Badanie tranzystorów bipolarnych

5/7/2018 Badanie tranzystorów bipolarnych - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/badanie-tranzystorow-bipolarnych 1/10

1

POLITECHNIKA LSKA

WYDZIAŁ INYNIERII RODOWISKA I ENERGETYKIINSTYTUT MASZYN I URZDZE ENERGETYCZNYCH

LABORATORIUM ELEKTRYCZNE

Badanie tranzystorów bipolarnych.

(E – 8)

www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape

Opracował: Dr in. Włodzimierz OGULEWICZ

Sprawdził: Dr in. Włodzimierz OGULEWICZ

Zatwierdził: Dr hab. in. Janusz KOTOWICZ



2

1. Cel wiczenia.

Celem wiczenia jest wyznaczenie charakterystyk statycznych tranzystorów

bipolarnych oraz ich parametrów hybrydowych, a tak e zaznajomienie si z

metodyk i aparatur uywan do bada tranzystorów.

2. Wprowadzenie.

2.1. Tranzystor BJT. Okre1enia i pojcia podstawowe.

Tranzystor bipolarny BJT (ang. Bipolar Junction Transistor ) jest przyrz dem

półprzewodnikowym posiadaj cym dwa zł cza PN, wytworzone w jednej płytce

półprzewodnika niesamoistnego. Moliwe jest dwojakie uszeregowanie obszarów

o rónym typie przewodnictwa: PNP lub PNP, daj ce dwa typy tranzystorów.

Właciwoci tranzystora opisuj rodziny jego charakterystyk statycznych.Charakterystyki statyczne s to krzywe przedstawiaj ce zalenoci midzy

pr dami i napiciami stałymi lub wolnozmiennymi wystpuj cymi na wejciu i

wyjciu tranzystora. Charakterystyki te podaje si najczciej dla tranzystora w układzie wspólnego emitera WE (OE) rzadziej w układzie wspólnej bazy (OB).

2.2. Układy pracy tranzystora BJT

Tranzystor BJT jako element o trzech elektrodach (E,B,C) moe pracowa w

trzech podstawowych konfiguracjach. Zalenie od tego, na której z elektrodutrzymuje si stały potencjał (zasilania lub masy) lub inaczej w zalenoci od

tego, która elektroda jest elektrod wspóln dla wejcia i wyjcia sygnału –

rozróniamy:

1.Układ ze wspólnym emiterem OE (WE) – najczciej stosowany.2.Układ ze wspóln baz OB (WB) – stosowany w układach b.w.cz.

3.Układ ze wspólnym kolektorem OC (WC) – stosowany w układach

wejciowych, nazywany bardzo czsto wtórnikiem emiterowym.

2.3. Charakterystyki statyczne tranzystora BJT

Tranzystor BJT pracuj cy w dowolnym układzie OE, OB lub OC

charakteryzuj pr dy przez niego płyn ce i napicia na jego elektrodach.

UCE

UBE

IB

IC

IE

UCE

UBE

IB

IC

IE

NPN PNP

Rys.1. Symbole i polaryzacja tranzystorów bipolarnych.



3

Mona okreli cztery rodziny charakterystyk statycznych tranzystora:

• wejciow Iwe = f (Uwe, Uwy = idem)

• przejciow Iwy = f (Iwe, Uwy = idem)

• wyjciow Iwy = f (Uwy, Iwe = idem)

• zwrotn Uwe = f (Uwy, Iwe = idem)

W przypadku układu OE otrzymamy charakterystyki:

• wejciow IB = f (UBE, UCE = idem)

• przejciow IC = f (IB, UCE = idem)

• wyjciow IC = f (UCE, IB = idem)

• zwrotn UBE = f (UCE, IB = idem)

Wszystkie wymienione rodziny charakterystyk mona przedstawi na jednym

rysunku „ze zł czonym osiami” (rys.2.).

2.4. Parametry hybrydowe tranzystora BJT w układzie OE.Do tworzenia schematów zastpczych tranzystorów bipolarnych konieczna

jest znajomo parametrów hybrydowych układu równa czwórnikowych.

UCE = 20V

UCE = 20V

UCE = 10V

UCE = 10V

IB = 1µA

IB = 300µA

IB = 100µA

IB = 100µA

IB = 300µA

IB = 200µA

IB = 0µAIB

IC

UBE

UCE

V

µA

mA

0,8

0,6

0,4

0,2

300 200 100

40

30

20

10

30V20V10V

cha-ki wejciowe

cha-ki wyjciowecha-ki przejciowe

cha-ki zwrotne

Rys.2. Rodziny charakterystyk statycznych tranzystora BJT w układzie OE.



4

Czwórnik przedstawiony na rys.3. opisany jest zalenoci ( 1 ). Z zalenoci

( 1 ) wyznaczane s parametry hybrydowe ( h11, h12, h21, h22 ) umoliwiaj ce

stworzenie schematu zastpczego tranzystora bipolarnego rys.4.

( 1 )

Zakładaj c UCE = 0 (zwarcie wyjcia) wyznaczamy:

• h11 = UBE ////IB – zwarciow impedancj wejciow ≈≈≈≈ rwe = rbe

• h21 = IC ////IB – zwarciowy współczynnik wzmocnienia pr dowego ≈≈≈≈ ββββ

Zakładaj c IB = 0 (przerwa na wejciu – rozwarcie) wyznaczamy:

• h22 = IC ////UCE – rozwarciow admitancj wyjciow ≈≈≈≈ 1/rwy = gce

• h12 = UBE ////UCE – rozwarciowy współczynnik napiciowego sprzenia

zwrotnego

U1

I2

U2

I1

2

2’1’

1

h11 h12

h21 h22

U1

I2

I1

U2 =

U1=h11⋅⋅⋅⋅I1+h12 ⋅⋅⋅⋅U2

I2=h21⋅⋅⋅⋅I1+h22 ⋅⋅⋅⋅U2

UCE

UBE

IB IC

IEE

B

C

UBE = h11⋅⋅⋅⋅IB + h12 ⋅⋅⋅⋅UCE

IC = h21⋅⋅⋅⋅IB + h22 ⋅⋅⋅⋅UCE

U 2 = U w y = U C E

I1=Iwe=IB

EB

U1

EC

R RC

I2 = −−−−Iwy

h11

h12 ⋅⋅⋅⋅U2

h21⋅⋅⋅⋅I1

h22

=>

Rys.4. Schemat zastpczy hybrydowy tranzystora BJT w układzie OE.

Rys.3. Tranzystor BJT w układzie OE przedstawiony jako czwórnik.



5

2.5. Wyznaczanie parametrów hybrydowych z charakterystykstatycznych tranzystora BJT.

Sposób wyznaczania parametrów hybrydowych (przyrostowych,

róniczkowych) na podstawie danych (np. pomierzonych) charakterystyk

statycznych tranzystora przedstawia rys.5.

3. Badania i pomiary.

3.1. Okrelenie wielkoci mierzonych.

Przeprowadzane badania maj na celu wyznaczenie podstawowych

charakterystyk statycznych i parametrów hybrydowych tranzystorów bipolarnych.

Badane s tranzystory redniej i duej mocy (BC313 lub BC211 i BDY25).

3.2. Schematy układu pomiarowego do wyznaczania

charakterystyk statycznych.

Charakterystyki statyczne tranzystorów bipolarnych wyznacza si w układzie

pomiarowym, którego schemat przedstawiono na rysunku 6.

∆UBE

∆IC

∆IB ∆UCE

UCE = 10V

UCE = 10V

IB = 200µµµµA

IB = 200µµµµA

IB

IC

UBE

UCE

V

µµµµA

mA

0,8

0,6

0,4

0,2

300 200 100

40

30

20

10

30V20V10V

h21=∆IC /∆IB h22=∆IC /∆UCE

h12=∆UBE /∆UCEh11=∆UBE /∆IB

Rys.5. Wyznaczanie parametrów hybrydowych z charakterystyk statycznych

tranzystora BJT w układzie OE.



6

W przedstawionym układzie mona wyznaczy wszystkie charakterystyki

tranzystora (wyjciow , wejciow , przejciow i zwrotn ). Zasadniczo w

prezentowanym wiczeniu wyznaczamy charakterystyk wyjciow IC = f (UCE,IB = idem) dla trzech, czterech wartoci pr du bazy i charakterystyk wejciow IB = f (UBE, UCE = idem) dla dwóch, trzech wartoci napi kolektor-emiter

(zgodnie z poleceniem prowadz cego zajcia).Sposób wyznaczania poszczególnych charakterystyk wynika bezporednio z

ich definicji. Podczas pomiarów nie naley przekracza dopuszczalnych wartoci

pr dów, napi oraz mocy badanego tranzystora podanych w katalogu. Naley

zwraca baczn uwag, aby badany tranzystor nie nagrzewał si nadmiernie

podczas pomiarów. Przegrzanie tranzystora moe by przyczyn duych błdów

pomiarowych a nawet doprowadzi do jego uszkodzenia (szczególnie dotyczy to

wyznaczania charakterystyk wyj ciowych).

3.3. Wyznaczanie parametrów hybrydowych tranzystorow.Mierniki parametrów tranzystorów bipolarnych s fabrycznie produkowanymi

przyrz dami pomiarowymi. Przed uyciem tych mierników naley zapozna si z instrukcj ich obsługi. W wiczeniu wykorzystywany jest tester

tranzystorów P561. Płyt czołow testera przedstawia rysunek 7. Pomiary parametrów hybrydowych tranzystora (h11, h12, h21, h22)

przeprowadzane s w układzie wspólnego emitera, w funkcji pr du kolektora IC

przy stałym napiciu kolektor-emiter UCE. Badany tranzystor podł czony jest do

zacisków E, B, C testera.

3.4. Sposób obsługi testera P561.

A. Przed wł czeniem zasilania naley:

• wybra właciwy dla danego tranzystora sposób polaryzacji – przycisk

NPN lub PNP (sprawd typ tranzystora w katalogu i ustaw przeł cznik

zgodnie z oznaczeniem katalogowym),

• pokrtło regulacji napicia kolektor-emiter UCE ustawi w lewym skrajnym

połoeniu,

• pokrtła (dwa) regulacji pr du bazy IB dolne (zgrubne – skokowe) i górne

(dokładne – płynne) ustawi w lewym skrajnym połoeniu,• wcisn klawisz pomiaru napicia kolektor-emiter UCE i klawisz zakresu

3V,

RCRBC

ICIB

VUCE

UBE IE

B

E

V

A A

Z a s i l a c z

Z a s i l a c z

Rys.6. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych.



7

• na przeł czniku klawiszowym zakresów pr du kolektora IC wcisn klawisz 100mA,

• wcisn klawisz h21 pomiaru parametrów hybrydowych tranzystora,

• przeł cznik zakresów pomiarowych parametrów tranzystora ustawi wprawym skrajnym połoeniu.

B. Wł czy zasilanie testera – przycisk MAINS.

C. Wybieranie punktów pracy tranzystora (prowadzenie pomiarów).

• ustaw (podane przez prowadz cego zajcia) napicie kolektor-emiter UCE

wciskaj c odpowiedni klawisz zakresu (przewanie 10V) i pokrcaj c

pokrtło regulacji napicia UCE do momentu uzyskania na skali miernika

TEST POINT właciwej (zadanej) wartoci. Raz ustawiona warto napicia UCE do koca pomiarów ma pozosta stała.

• przeł cz miernik TEST POINT na pomiar pr du kolektora – wciskaj c

klawisz IC.

• ustawiaj na mierniku TEST POINT kolejne wartoci pr du kolektora IC (podane przez prowadz cego zajcia) wybieraj c właciwy zakres pomiaru

pr du kolektora (0,3, 1, 3, 10, 30 lub 100mA) i ustawiaj c zadan warto pokrtłem górnym regulacji pr du bazy IB – regulacja płynna (dokładna)

i/lub w razie potrzeby pokrtłem dolnym regulacji pr du bazy IB –

regulacja skokowa (zgrubna).

• po ustawieniu pierwszej i kadej nastpnej wartoci pr du kolektora IC

odczytaj warto mierzonego parametru (w tym przypadku h21) na skali

miernika PARAMETER. Przeł cznik zakresów pomiarowych parametrów

ustaw na takim zakresie, eby wskazówka miernika PARAMETERznajdowała si w przedziale pomidzy 75% a 100% skali miernika. Zwró

szczególn uwag na aktualny zakres miernika PARAMETER, który

µµµµA

TRANSISTOR TESTER P561

TEST POINT PARAMETER

MAINS

kΩΩΩΩ

µµµµS

V/V

A/A 3000 1000

300

300

30 100

100 10

10

30

10 30

3010 100 300

300

100 UCEIB

UCE

IC

10

30

10-4 10-2 10-3 3.10-4 3.10-3 3.10-2

0,1 0,3

1

1

3

3

3

3 10

10 3 30 100

V

E S

B C

30 0,3 100 NPN PNP

mA

h11

h12

h21

h22

ICE0

ICB0

IEB0

mA µµµµA 17

9

0

32 60 0,11

0,5

5

1,1

0,24

1

1

nA

Rys.7. Płyta czołowa testera P 561.



8

naley odczyta z tabeli na płycie czołowej w miejscu bd cym naprzeciciu si linii poziomej wyznaczonej przez wcinity klawiszparametru (w tym przypadku h21 ) i linii pionowej wyznaczonej przez

wystp na przeł czniku zakresów pomiarowych parametru.

• po zakoczeniu pomiarów pierwszego parametru (h21) oba pokrtłaregulacji pr du bazy IB naley KONIECZNIE skr do lewego skrajnego

połoenia (na warto minimaln ) – sprawd temperatur obudowytranzystora!

• zmie mierzony parametr na kolejny – h22 i postpuj analogicznie jak przy

poprzednim pomiarze, nastpnie dokonaj pomiarów parametru h11 i na

kocu h12.

3.5. Przebieg wiczenia.

1. Zaznajomi si z danymi katalogowymi badanych tranzystorów.

Zanotowa wartoci dopuszczalne: pr du kolektora – ICmax, napicia

kolektor-emiter – UCemax, pr du bazy - IBmax, napicia baza-emiter –UBemax, mocy admisyjnej – Pmax.

2. Wyznaczy rodzin charakterystyk statycznych (wyjciowych iwejciowych) dwóch tranzystorów mocy (BDY25) w układzie OE.

3. Wyznaczy parametry hybrydowe dwóch tranzystorów redniej mocy

(BC313 i BC211).4. Wyniki pomiarów zanotowa w tabelach otrzymanych od prowadz cego

zajcia.

5. Opracowanie wyników pomiarów.1. Wykreli charakterystyki wyjciowe dwu tranzystorów mocy (BDY25)

(obie rodziny charakterystyk na jednym wykresie ró ne od siebie

kolorem i/lub charakterem linii i/lub opisem).

2. Wykreli charakterystyki wejciowe dwu tranzystorów mocy (BDY25)

(obie rodziny charakterystyk na jednym wykresie ró ne od siebie

kolorem i/lub charakterem linii i/lub opisem).

3. Wykreli zalenoci parametrów hybrydowych w funkcji pr du

kolektora tranzystora BC313 (wszystkie parametry na jednym wykresie

odznaczone kolorem i/lub charakterem linii i opisem. Konieczne cztery

osie rzdnych, o odcitych musi by wykre lona w skali

logarytmicznej).

4. Wykreli zalenoci parametrów hybrydowych w funkcji pr du

kolektora tranzystora BC211 (wszystkie parametry na jednym wykresie

odznaczone kolorem i/lub charakterem linii i opisem. Konieczne cztery

osie rzdnych, o odcitych musi by wykre lona w skali

logarytmicznej).

5. Korzystaj c z wykrelonych charakterystyk statycznych okreli w

trzech punktach (dla ró nych parametrów charakterystyk mierzonych) parametry hybrydowe badanych tranzystorów mocy.



9

6. Sprawozdanie.

Sprawozdanie powinno zawiera:

1. Stron tytułow (nazw wiczenia, numer sekcji, nazwiska i imiona

wicz cych oraz dat wykonania wiczenia).

2. Wymienione uprzednio dane katalogowe badanych tranzystorów.3. Schemat układu pomiarowego.4. Tabele wyników pomiarowych ze wszystkich stanowisk.5. Wykresy wymienionych uprzednio charakterystyk.6. Okrelone w p.11.5. parametry hybrydowe tranzystorów mocy.7. Uwagi i wnioski (dotycz ce przebiegu charakterystyk, ich odst pstw

od przebiegów teoretycznych, rozbie no ci wyników na ró nych

stanowiskach itp.).

Wszelkie prawa zastrzeone

ZAŁ CZNIK 1. Tabela wyników pomiarowych.

UCE IC UCE IC UCE IC UCE IC UCE IC

V mA V mA V mA V mA V mA

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

1,3 1,3 1,3 1,3 1,3

2,0 2,0 2,0 2,0 2,05,0 5,0 5,0 5,0 5,0

10,0 10,0 10,0 10,0 10,0

Pomiar charakterystyk wyjciowych Oznaczenie tranzystora:

IB = .................µµµµA IB = .................µµµµA IB = .................µµµµAIB = .................µµµµA IB = .................µµµµA



10


UBE IB UBE IB UBE IB UBE IB UBE IB

V µµµµA V µµµµA V µµµµA V µµµµA V µµµµA

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

1,1 1,1 1,1 1,1 1,1

Oznaczenie tranzystora:Pomiar charakterystyk wejciowych

UCE = .................V UCE = .................VUCE = .................V UCE = .................V UCE = .................V


UCE = V. V. UCE = V. V. UCE = V. V. UCE = V. V.

IC h21 h21 IC h22 h22 IC h11 h11 IC h12 h12

mA mA/mA mA/mA mA µµµµS µµµµS mA kΩΩΩΩ kΩΩΩΩ mA V/V V/V

0,04 0,04 0,04 0,04

0,10 0,10 0,10 0,10

0,25 0,25 0,25 0,25

0,40 0,40 0,40 0,40

1,00 1,00 1,00 1,00

2,50 2,50 2,50 2,50

4,00 4,00 4,00 4,00

10,00 10,00 10,00 10,00

25,00 25,00 25,00 25,00

40,00 40,00 40,00 40,00

Pomiar parametrów hybrydowych w funkcji pr du kolektora Oznaczenie tranzystora:

Badanie tranzystorów bipolarnych

Documents

Transcript of Badanie tranzystorów bipolarnych