcie B na schemacie. U_max= 690mV, U_min= -3V. Na rysunku C - U_max= 15V, U_min= 7,6V. Natomiast na ostatnim wykresie przedstawiona jest charakterystyka Uwy=f(Uwe).

W układzie z zasilaniem stałym prądem bazy przy wzroście temp. napięcie kolektor-emiter maleje a prąd wzrasta co powoduje zmianę punktu pracy tranzystora i pogorszenie parametrów układu w którym pracuje .

Badanie układów z tranzystorem bipolarnym 1

---