Cwiczenie 5

AB04 Laboratorium Informatyki Technicznej WI PB

1

WYDZIAŁ INFORMATYKI POLITECHNIKI BIAŁOSTOCKIEJ

Do uŜytku wewnętrznego

INFORMATOR LABORATORYJNY

PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI

(Studia stacjonarne I stopnia, kierunek Informatyka)

Ćwiczenie nr 5

Właściwości tranzystora npn w układzie WE

Opracował:

dr inŜ. Wiktor Jakowluk

Białystok, 10.02.2012 r.


2

Sprawozdanie powinno zawierać na pierwszej stronie od góry tabelę według wzoru:

Wydział Informatyki Katedra Mediów Cyfrowych i Grafiki Komputerowej Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Data:

Ćwiczenie nr 5 Temat: Właściwości tranzystora npn w układzie WE Grupa nr Zespół nr 1. nazwisko i imię studenta 2. ... 3. ...

Prowadzący: Ocena:

Sprawozdanie, w którym dokumentuje się wszystkie wyniki, zamieszcza wnioski oraz

odpowiedzi na postawione w instrukcji pytania problemowe, powinno zawierać następujące

elementy:

• ogólna teoria dotycząca zagadnień rozpatrywanych w trakcie ćwiczenia

(podstawowe wzory, parametry, dane, schematy ideowe lub blokowe itp.);

• obliczenia wstępne i projektowe (podać całość obliczeń z ewentualnymi

komentarzami);

• wyniki obserwacji i pomiarów (schemat pomiarowy, schemat ideowy badanego

układu, wyniki w postaci tabel, wykresy, obliczenia, przebiegi, odpowiedzi na

zagadnienia, porównania, wnioski itp.).


3

Właściwości tranzystora npn w układzie wspólnego emitera

Moduł laboratoryjny AB04

Spis treści

1. Wstęp 4 2. Teoria 4 3. Część praktyczna 6 4. Zadanie nr 1 6

Badanie właściwości tranzystora npn w układzie wspólnego emitera. Wyznaczanie rezystancji wejściowej, wyjściowej oraz wzmocnienia prądowego

5. Karta katalogowa 11


4

Wstęp

AB04 jest kompaktowym, gotowym do uŜycia modułem laboratoryjnym do badania właściwości tranzystora bipolarnego. Moduł jest przeznaczony do obserwacji charakterystyk tranzystora npn w układzie wspólnego emitera oraz wyznaczania rezystancji wejściowej, wyjściowej oraz wzmocnienia prądowego.

Teoria

Charakterystyki tranzystora to krzywe, które przedstawiają zaleŜność pomiędzy prądami i napięciami pomiędzy zaciskami tranzystora. Charakterystyki te są wykorzystywane do wyznaczania wzmocnienia, rezystancji oraz stanu pracy tranzystora w obwodzie. Istotnymi charakterystykami tranzystora są:

1. charakterystyka wejściowa, 2. charakterystyka wyjściowa, 3. charakterystyka przejściowa.

Charakterystyka wejściowa:

W układzie wspólnego emitera jest to krzywa przedstawiająca zaleŜność pomiędzy prądem bazy (IB) a napięciem wejściowym (VBE) przy róŜnych stałych wartościach napięcia wyjściowego (VCE).

Aproksymacja charakterystyki wejściowej przedstawiona jest na rysunku 1. MoŜna zauwaŜyć, iŜ dla stałej wartości napięcia wyjściowego VCE wraz ze wzrostem napięcia pomiędzy bazą a emiterem prąd bazy wzrasta, przypominając charakterystykę prądowo-napięciową diody półprzewodnikowej.

Rysunek 1


5

Charakterystyka wyj ściowa:

Jest to krzywa przedstawiająca zaleŜność pomiędzy prądem kolektora IC a napięciem wyjściowym (kolektor-emiter) VCE dla róŜnych stałych wartości prądu bazy IB. W charakterystyce wyjściowej wyróŜnić moŜna trzy podstawowe stany pracy tranzystora przedstawione na rysunku 2: stan pracy aktywnej, stan zatkania oraz stan nasycenia.

W stanie pracy aktywnej złącze kolektor-baza jest spolaryzowane w kierunku zaporowym, natomiast złącze baza-emiter – w kierunku przewodzenia. Obszar ten jest wykorzystywany we wzmacniaczu liniowym (bez zniekształceń) i charakteryzuje się proporcjonalną zaleŜnością między prądem bazy tranzystora a prądem kolektora.

W stanie zatkania oba złącza tranzystora kolektor-baza i baza-emiter są spolaryzowane w kierunku zaporowym. W tym obszarze tranzystor działa jak wyłączony wyłącznik.

W stanie nasycenia oba złącza tranzystora kolektor-baza i baza-emiter są spolaryzowane w kierunku przewodzenia. W tym obszarze tranzystor działa jak włączony wyłącznik.

Rysunek 2

Charakterystyka przejściowa:

Jest to krzywa przedstawiająca zaleŜność pomiędzy wyjściowym prądem kolektora IC a wejściowym prądem bazy IB przy stałej wartości napięcia wyjściowego VCE tranzystora. Aproksymacja tej charakterystyki przedstawiona jest na rysunku 3.

Rysunek 3


6

Zadanie 1

Cel:

Badanie właściwości tranzystora npn w układzie wspólnego emitera. Wyznaczyć:

1. rezystancję wejściową, 2. rezystancję wyjściową, 3. wzmocnienie prądowe.

Wymagane wyposaŜenie stanowiska laboratoryjnego:

1. Moduł analogowy AB04. 2. Źródło napięcia stałego +12 V, +5 V lub ST2612 Analog Lab. 3. Multimetr cyfrowy (3 sztuki). 4. Przewody połączeniowe o przekroju 2 mm2.

Schemat obwodu:

Obwód wykorzystywany do wyznaczania charakterystyk tranzystora przedstawiono na rysunku 4.

Rysunek 4


7

Realizacja zadania:

Zaciski wskazane na schemacie zastępczym obwodu zasilić napięciem stałym o wartości +5V i +12 V z zewnętrznego źródła napięcia lub wykorzystać moduł ST2612 Analog Lab. W celu wyznaczenia charakterystyki wejściowej tranzystora naleŜy: 1. Obrócić maksymalnie potencjometry P1 i P2 zgodnie z ruchem wskazówek zegara. 2. Podłączyć amperomierz pomiędzy punkty pomiarowe 2 i 3, zmierzyć prąd wejściowy

bazy IB (µA). 3. Połączyć przewodem punkty pomiarowe 4 i 5. 4. W celu pomiaru wartości napięcia wejściowego VBE, włączyć woltomierz pomiędzy punkt

pomiarowy 1 oraz masę. W celu pomiaru wartości napięcia wyjściowego VCE, włączyć kolejny woltomierz pomiędzy punkt pomiarowy 6 oraz masę.

5. Włączyć zasilanie. 6. Zwiększać potencjometrem P2 wartość napięcia wyjściowego VCE, ustawiając zadane

wartości napięcia (1 V, 3 V, …). 7. Regulować potencjometrem P1, zwiększając skokowo wartość napięcia wejściowego VBE

od 0 V do 0,8 V, mierząc odpowiadające mu wartości prądu wejściowego IB, dla róŜnych stałych wartości napięcia wyjściowego VCE. Wyniki zestawić w tabeli 1.

8. Obrócić maksymalnie potencjometr P1 zgodnie z ruchem wskazówek zegara. 9. Powtórzyć postępowanie od punktu 6 dla róŜnych wartości napięcia wyjściowego VCE. 10. Na podstawie danych zestawionych w tabeli 1 wykreślić krzywą zaleŜności pomiędzy

napięciem wejściowym VBE a prądem bazy IB tranzystora, w sposób przedstawiony na rysunku 1. Otrzymana krzywa jest charakterystyką wejściową tranzystora pracującego w układzie wspólnego emitera.

Tabela 1

Numer pomiaru

Napięcie wejściowe VBE

Prąd wejściowy IB (µA) przy stałej wartości napięcia wyjściowego

VCE = 1 V VCE = 3 V VCE = 5 V 1. 0,0 V 2. 0,1 V 3. 0,2 V 4. 0,3 V 5. 0,4 V 6. 0,5 V 7. 0,6 V 8. 0,7 V 9. 0,8 V


8

W celu wyznaczenia charakterystyki wyjściowej tranzystora naleŜy:

1. Wyłączyć zasilanie. 2. Obrócić maksymalnie potencjometry P1 i P2 zgodnie z ruchem wskazówek zegara. 3. Podłączyć woltomierz pomiędzy punkt pomiarowy 6 oraz masę. Zmierzyć napięcie

wyjściowe tranzystora VCE. 4. W celu pomiaru prądu bazy IB (µA) naleŜy włączyć amperomierz pomiędzy punkty

pomiarowe 2 i 3. W celu pomiaru prądu wyjściowego IC (mA) naleŜy włączyć kolejny amperomierz pomiędzy punkty pomiarowe 4 i 5.

5. Włączyć zasilanie. 6. Regulować potencjometrem P1 wartość prądu wejściowego IB, przyjmując zadane

wartości prądu bazy (0 µA, 10 µA, … , 100 µA). 7. Regulować potencjometrem P2, zwiększając skokowo wartość napięcia wyjściowego VCE

od 0 V do wartości maksymalnej, dokonać pomiaru odpowiadających wartości prądu wyjściowego IC dla róŜnych stałych wartości prądu wejściowego IB. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli 2.

8. Obrócić maksymalnie potencjometr P2 zgodnie z ruchem wskazówek zegara. 9. Powtórzyć postępowanie od punktu 6 dla róŜnych wartości prądu wejściowego IB. 10. Na podstawie danych zestawionych w tabeli 2 wykreślić krzywą zaleŜności pomiędzy

napięciem wyjściowym VCE a prądem wyjściowym IC, w sposób przedstawiony na rysunku 2. Otrzymana krzywa jest charakterystyką wyjściową tranzystora pracującego w układzie wspólnego emitera.

Tabela 2

Numer pomiaru

Napięcie wyjściowe

VCE

Prąd wyjściowy IC (mA) przy stałej wartości prądu wejściowego

IB = 0 µA IB = 10 µA IB = 20 µA IB = 30 µA IB = 40 µA 1. 0,0 V 2. 0,5 V 3. 1,0 V 4. 2,0 V 5. 3,0 V 6. 4,0 V 7. 5,0 V 8. 6,0 V 9. 7,0 V 10. 8,0 V


9

W celu wyznaczenia charakterystyki przejściowej tranzystora naleŜy:

1. Wyłączyć zasilanie. 2. Obrócić maksymalnie potencjometry P1 i P2 zgodnie z ruchem wskazówek zegara. 3. Podłączyć woltomierz pomiędzy punkt pomiarowy 6 oraz masę. Zmierzyć napięcie

wyjściowe tranzystora VCE. 4. W celu pomiaru prądu bazy IB (µA) naleŜy włączyć amperomierz pomiędzy punkty

pomiarowe 2 i 3. W celu pomiaru prądu wyjściowy IC (mA) naleŜy włączyć kolejny amperomierz pomiędzy punkty pomiarowe 4 i 5.

5. Włączyć zasilanie. 6. Potencjometrem P2 ustawić wartość napięcia wyjściowego VCE na maksimum. 7. Regulować potencjometrem P1, zwiększając skokowo wartość prądu wejściowego IB od 0

A do 100 µA, mierząc odpowiadające im wartości prądu wyjściowego IC. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli 3.

8. Na podstawie danych zestawionych w tabeli 3 wykreślić krzywą zaleŜności pomiędzy prądem wyjściowym IC a prądem wejściowym IB w sposób przedstawiony na rysunku 3. Otrzymana krzywa jest charakterystyką przejściową tranzystora pracującego w układzie wspólnego emitera.

Tabela 3

Numer pomiaru

Prąd wejściowy IB (µA)

Prąd wyjściowy IC (mA) przy stałym napięciu wyjściowym

VCE = maksimum 1. 0,0 µA 2. 10,0 µA 3. 20,0 µA 4. 30,0 µA 5. 40,0 µA 6. 50,0 µA 7. 60,0 µA 8. 70,0 µA 9. 80,0 µA 10. 90,0 µA 11. 100,0 µA


10

Obliczenia:

1. Rezystancja wejściowa: jest to iloraz przyrostu napięcia wejściowego VBE do przyrostu prądu wejściowego IB przy stałej wartości napięcia wyjściowego VCE. MoŜe być równieŜ interpretowana jako odwrotność nachylenia charakterystyki wejściowej.

W celu wyznaczenia rezystancji wejściowej naleŜy określić nachylenie charakterystyki wejściowej uzyskanej na podstawie wyników pomiarów zestawionych w tabeli 1. Odwrotność nachylenia charakterystyki wejściowej określa wartość rezystancji wejściowej.

2. Rezystancja wyjściowa: jest to iloraz przyrostu napięcia wyjściowego VCE do przyrostu prądu wyjściowego IC przy stałej wartości prądu wejściowego.

W celu wyznaczenia rezystancji wyjściowej naleŜy określić nachylenie charakterystyki wyjściowej uzyskanej na podstawie wyników pomiarów zestawionych w tabeli 2. Odwrotność nachylenia charakterystyki wyjściowej określa wartość rezystancji wyjściowej.

3. Wzmocnienie prądowe: jest to iloraz przyrostu prądu wyjściowego IC do przyrostu prądu wejściowego IB przy stałej wartości napięcia wyjściowego VCE. Wzmocnienie prądowe

jest oznaczane jako βDC.

W celu wyznaczenia wzmocnienia prądowego określamy nachylenie charakterystyki przejściowej, prądu stałego, uzyskanej na podstawie wyników pomiarów zestawionych w tabeli 3. Nachylenie charakterystyki przejściowej określa wzmocnienie prądowe tranzystora pracującego w układzie wspólnego emitera.

Wyniki:

Rezystancja wejściowa Rwe = _____________

Rezystancja wyjściowa Rwy = ____________

Wzmocnienie prądowe βDC = _____________


11

Karta katalogowa


12

Cwiczenie 5

Documents

Transcript of Cwiczenie 5