Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z elektroniky

Transcript

1 Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Praktikum z elektroniky Zpracoval: Marek Talába a Petr Bílek Naměřeno: Obor: F Ročník: III Semestr: VI Testováno: Úloha č. 1: Určenie štvorpólových parametrov tranzistoru z charakteristík a zo zmien napätí a prúdov Úlohy a.) Namerajte závislost I b = f(u be ) pre niekol ko pevných hodnôt napätia U ce. b.) Namerajte závislost I c = f(u ce ) pre niekol ko stálych hodnôt I b. Stanovte zbytkové kolektorového prúdy I ce0 a I co0. c.) Graficky vyznačte závislost kolektorového prúdu I c = f(i b ) pre jednu pevnú hodnotu napätia U ce, závislost I b = f(u be ) a I c = f(u ce ). Z grafov d alej stanovte: Prúdový zosilňovací činitel h 21 pre niekol ko hodnôt kolektorového prúdu Vstupný odpor tranzistoru h 11 pre niekol ko hodnôt kolektorového prúdu Vstupnú vodivost h 22 pre niekol ko hodnôt prúdu báz. d.) Dynamickou metódou určite parametre h 11 h 21 a y 21 tranzistoru. e.) Graficky vyjadrite závislost h 21 = f(i c ) a h 21 = f(u ce ). Pomôcky V tomto praktiku sme používali nasledujúce pomôcky: jednosmerný zdroj napätia, potenciometer, multimetre, germániový bipolárny tranzistor, generátor, vodiče, kondenzátory, odpory, voltmetre. Jenotlivé pomôcky môžeme taktiež vidiet na obrázku 1. Teória Tranzistor je polovodičová súčiastka, ktorá je tvorená dvojicou PN prechodov. Jeho základnou schopnost ou je zosilňovanie. Malé zmeny napätia alebo prúdu na vstupe môžu vyvolat vel ké zmeny napätia alebo prúdu na výstupe. Táto schopnost vzniká pri priepustne polarizovanom prechode bázaemitor a záverne polarizovanom prechode báza-kolektor. Podl a princípu činnosti sa tranzistory delia na bipolárne, ktoré sú riadené prúdom tečúcim do bázy a unipolárne, ktoré sú riadené napätím na riadiacej elektróde. Každý tranzistor má najmenej tri elektródy. U bipolárneho tranzistoru sa označujú ako kolektor, báza a emitor, u tranzistoru unipolárneho ako drain, gate a source. Podl a usporiadania použitých polovodičov typu P alebo N sa rozlišujú dva typy bipolárnych tranzistorov: NPN a PNP, kde prostredné písmeno odpovedá bázy. V konkrétnych zapojeniach je vždy jedna z elektród tranzistoru spoločná vstupnému aj výstupnému obvodu a tranzistor môžeme považovat za dvojbran.

2 Obr azek 1: Pomˆocky. Obr azek 2: Sch ema zapojenia. Pre vyjadrenie n ızkofrenvenˇcn ych vlastnost ı tranzistoru sa najˇcastejˇsie pouˇz ıvaj u h parametre, ktor e maj u nasleduj uci v yznam: h11 = u1 i1 pri u2 = 0 je vstupn y odpor pri v ystupe do skratu, h12 = u1 u2 pri i1 = 0 je sp atn y prenos nap atia pri vstupe napr azdno, h21 = i2 i1 pri u2 = 0 je pr udov y prenos pri vystupe nakr atko, h22 = i2 u2 pri i1 = 0 je v ystupn a vodivost pri vstupe napr azdno. Podobne pre vyjadrenie vysokofrekvenˇcn ych vlastnost ı sa ˇcasto pouˇz ıvaj u y parametre, ktor ych v yznam je podobn y. Napr ıklad parameter y11 predstavuje vstupn u vodivost pri v ystupe do skratu, parameter y21 je strmost pri u2 = 0. Viacej o vlastnostiach tranzistoru a princ ıpe merania jeho charakterist ık sa mˆ oˇzeme doˇc ıtat v [1] alebo [2]. Vypracovanie Pri prv ych meraniach sme pouˇzili zapojenie, ktor e mˆoˇzeme vidiet na obr azku Najprv budeme merat z avislost Ib = f (Ube ) pre tri pevn e hodnoty kolektorov eho nap atia Uce. B azov y pr ud sme zvyˇsovali do hodnoty 100µA. Poˇcas merania sme museli d avat pozor, aby n am kolektorov y pr ud nepresiahl hranicu 15µA. Prv e dve hodnoty b azov eho pr udu n am vyˇsli z aporn e, ˇco 2

3 je spôsobené tým, že germániový tranzistor je závislý na teplote, takže má vysoký zostatkový prúd. Namerané data nakoniec vynesieme do grafu. U ce = 1 V U ce = 2.5 V U ce = 5 V č. merania U be [V] I b [µa] U be [V] I b [µa] U be [V] I b [µa] 1 0,037 1,47 0,049 1,03 0,044 1,57 2 0,054 0,47 0,083-2,1 0,062 0,26 3 0, ,098-5,25 0,081-1,56 4 0,075-1,16 0,113-9,83 0,099-5,33 5 0,09-3,51 0,125-15,56 0,113-10,13 6 0,099-5,49 0,132-20,32 0,124-15,62 7 0,106-7,56 0,138-24,45 0,132-20,6 8 0,115-10,65 0,143-29,81 0,137-25,49 9 0,12-13,03 0,148-34,79 0,142-30, ,125-15,8 0,152-39,54 0,147-36, ,129-18,39 0,155-45,25 0,149-40, ,133-20,93 0,158-50,04 0,152-45, ,138-24,93 0,161-55,15 0,154-50, ,143-29,81 0,163-59,56 0,156-55, ,148-34,7 0,166-65,51 0,158-60, ,152-40,12 0,168-70,95 0,159-65, ,156-45,21 0,169-75,28 0,16-70, ,159-49,93 0,171-80,16 0,161-76, ,162-55,06 0,173-85,41 0,162-80,6 20 0,166-60,76 0,174-90,86 0,163-85,7 21 0,168-65,37 0,175-94, ,17-70, ,173-75, ,175-80, ,177-86, ,179-92, ,181-95,93 Obrázek 3: Zapojenie tranzistoru. 3

4 Obrázek 4: Závislost bázového prúdu na bázovom napätí 2. Ďalej budeme merat závislost I c = f(u ce ) pre tri pevné hodnoty bázového prúdu I b. Namerané data znovu vynesieme do grafu, ktorý môžeme vidiet na nasledujúcej strane. I b = 20µA I b = 40µA I b = 60µA č. merania U ce [V] I c [ma] U ce [V] I c [ma] U ce [V] I c [ma] Ďalej zistíme hodnoty zostatkového prúdu I ce0 a I co0 pre dve rôzne hodnoty kolektorového napätia. U ce = 1V I ce0 = 26, 17µA U ce = 2V I ce0 = 27, 14µA U ce = 1V I co0 = 27, 16µA U ce = 1.5V I co0 = 27, 78µA 4

5 Obrázek 5: Závislost kolektorového prúdu na kolektorovom napätí 4. Ďalej vynesieme závislost I c = f(i b ) pre dve rôzne hodnoty kolektorového napätia, ktorú môžeme vidiet na nasledujúcej strane. U ce = 1 V U ce = 2.5 V č. merania I b [µa] I c [µa] I b [µa] I c [µa] 1 1, ,8 110,85 2 2,9 190,94 2,1 167,83 3 4,4 264,42 4,7 298,11 4 6,3 360,64 7,3 437,2 5 10, Z nami nameraných závislostí teraz určíme parametre h 21 h 11 a h 22. U ce [V ] h 21 δh 21 rel.chyba 1, U ce [V ] h 11 δh 11 rel.chyba 1,

6 Obrázek 6: Závislost kolektorového prúdu na bázovom prúde I b [µa] h 22 [10 5 ] δh 22 [10 5 ] rel.chyba V d alších častiach úlohy použijeme dynamickú metódu na stanovenie parametrov tranzistoru. Zapojenie tranzistoru pri dynamickej metóde môžeme vidiet na obrázku 7. Obrázek 7: Zapojenie tranzistoru pri dynamickej metóde. 6

7 Dynamickou metódou určíme parametre h 11 h 21 a y 21 tranzistoru. Podrobný popis na ich určenie môžeme nájst napríklad v [1], preto v tomto praktiku uvedieme len výsledky. R 2 = 100Ω, R 3 = 100kΩ, f = 1kHz Ako prvý určíme parameter h 21 zo vzt ahu: h 21 = ic i b = u 2 R 2 R 3 u 0 = 312, 5 č. merania U ce [mv ] I c [ma] U 0 [mv ] h 11 = 9, 58kΩ Nakoniec určíme parameter y 21 z nameraných parametrov h 11 a h 21 pomocou vzt ahu: y 21 = h 21 h 11 = 0, Ako posledné vyjadríme závislost h 21 = f(i c ).Závislost h 21 = f(u ce ) do grafu vynášat nebudeme, pretože pri nami nameraných hodnotách by sme v grafe dostali jeden bod. Obrázek 8: Závislost prúdoveého zosil novacieho činitel a na kolektorovom prúde 7

8 Záver V tomto praktiku sme určovali štvorpólové parametre tranzistoru. Pri meraní sa nevyskytli žiadne problémy. Reference [1] Z. Ondráček: Praktikum z elektroniky. Masarykova univerzita, Brno, ISBN [2] J. Doleček: Moderní učebnice elektroniky 2: Polovodičové prvky a elektronky. Vydavatel stvo BEN, Praha, ISBN