Tranzystor Bipolarny

1. Wstęp

Tranzystor - trójelektrodowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa urządzenia wywodzi się od słów transkonduktancja (transconductance) z "półprzewodnikowym" przyrostkiem -stor jak w warystor (varistor).

Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów, różniące się zasadniczo zasadą działania - tranzystory bipolarne i tranzystory unipolarne.

• Tranzystory bipolarne - w których prąd przepływa przez złącza półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa (n i p). Zbudowany jest z trzech warstw półprzewodnika o typie przewodnictwa odpowiednio npn lub pnp (o nazwach emiter - E, baza - B i kolektor - C). Charakteryzuje się tym, że niewielki prąd płynący pomiędzy dwiema jego elektrodami (bazą i emiterem) steruje większym prądem płynącym między innymi elektrodami (kolektorem i emiterem).

Typ PNP Typ NPN

• Tranzystory unipolarne - (tranzystory polowe) to takie, w których prąd płynie przez półprzewodnik o jednym typie przewodnictwa. Prąd wyjściowy jest w nich funkcją napięcia sterującego. W obszarze półprzewodnika z dwiema elektrodami: źródłem (S) i drenem (D) tworzy się tzw. kanał, którym płynie prąd. Wzdłuż tego obszaru umieszczona jest trzecia elektroda, zwana bramką (G). Napięcie przyłożone do bramki zmienia przewodnictwo kanału, wpływając w ten sposób na płynący prąd. W tranzystorach MOSFET bramka jest odizolowana od kanału warstwą dielektryka, a w tranzystorach polowych złączowych (JFET) spolaryzowanym w kierunku zaporowym złączem p-n.

JFET z kanałem P JFET z kanałem N

Tranzystory ze względu na swoje właściwości wzmacniające znajdują bardzo szerokie zastosowanie. Są wykorzystywane do budowy wzmacniaczy różnego rodzaju: różnicowych, operacyjnych, mocy, selektywnych, szerokopasmowych. Jest kluczowym elementem w konstrukcji wielu układów elektronicznych, takich jak źródła prądowe, lustra prądowe, stabilizatory, przesuwniki napięcia, klucze elektroniczne, przerzutniki, generatory i wiele innych.

2. Przeprowadzone ćwiczenia

1. Pierwszym ćwiczeniem jakie mieliśmy wykonać było narysowanie w programie PSPICE schematu układu, oraz wykonanie charakterystyki wejściowej tranzystora Q2N2222.

Z wykresu można odczytać, że dla wartości napięcia <0.6 V przez tranzystor płynie minimalny prąd, po czym następuje gwałtowny skok wartości natężenia prądu.

Z programu Probe możemy odczytać, że zmiana wartości napięcia dla prądu równego 2.5mA przy zmianie temp o 1 stopień (z 20 na 21 stopni Celciusza) wynosi -1,5 mV.

2. Kolejnym zadaniem było wyznaczenie rezystancji wejściowej(statycznej i dynamicznej). Do tego celu musieliśmy lekko zmodyfikować nasz układ.

Z wykresu możemy odczytać, że wraz ze wzrostem napięcia Baza-Emiter, wartość rezystancji statycznej zmniejsza się i dla rzędu napięc 0,3-0,5mV wartość rezystancji wyraża się z przedrostkiem Giga.

Wykres rezystancji dynamicznej jest bardzo podobny do wykresu rezystancji statycznej. Różnicą jest rząd jednostek rezystancji. Tutaj wartość wyraża się z przedrostkiem Mega.

Wykres przedstawia rezystancję dynamiczną dla bardzo niskich napięć (<0.2 mV).

3. Ostatnim zadaniem było stworzenie rodziny charakterystyk wyjściowych dla tranzystora Q2N2222. Do tego celu ponownie musieliśmy zmodyfikować nasz układ pomiarowy

Wykres przedstawia charakterystykę wyjściową tranzystora dla prądów bazy zmieniających się od 1-5 μA

Wykres przedstawia charakterystykę wyjściową tranzystora dla napięć Kolektor-Emiter zmieniających się od 0-5 V. Widać że przy małym napięciu następuje lekkie ugięcie charakterystyki.

Wykres przedstawia charakterystykę wyjściową tranzystora dla prądu Bazy zmieniającego się w przedziale 0A do 50μA z krokiem 10μA, oraz napięcia Kolektor -Emiter od 0 do 20 V. dorysowane zostały proste obciążenia dla wartości 1kΩ, 2kΩ i 5kΩ.

3. Wnioski

Wiedza na temat charakterystyki tranzystora jest potrzebna do poprawnego wykorzystania go w układach elektronicznych. Bez niej nie będziemy w stanie zrozumieć podstawowych zjawisk, jakie obserwowalibyśmy przy używaniu układu stworzonego z użyciem tranzystora.

---