ΕΙΑΓΩΓΗ ΣΟ ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΣΡΑΝΖΙΣΟΡ ΕΠΑΦΗ ΜΕΡΟ Α: Απαραίτητεσ γνώςεισ Σν ηξαλδίζηνξ είλαη ην ζεκαληηθόηεξν «ελεξγό» ειεθηξνληθό εμάξηεκα. Είλαη κία δηάηαμε ε νπνία κπνξεί ζηελ έμνδν ηεο λα δώζεη ζήκα κεγαιύηεξεο ηζρύνο από απηό πνπ ζα ιάβεη ζηελ είζνδν ηεο, δειαδή λα ην εληζρύζεη. Η επηπξόζζεηε ηζρύο ζα πξνέιζεη από κηα εμσηεξηθή πεγή ηζρύνο (π.ρ. ηξνθνδνηηθό DC). Σν δηπνιηθό Σξαλδίζηνξ Επαθήο (Bipolar Junction Transistor BJT) είλαη κία δηάηαμε εκηαγσγώλ ζηεξεάο θαηάζηαζεο. ην αξρηθό ζηάδην πνπ βξίζθεζηε, ζα βνεζεζείηε ζηελ θαηαλόεζε ηνπ αλ θαληαζηείηε όηη έλα BJT ζηελ νπζία είλαη δπν δίνδνη ελσκέλεο κε θνηλό αθξνδέθηε, όπσο θαίλεηαη ζην ζρ.1. Με βάζε ηελ πξνζέγγηζε απηή, έλα ηξαλδίζηνξ έρεη ηξεηο αθξνδέθηεο: Σελ Βάζε Β (πνπ είλαη ν θνηλόο αθξνδέθηεο), ην εθπνκπό Ε θαη ηνλ ζπιιέθηε C. ρήκα 1. BJT ηξαλδίζηνξ ηύπνπ NPN Αλ νη δίνδνη είλαη ζπλδεδεκέλεο κε ηελ ηνπνινγία πνπ βιέπνπκε ζην ζρ.1 ηόηε ιέκε όηη έρνπλ NPN ηξαλδίζηνξ. Αλ όκσο είλαη ζπλδεδεκέλεο όπσο θαίλεηαη ζην ζρ.2, ηόηε ιέκε όηη έρνπκε PNP ηξαλδίζηνξ. Πξνθαλώο, ζηα πξαγκαηηθά ηξαλδίζηνξ δελ ελώλνπκε δηόδνπο αιιά δεκηνπξγνύκε ζηξώκαηα εκηαγσγώλ ηύπνπ P&N, όπσο ζα θάλακε θαη κε ηηο πξαγκαηηθέο δηόδνπο. ρήκα 2. BJT ηξαλδίζηνξ ηύπνπpnp Γηα λα ιεηηνπξγήζεη έλα BJT, πξνθαλώο ρξεηάδεηαη λα πνισζνύλ νη δίνδνη (ή επαθέο αυηό ηον όρο θα χρηζιμοποιούμε από εδώ και πέρα. Έρνπκε ινηπόλ δύν επαθέο : ηελ επαθή B-E θαη ηελ επαθή B-C). Γηα λα ιεηηνπξγήζεη έλα ηξαλδίζηνξ πξνθαλώο πξέπεη λα πνιώζνπκε ηηο επαθέο B-E & B-C. Θα εμεηάζνπκε ηελ πεξίπησζε ηνπ NPN. Οηηδήπνηε αλαθέξνπκε γηα απηό, ηζρύνπλ αθξηβώο ηα ίδηα θαη γηα ην ΡΝΡ κε κόλε αιιαγή όηη πξέπεη λα αληηζηξέςνπκε ηα πξόζεκα ησλ ηάζεσλ. ΑΚΗΗ 10 ε ~ 1 ~
Γηα λα ζέζεηε έλα ηξαλδίζηνξ ζε θαηάζηαζε ιεηηνπξγίαο (από εδώ και πέρα θα χρηζιμοποιούμε ηον όρο ενεργό περιοχή) ζα πξέπεη λα ζπκάζηε όηη πξέπεη λα ηθαλνπνηνύληαη 3 ζπλζήθεο (ππελζπκίδνπκε πάιη όηη αλαθεξόκαζηε ζε ΝΡΝ ηξαλδίζηνξ) : 1) Σν δπλακηθό ηνπ ζπιιέθηε λα είλαη πςειόηεξν από ην δπλακηθό ηνπ εθπνκπνύ 2) Η επαθή Β-Ε πξέπεη λα είλαη πνισκέλε νξζά θαη ε επαθή Β-C πνισκέλε αλάζηξνθα (ζρ.3a γηα ΝΡΝ, 3b γηα ΡΝΡ). 3) Γηα θάζε ηξαλδίζηνξ ππάξρνπλ ζπγθεθξηκέλεο κέγηζηεο ηηκέο γηα ηα ξεύκαηα Ι C & I B θαζώο θαη γηα ηελ ηάζε VCE, ηηο νπνίεο δελ πξέπεη λα ππεξβνύκε. ρήκα 3.Πόισζε BJT ηξαλδίζηνξ ηύπνπ PNP Αλ ηθαλνπνηνύληαη νη παξαπάλσ ζπλζήθεο ηόηε ην ηξαλδίζηνξ ιεηηνπξγεί ζηελ ελεξγό πεξηνρή θαη ην ξεύκα ηνπ ζπιιέθηε είλαη αλάινγν (θαη πνιύ κεγαιύηεξν) από ην ξεύκα ηεο βάζεο. Ο ιόγνο κεηαμύ ηνπ ξεύκαηνο ζπιιέθηε (κέγεζνο εμόδνπ) θαη ηνπ ξεύκαηνο βάζεο (κέγεζνο εηζόδνπ) νλνκάδεηαη απνιαβή ξεύκαηνο θαη ζπκβνιίδεηαη κε β (ζπλήζεηο ηηκέο γύξσ ζην 200 ζα ζπλαληήζεηε θαη ηξαλδίζηνξ κε β=30 αιιά θαη β=600). Ιζρύεη ινηπόλ (1) ην ζεκείν απηό δώζηε κεγάιε πξνζνρή. Πνηα είλαη ε πξαθηηθή εθαξκνγή ηεο παξαπάλσ ζρέζεο: ηελ ελεξγό πεξηνρή, έλα κηθξό ξεύκα, ην ξεύκα ηεο βάζεο, «ειέγρεη» έλα πνιύ κεγαιύηεξν ξεύκα, ην ξεύκα ζπιιέθηε. Αλ ζέινπκε λα απεηθνλίζνπκε ην ηη ζπκβαίλεη ζην εζσηεξηθό ηνπ ηξαλδίζηνξ, κε έλαλ «δηαζθεδαζηηθό» ηξόπν, δείηε ην ζρ.4. ΑΚΗΗ 10 ε ~ 2 ~
ρήκα 4. «Φαληαζηηθή» αλαπαξάζηαζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ ηξαλδίζηνξ ζηελ ελεξγό πεξηνρή: Ο θνο Σξαλδίζηνξ παξαθνινπζεί ην αζζελέο ξεύκα βάζεο θαη ξπζκίδεη αλάινγα ην ηζρπξό ξεύκα ζπιιέθηε, πξνζέρνληαο πάληα λα ηζρύεη ε ζρέζε (1). Παξαηεξήζηε όηη ην β έρεη αληηθαηαζηαζεί από ηελ παξάκεηξν h FE : δελ αιιάδεη ηίπνηα από όζα πξναλαθέξακε, είλαη απιά κηα ελαιιαθηηθή δηαηύπσζε. Ιζρύεη θπζηθά β=h FE ΜΕΡΟ B: Πορεία Εργαςίασ ΕΡΓΑΙΑ Α : Εξομοίωζη πειπαμαηικού κςκλώμαηορ 1. Να ζρεδηαζηεί ζην πξόγξακκα εμνκνίσζεο ΣΙΝΑ ην παξαθάησ θύθισκα 2. Να ιεθζνύλ κεηξήζεηο πξνθεηκέλνπ λα ζπκπιεξσζνύλ νη πίλαθεο 1 & 2 3. Να ππνινγηζηεί ε ηηκή ηεο V CE ΕΡΓΑΙΑ Β: Μεηπήζειρ ζηο διπολικό transistor ςζσέηιζη πεύμαηορ ζςλλέκηη με ηο πεύμα βάζηρ ζηην ενεπγή πεπιοσή και ζηην πεπιοσή κόπος. Πποζδιοπιζμόρ β. ΑΚΗΗ 10 ε ~ 3 ~
1. Να γίλεη αλαγλώξηζε ηνπ θπθιώκαηνο ζην νπνίν ζα ιεθζνύλ νη κεηξήζεηο, θαζώο θαη ησλ αθξνδεθηώλ ηνπ transistor. 2. Μεηξήζηε κε ρξήζε σκνκέηξνπ ηηο ηηκέο ησλ αληηζηάζεσλ R B θαη R C. R B = R C = 3. Σνπνζεηήζηε δπν ακπεξόκεηξα ζην θύθισκα: έλα γηα ηελ κέηξεζε ηνπ ξεύκαηνο βάζεο (I B ) κε ηελ θιίκαθα ζηα 200κΑ, θαη ην δεύηεξν γηα ηελ κέηξεζε ηνπ ξεύκαηνο ζπιιέθηε (I C ) κε ηελ θιίκαθα ζηα 20mΑ. 4. Ρπζκίζηε ηε πόισζε V CC ζηα +9V. 5. Απμάλνληαο πξννδεπηηθά ηελ πόισζε V ΒΒ, αθνύ πεηύρεηε ξεύκαηα βάζεο κε ηηκέο παξαπιήζηεο απηώλ πνπ αλαγξάθνληαη ζηνλ πίλαθα 1 κεηξήζηε θαη ην αληίζηνηρν ξεύκα ζπιιέθηε. 6. Να γίλεη ε γξαθηθή παξάζηαζε I C I B θαη αθνύ ζρνιηαζηεί λα ππνινγηζηεί ε IC ηηκή ηεο παξακέηξνπ β ηνπ transistor ζύκθσλα κε ηελ ζρέζε:, γηα IB θάζε δεύγνο ηηκώλ (I C,I B ). 7. Ρπζκίζηε ηε πόισζε V CC ζηα +5V. 8. Απμάλνληαο πξννδεπηηθά ηελ πόισζε V ΒΒ, αθνύ πεηύρεηε ξεύκαηα βάζεο κε ηηκέο παξαπιήζηεο απηώλ πνπ αλαγξάθνληαη ζηνλ πίλαθα 2 κεηξήζηε θαη ην αληίζηνηρν ξεύκα ζπιιέθηε. 9. Γηα θάζε δεύγνο ηηκώλ (I C,I B ) ππνινγίζηε ηελ ηάζε ζπιιέθηε εθπνκπνύv CE, ζύκθσλα κε ηελ ζρέζε: VCE VCC IC R C θαη θαηαρσξήζηε ηηο ηηκέο ζηελ αληίζηνηρε ζηήιε ηνπ πίλαθα 2. 10. Να ππνινγηζηεί ε ηηκή ηεο παξακέηξνπ β ηνπ transistor, γηα θάζε δεύγνο ηηκώλ (I C,I B ) θαη λα θαηαρσξήζεηε ηηο ηηκέο ζηελ αληίζηνηρε ζηήιε ηνπ πίλαθα 2. 11. Να γίλεη ε γξαθηθή παξάζηαζε I C I B Πίνακαρ 1 V CC = +9V I B (μα) I C (ma) 1 5 10 15 20 30 40 50 60 70 ΑΚΗΗ 10 ε ~ 4 ~
Πίνακαρ 2 V CC = +5V I B (μα) I C (ma) V CE (V) 1 3 7 12 18 25 35 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 β ac 12. ρνιηάζηε ηελ κνξθή ηνπο θαη λα δηαηππώζεηε ζπκπεξάζκαηα ζρεηηθά κε ηελ πεξηνρή ιεηηνπξγίαο ηνπ transistor. 13. πγθξίλεηε ηα απνηειέζκαηα πνπ ιάβαηε από ηελ εμνκνίσζε κε ηηο πεηξακαηηθέο κεηξήζεηο ΑΚΗΗ 10 ε ~ 5 ~