TEMAT: Wyznaczanie parametrów diod i tranzystorów
Przedmiotem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania podstawowych rodzajów diod półprzewodnikowych i tranzystora bipolarnego. Ćwiczenie pozwala zapoznać się z parametrami i charakterystykami następujących diod:
− diody krzemowej i germanowej;
− diody Zenera.
2. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE
W celu przygotowania się do ćwiczenia należy przestudiować zagadnienia z następujących pozycji literaturowych:
1. Jeżykowski R., Kawałkiewicz P., Majewski J. – „Układy elektroniczne” WAT 1984, S-45925 str. 10-78.
2. Lurch E. N. – „Podstawy techniki elektronicznej” Wyd. III, PWN 1976, Syg. 39259, str.
41-47, 53-55 i 63-81.
3. Watson J. - „Elektronika” WKiŁ 1999, Syg. 55914, str. 96-127.
4. Tietze U., Schenk Ch., - „Układy półprzewodnikowe” Wyd. III, WNT 1996, Syg. 53555, str. 40-55, 125-129.
5. Horowitz P., Hill W., - „Sztuka elektroniki” cz. 1, Wyd. IV, WKiŁ 1997, Syg. 55051, str.
55-65, 72-73 i 124-132.
3. PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE
1. Narysować schemat układu do pomiaru charakterystyki prądowo-napięciowej diody.
2. Narysować charakterystykę prądowo-napięciową diody prostowniczej krzemowej i germanowej.
3. Narysować charakterystykę prądowo-napięciową diody Zenera.
4. Omówić parametry charakterystyczne i graniczne diody Zenera.
5. Omówić zasadę działania tranzystora bipolarnego.
6. Wymienić parametry charakterystyczne i graniczne tranzystora bipolarnego.
7. Narysować charakterystyki tranzystora bipolarnego.
8. Narysować symbol tranzystora bipolarnego oraz nazwać poszczególne elektrody.
9. Określić polaryzację złącz w tranzystorze bipolarnym npn i pnp.
Uwaga!
Zauważone błędy lub inne uwagi dotyczące instrukcji i ćwiczenia proszę kierować do Wojciecha Pary tel. 6837845 lub wpara@wat.edu.pl
4.1. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody krzemowej w kierunku przewodzenia
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23001 blok a, połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1.
R1
2 kΩ
CR1
+
1 Ν 4 1 4 8
VR2
V
12V
1 0 kΩ
A
-
Rys. 1. Schemat pomiarowy do badania diody w kierunku przewodzenia B. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej
- zmieniając napięcie UF potencjometrem VR2 tak aby nie przekroczyć wartości granicznej prądu, zmierzyć wartość natężenia prądu IF i napięcia UF, wyniki zanotować w tabeli 1.
Tabela 1
UF [V]
IF [mA]
C. Zadanie
- wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody I=f(U).
4.2. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody krzemowej w kierunku zaporowym
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23001 blok a, połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 2.
R1
2 kΩ
CR1
-
1 Ν 4 1 4 8
VR2
12V
1 0 kΩ
V
A
+
Rys. 2. Schemat pomiarowy do badania diody w kierunku zaporowym B. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej
- zmieniając napięcie UR potencjometrem VR2 tak aby nie przekroczyć wartości granicznej napięcia wstecznego zmierzyć wartość natężenia prądu IR i napięcia UR, wyniki zanotować w tabeli 2.
Tabela 2
UR [V]
IR [mA]
- wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody I=f(U).
4.3. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody germanowej w kierunku przewodzenia
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23001 blok a, połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 3.
R1
2 kΩ
CR2
+
1 Ν 6 0
VR2
V
12V
1 0 kΩ
A
-
Rys. 3. Schemat pomiarowy do badania diody germanowej w kierunku przewodzenia B. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej
- zmieniając napięcie UF potencjometrem VR2 tak aby nie przekroczyć wartości granicznej prądu, zmierzyć wartość natężenia prądu IF i napięcia UF,wyniki zanotować w tabeli 3.
Tabela 3
UF [V]
IF [mA]
C. Zadanie
- wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody I=f(U).
4.4. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody germanowej w kierunku zaporowym
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23001 blok a, połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 4.
R1
2 kΩ
CR2
-
1 Ν 6 0
VR2
12V
1 0 kΩ
V
A
+
Rys. 4. Schemat pomiarowy do badania diody germanowej w kierunku zaporowym B. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej
- zmieniając napięcie UR potencjometrem VR2 tak aby nie przekroczyć wartości granicznej napięcia wstecznego zmierzyć wartość natężenia prądu IR i napięcia UR, wyniki zanotować w tabeli 4.
Tabela 4
UR [V]
IR [mA]
–
wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody I=f(U).
4.5. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera w kierunku przewodzenia
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23001 blok a, połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 5.
R1
2 kΩ
+
CR3
VR2
V
12V
1 0 kΩ
A
-
Rys. 5. Schemat pomiarowy do badania diody Zenera w kierunku przewodzenia B. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej
- zmieniając napięcie UF potencjometrem VR2 tak aby nie przekroczyć wartości granicznej prądu, zmierzyć wartość natężenia prądu IF i napięcia UF, wyniki zanotować w tabeli 5.
Tabela 5
UF [V]
IF [mA]
C. Zadanie
- wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody I=f(U).
4.6. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody Zenera w kierunku zaporowym A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23001 blok a, połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 6.
R1
2 kΩ
-
CR3
VR2
12V
V
1 0 kΩ
A
+
Rys. 6. Schemat pomiarowy do badania diody Zenera w kierunku zaporowym B. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej
- zmieniając napięcie UR potencjometrem VR2 tak aby nie przekroczyć wartości granicznej napięcia wstecznego zmierzyć wartość natężenia prądu IR i napięcia UR, wyniki zanotować w tabeli 6.
Tabela 6
UR [V]
IR [mA]
C. Zadanie
- wykreślić charakterystykę prądowo-napięciową diody I=f(U);
- określić napięcie zenera dla diody.
4.7. Pomiary natężeń prądu w tranzystorze bipolarnym pnp A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23002, blok a połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 7.
+
R1
A
47kΩ
A
Q1
VR2
12V
10 kΩ
A
R2
1kΩ
-
Rys. 7. Schemat układu do pomiaru IB, IC i IE
B. Pomiar prądów w tranzystorze
- regulując potencjometrem VR2 ustawić wartość IC=3mA;
- odczytać i zanotować w tabeli 7 wartości IB i IE;
- regulując potencjometrem VR2 doprowadzić do nasycenia tranzystora;
- odczytać i zanotować w tabeli 7 wartości IB, IE oraz Icsat.
Tabela 7
IC
IB
IE
β
3 mA
ICsat=……….
C. Zadanie
IC
–
obliczyć współczynnik wzmocnienia prądowego β =
.
I B
4.8. Pomiar natężeń prądu w tranzystorze bipolarnym npn A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23002, blok a połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 8.
+
R3
1kΩ
R1
A
47kΩ
12V
A
Q2
VR2
1 0 kΩ
A
-
Rys. 8. Schemat układu do pomiaru IB, IC i IE
B. Pomiar prądów w tranzystorze
- regulując potencjometrem VR2 ustawić wartość IC=3mA;
- odczytać i zanotować w tabeli 8 wartości IB i IE;
- regulując potencjometrem VR2 doprowadzić do nasycenia tranzystora;
- odczytać i zanotować w tabeli 8 wartości IB, IE oraz Icsat.
Tabela 8
IC
IB
IE
β
3 mA
ICsat=……….
C. Zadanie
I
- obliczyć współczynnik wzmocnienia prądowego
C
β =
.
I B
4.9. Pomiar charakterystyki IC=f(UCE)
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23002, blok a połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 9.
+
R4
100Ω
R1
12V
A
VR2
47kΩ
1 0
VR1
kΩ
A
Q2
V
1 kΩ
-
Rys. 9. Schemat układu do pomiaru charakterystyki IC = (UCE) B. Pomiar charakterystyki wyjściowej
- regulując potencjometrem VR2 ustawić wartość IB=0µA;
- ustawiając kolejno potencjometrem VR1 wartości UCE = 0,1V → 0,3V → 0,5V → 0,7V →
1,0V → 2,0V → 3,0V → 5,0V odczytywać wartośći IC;
- wyniki zanotować w tabeli 9;
- czynności powtórzyć dla IB=10µA → 20µA → 30µA → 40µA → 50µA → 60µA;
- wyniki zanotować w tabeli 9;
IB=0µA
UCE [V]
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
2,0
3,0
5,0
IC [mA]
IB=10µA
UCE [V]
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
2,0
3,0
5,0
IC [mA]
IB=20µA
UCE [V]
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
2,0
3,0
5,0
IC [mA]
IB=30µA
UCE [V]
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
2,0
3,0
5,0
IC [mA]
IB=40µA
UCE [V]
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
2,0
3,0
5,0
IC [mA]
IB=50µA
UCE [V]
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
2,0
3,0
5,0
IC [mA]
IB=60µA
UCE [V]
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
2,0
3,0
5,0
IC [mA]
C. Zadanie
- sporządzić wykres zależności IC = (UCE).
5. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA
Sprawozdanie powinno zawierać:
- krótki opis ćwiczenia;
- schematy ideowe układów pomiarowych;
- wyniki pomiarów;
- zdjęte oscylogramy i sporządzone wykresy;
- protokół pomiarowy podpisany przez prowadzącego ćwiczenie;
- przykładowe obliczenia;
- wnioski.