paun_nl
Administrator
Din: alexandria
Inregistrat: acum 17 ani
Postari: 2718
|
|
E bine de citit tot ce este in link
CARACTERISTICILE STATICE ALE TRANZISTORULUI BIPOLAR
1. Scopul lucrării : Ridicarea caracteristicilor statice ale tranzistorului bipolar în conexiunile emitor-comun (EC) şi bază-comună (BC), determinarea unor parametrii de curent continuu şi de regim dinamic al tranzistorului bipolar. 2. În fig.2.1 este reprezentat simbolul unui tranzistor NPN cu precizarea sensului curenţilor şi tensiunilor aşa cum vor fi folosite în această lucrare. Între aceste mărimi se pot scrie relaţiile (2.1) şi (2.2). 3. Comportarea tranzistorului bipolar în regim continuu este definită de relaţiile ce descriu dependenţa curenţilor şi de tensiunile aplicate la bornele celor două joncţiuni şi . În regiunea activă normală, joncţiunea emitor-bază polarizată direct şi joncţiunea colector-bază polarizată invers, relatiile de bază pentru curenţi pentru un tranzistor NPN sunt: (2.3) şi (2.4). În aceste relaţii este suprafata joncţiunii bază-emitor, este constanta de difuzie a purtătorilor minoritari din bază (electronii) a căror concentraţie este , = 26 mV la temperatura camerei, este grosimea efectivă a bazei dată de relaţia (2.5) ( este grosimea fizică a bazei, este bariera de potenţial a joncţiunii colector-bază dependentă de concentraţiile de purtători majoritari din bază şi din colector , iar este permeativitatea electrică a materialului din care este confecţionat tranzistorul) ; se constată că, la creşterea tensiunii de polarizare inversă a jonctiunii bază-colactor, grosimea efectivă a bazei scade. Parametrul este factorul de curent al tranzistorului în conexiunea bază comună şi are expresia aproximativă : (2.6), unde şi sunt lungimile de difuzie ale electronilor (în bază respectiv ale golurilor (în emitor) iar şi sunt conductivităţile electrice ale bazei, respectiv emitorului. Se remarcă dependenţa lui de tensiunea colector bază prin intermediul lui . 4. Din punct de vedere practic, pentru determinarea regimului de funcţionare in curent continuu, este necesară cunoaşterea carcateristicilor statice de intrare, de transfer direct şi de ieşire (numai două dintr ele sunt independente), cu particularităţi specifice fiecărui mod de conexiune. În conexiunea bază comună, electrodul de referinţă este baza iar în conexiunea emitor comun electrodul de referinţă va fi emitorul. Din punct de vedere dinamic, la semnale mici (când caracteristicile statice pot fi liniarizate in jurul; punctului static de funcţionare), lent variabile, tranzistorului poate fi caracterizat prin parametrii de cuadripol definiţi prin ecuaţiile (2.7) unde , , şi sunt mărimile variabile sinusoidale, cu sensurile obişnuite acceptate pentru cuadripoli (fig.2.1). Parametrii vor fi indexaţi sau după cum tranzistorul este utilizat în conexiunea BC sau EC; de multe ori se noatează . 5. Caracteristica de intrare a tranzistorului în conexiunea BC adică , se deduce din relaţia 2.3, în care se înlocuieşte . Reprezentarea grafică este dată în fig.2.2, unde s-a considerat ca parametru, tensiunea . Se constată caracterul exponenţial al caracteristicii de intrare şi influenţa mică a tensiunii de colector asupra caracteristicii de intrare. Exponentul poate fi afectat de coeficientul , ca la dioda semiconductoare, determinarea lui experimentală făcându-se în acelaşi mod. 6. Caracteristica de transfer este descrisă de ecuaţia (2.4) şi este reprezentată grafic în fig.2.3; factorul de curent , care dă panta acestei drepte, variază foarte puţin cu tensiunea (prin intermediul lui ) şi cu curentul de colector (scădere atât la curenţi mici cât şi la curenţi mari, dependenţă care nu rezultă din traiectoria elementară a tranzistorului). Factorul de curent al tranzistorului în conexiunea bază comună, , se calculează cu relaţia (2.8) dar precizia acestei relaţii este puternic afectată de imprecizia măsurărilor curenţilor şi , de valori foarte apropiate. Pentru măsurarea factorului de curent se preferă relaţia (2.15), după măsurarea factorului de curent în conexiunea EC, . este curentul jonctiunii colector-bază polarizate invers cu emitorul în gol, de valoare foarte mică pentru tranzistoarele realizate din siliciu şi dependent de tensiunea . 7. Caracteristicile de ieşire , sunt determinate de relaţiile (2.4) şi (2.6) şi sunt reprezentate grafic în fig.2.4. Se constată dependenât foarte mică a curentului de colector de tensiunea în regiunea activă normală, caracteristicile fiind practic orizontale şi echidistante, pentru trepte constante ale curentului de emitor (ceea ce conferă tranzistorului în conexiunea BC caracterul de generator de curent). Pentru tensiuni < 0, curentul de colector scade datorită polarizării in conducţie directă şi a jonctiunii colector-bază, ceea ce duce la funcţionarea tranzistorului în regiunea de saturatie. 8. În circuitul elementar din fig.2.5, punctul static de funcţionare se determină prin rezolvarea grafo-analitică a sistemului de ecuaţii (2.9) unde valoarea curentului de emitor este fixată de circuitul de intrare (în lucrare, de către generatorul de curent). În fig.2.4 în planul caracteristicilor statice, se trasează drepte de sarcină şi, pentru , se obţine punctul static de funcţionare cu coordonatele ; pe carcateristica de intrare punctul static de funcţionare este . În punctul static de funcţionare, se pot măsura parametrii pentru caracterizarea functionării tranzistorului la semnale variabile mici, conform relaţiilor : , , (2.10). Parametrii şi se dau şi relaţiile teoretice deduse din ecuaţiile (2.3) şi (2,4) sub forma (2.11) şi (2.12). Parametrul nu poate fi determinat printr-o aceeaşi metodă deoarece variatiile foarte mici ale tensiunii (la variaţii mari ale tensiunii ) sunt afectate de fenomene secundare, cum ar fi modificarea regimului termic al tranzistorului la variaţia tensiunii de colector. 9. Caracteristica de intrare pentru tranzistorul în conexiunea EC, dată de funcţia are ca parametru tensiunea , care intervine, în principal, prin parametrul . Ecuaţia acestei caracteristici se obţine din relatiile (2.1), (2.3) şi (2.4) sub forma : (2.13) şi este reprezentată grafic în fig.2.6. Se constată forma exponenţială a carateristicii, cu o influenţă redusă a tensiunii (prin intermediul variaţiei grosimii efective a bazei, ) şi anularea curentului de bază pentru o valoare diferită de 0 a tensiunii . 10. Caracteristica de transfer este dată de relaţia (2.14) : unde este factorul de curent în conexiune EC a cărui expresie dedusă din relaţiile (2.1) şi (2.4) este : (2.15), iar este curentul de colector măsurat cu baza in gol şi determinat prin relaţia : (2.16) . Factorul de curent al tranzistorului în conexiunea EC depinde de tensiunea colector-emitor (prin intermediul grosimii efective a bazei, ) şi de curentul de colector (această dependenţă este mai puternică decât a factorului de curent ) ca în fig.2.7. Factorul de curent se determină din relaţia (2.14) sub forma (2.17). 11. Caracteristicile de ieşire dau dependenţa curentului de colector de tensiunea având ca parametru curentul de bază, , şi sunt descrise de relaţia (2.14); dependenţa mai puternică a factorului de curent al tranzistorului, , de , determină o inclinare mai puternică a caracteristicilor faţă de orizontală. În zona tensiunilor mici, ecuaţia (2.14) nu mai este valabilă, tranzistorul funcţionând în regiunea de saturaţie. 12. Pentru circuitul elementar din fig.2.9, punctul static de funcţionare se determină prin metoda grafo-analitică de rezolvare a sistemului format din ecuaţiile : (2.18), curentul fiind determinat de circuitul de intrare (in cazul lucrării, prin generator de curent constant). În punctul static de funcţionare, , caracterizat prin parametrii , se pot definii parametrii pentru semnal mic, lent variabil : , , (2.19). La fel ca şi , parametrul nu se poate măsura prin această metodă. Între parametrii în conexiunea EC şi cei în conexiunea BC există următoarele relaţii aproximative : (2.20) , (2.21). 13. În anumite circuite electronice, tranzistorul bipolar poate fi folosit în conexiune inversă prin schimbarea rolurilor terminalelor emitor şi colector. Parametrul ce caracterizează această funcţionare este factorul de curent în conexiune inversă, sau . Cu excepţia unor tranzistoare special construite, factorul de curent , este foarte mic, de obicei, subunitar.
DESFĂŞURAREA LUCRĂRII
1. Se identifică montajul din fig.2.10, în care se foloseşte un circuit ajutător în calitate de generator de curent reglabil din potenţiometrul . Pentru curenţii de bază necesari tanzistorului NPN în conexiune EC se alimentează schema cu +5 V (aproximativ) la borna 2 faţă de borna de masă (borna 1) şi se obţine la borna 3 un curent reglabil (în sensul săgeţii) între 0¸200 mA ; pentru curenţii de emitor necesari aceluiaşi tanzistor NPN în conexiune BC se alimentează schema cu -5V la borna 2 faţă de borna 1 (borna de masă şi se obţine la borna 4 un curent reglabil între 0¸50 mA. 2. Se trasează caracteristica de intrare a tranzistorului în conexiunea BC conform schemei de măsură din fig.2.11. Pentru aceasta, generatorul de curent se va alimenta cu –5 V la borna 2 faţă de borna de masă (borna 1), ieşirea generatorului de curent fiind borna 4. Pentru curentul de emitor se vor lua valorile: 0.1; 0.2; 0.5; 1; 2; 5; 10; 20; 50; mA, iar tensiunea colector-bază va fi de 5 V. Rezultatele se trec în tabelul 2.1 şi se trasează caracteristica de intrare atât la scară liniară cât şi la scară logaritmică (pentru curent) pentru determinarea parametrului ca la dioda semiconductoare. 3. Se trasează cracteristica de transfer folosind schema de măsură din fig.2.12. Întrucât valorile curenţilor şi sunt foarte apropiate, se preferă măsurarea curentului de bază pentru fiecare valoare a curentului de emitor, iar curentul de colector se deduce din relaţia (2.1). tensiunea este de 5 V. Pentru curentul de emitor se vor lua aceleaşi valori ca la punctul precedent. Rezultatele se trec în tabelul 2.2 şi se trasează caracteristic de transfer la scară liniară. Pentru =2 mA, se determină factorul de curent al tranzistorului în conexiunea BC, , cu relaţia (2.8) în care este valoarea curentului de colector obţinut cu emitorul în gol . Se vor compara valorile obţinute pentru şi cu valorile rezultate din relaţiile (2.15) şi (2.16), în care are valoarea determinată în acelaşi punct de funcţionare la punctul 7. 4. Se trasează caracteristicile statice de ieşire în conexiunea BC cu schema de măsură din fig.2.12. Pentru tensiunea de ieşire se vor lua valorile 0.1; 0.5; 1; 2; 5; 10; V, iar curentul de emitor va fi fixat la valorile 2; 4; 6; 8; 10; mA . Rezultatele se trec în tabelul 2.3. Pentru =2 mA, se inversează semnul tensiunii şi se determină valoarea acestei tensiuni pentru care curentul de colector se anulează; măsurătoarea se va face cu atenţie, deoarece anularea curentului de colector se produce la valori mici ale tensiunii colector bază (circa –0.6 ¸ –0.7 V) 5. În planul caracteristicilor ridicate la punctul precedent, se trasează dreapta statică de funcţionare, conform relaţiei (2.9) în care = 3.6 kW şi =12 V şi se determină coordonatele punctului static de funcţionare, ştiind că = 2 mA. Se realizează monttajul elementar din fig.2.5 cu = 3.6 kW şi =12 V şi se măsoară coordonatele punctului static de funcţionare pentru = 2 mA.. Se compară rezultatele obţinute prin cele două metode. În punctul de funcţionare astfel determinat, se calculează parametrul pe caracteristica de intrare, iar parametrii şi se calculează folosind rezultatele din tabelel corespunzătoare, având în vedere dificultatea măsurării unor variaţii foarte mici ale curentului de colector direct pe grafic. Se vor folosi relaţiile (2.10) 6. Se alimentaeză generatorul de curent cu +5 V la borna 2 (faţă de borna 1); se trasează caracteristica de intrare în conexiunea EC, , conform schemei de măsură din fig.2.13 (bornele 1 şi 6 sunt legate împreună iar miliampermetrul se conectează între bornele 3 şi 5); tensiunea se va măsura cu un voltmetru electronic, de preferinţă numeric. Se va măsura tensiunea pentru următoarele valori ale curentului de bază: = 0; 10; 20; 30; 40 şi 50 mA. Întrucât caracteristica de intrare pleacă de la valori negative ale curentului de bază, se vor pune în scurt circuit baza cu emitorul şi se va măsura (schimbând bornele miliampermetrului). Se menţine curentul de bază la valoarea constantă = 50 mA şi se măsoară tensiunea bază-emitor pentru următoarele valori ale tensiunii colector-emitor : 0; 1; 5 şi 10 V. Rezultatele se vor trece în tabelul 2.4. Se va trasa graficul cu =5V, la scară liniară. 7. Se măsoară mărimile necesare pentru ridicarea caracteristicii de transfer, conform schemei de măsură din fig.2.14. Tensiunea colector-emitor va fi = 5 V. Se va nota, mai întâi, valoarea curentului de colector cu baza în gol, . Se va regla apoi curentul de bază pentru a se obţine curenţi de colector de valoare 0.5; 1; 2; 5; 10; 20; 50 mA, rezultatele fiind trecute în tabelul 2.5. În acelaşi tabel, se va trece factorul de curent al tranzistorului, , calculat cu relaţia (2.7). Se măsoară factorul de curent al tranzistorului în conexiunea EC la alte două tensiuni colector-emitor, =1 V şi =10 V. Pentru fiecare dintre aceste valori, se determină, mai întâi (cu baza în gol) şi apoi curentul de bază necesar obţinerii ac eluiaşi curent colector = 2 mA. Se va trasa graficul funcţiei de transfer , la scară liniară. 8. Se determină caracteristicle de ieşire ale tranzistorului în conexiune EC cu parametru , conform schemei de măsură din fig.2.15. Pentru curentul de bază, , se vor lua valorile 10; 20; 30; 40; 50 mA, iar curentul colector se va măsura pentru următoarele valori ale tensiunii colector-emitor care asigură funcţionarea tranzistorului în regiunea activă normală : 0.5; 1; 2; 5; 10 V şi se trasează familia de caracteristici la scară liniară. Se efectuează măsurătorile pentru ridicarea caracteristicilor de ieşire în zona de saturaţie a tranzistorului şi în zona activă normală învecinată, pentru tensiuni mici între colector şi emitor. Se va folosi acelaşi montaj şi se vor considera aceleaşi valori ale curentului de baz㸠iar tensiunea colector-emitor se reglează la valorile 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 şi 0.5 V. Rezultatele se trec în acelaşi tabelul 2.6 şi se va trasa un grafic separat pentru această zonă la o scară convenabilă pentru . 9. Se realizează schema din fig.2.9 pentru determinarea punctului static de funcţionare Se fixează = 12 V şi se reglează curentul de bază până când = 2 mA. Se vor nota coordonatele punctului static de funcţionare ( , , , ). Pe caracteristicile statice de ieşire ale tranzistorului desenate la punctul precedent, se trasează prin interpolare, cu aproximaţie, caracteristica statică corespunzătoare curentului de bază măsurat anterior şi dreapta de sarcină descrisă de ecuaţia (2.18). La intersecţia lor se obţine punctul static de funcţionare ale cărui coordonate trebuie să fie apropiate de cele măsurate. În acest punct static de funcţionare, se vor determina parametrii (pe caracteristica de intrare), (pe caracteristica de transfer), (pe caracteristica de ieşire) conform relaţiilor (2.19). Se vor verifica relaţiile de legătură între parametrii în cele două conexiuni (2.20) şi (2.21), punctele de funcţionare fiind apropiate. 10. Se măsoară factorul de curent al tranzistorului în conexiune inversă, conform schemei de măsură din fig.2.16 şi folosind relaţia , unde este curentul înregistrat de ampermetrul din emitor pentru = 200 mA, iar este curentul înregistrat de acelaşi aparat pentru = 0 (baza în gol). 11. Se vor vizualiza, pe caracterograf, caracteristicile statice de intrare şi de ieşire pentru ambele conexiuni ale tranzistorului. Se vor vizualiza şi deformările caracteristicilor de ieşire la tensiuni de colector apropizte de tensiunea de străpungere, pentru ambele conexiuni. 12. Referatul va conţine: schemele de măsură pentru parametrii şi pentru caracteristicile statice ale tranzistorului în cele două conexiuni, tabelele cu rezultatele măsurătorilor, graficele corespunzătoare şi determinările făcute pe baza acestora aşa cum se indică la modul de lucru; schemele elementare cu tranzistoare pentru determinarea punctelor statcie de funcţionare respective. În cazul unor neconcordante între rezultatele teoretice şi cele experimentale se vor da scurte justificări.
_______________________________________ Reparatii tv ! tel.0729346286
|
|