Typ UCE0 (V) IC (A) PCmax (W)

Transkript

1 REDL 3.EB 11 1/13 1.ZADÁNÍ Změřte statické charakteristiky tranzistoru K605 v zapojení se společným emitorem a) Změřte výstupní charakteristiky naprázdno C =f( CE ) pro B =1, 2, 4, 6, 8, 10, 15mA do CE =10V b) Změřte vstupní charakteristiky nakrátko B =f( BE ) pro CE =0,5; 1,5V c) Graficky znázorněte průběh všech charakteristik. Statický parametr převodní charakteristiky, zpětnou charakteristiku volte tak, aby odpovídali pracovnímu bodu tranzistoru jako zesilovače ve třídě A d) rčete h parametry v tomto pracovním bodě 2.POPS MĚŘENÉHO PŘEDMĚT Měřeným předmětem byl v tomto případě výkonový tranzistor v kovovém pouzdře. Mezní hodnoty tranzistoru jsou uvedeny v tabulce: Typ CE0 (V) C (A) P Cmax (W) K CE0 maximální napětí mezi kolektorem a emitorem C maximální kolektorový proud P Cmax maximální výkon tranzistoru 3.TEORETCKÝ ROZBOR 3.1 ROZBOR PŘEDPOKLÁDANÝCH VLASTNOSTÍ MĚŘENÉHO PŘEDMĚT Tranzistor je třívrstvá polovodičová součástka, která má dva přechody PN. P znamená, polovodič s nevlastní pozitivní vodivostí, tj. že elektrický proud vodí díry. N je polovodič s nevlastí zápornou vodivostí, tj. že elektrický proud vodí elektrony. Nepoužívá se zde vlastní vodivosti polovodičů, protože polovodiče o vlastní vodivosti začínají vodit až při vyšších teplotách okolo 350K což je přibližně 77 C. Jedná se o výkonový tranzistor což znamená, že je určen pro velké výkony. To pro jaké výkony je tranzistor určen je udáno výrobcem. Tyto tranzistory je zapotřebí chladit pomocí pasivního chlazení. Pro lepší odvod tepla. Schématická značka výkonového tranzistoru, nám říká že kolektor je propojen s kovovým pouzdrem, kvůli lepšímu odvodu tepla. Jedná se o bipolární tranzistor typu NPN. Bipolární tranzistory jsou řízeny proudem báze. Proudem báze zde určujeme jak bude tranzistor otevřen a jaký proud poteče kolektorem tranzistoru. Z tohoto hlediska je velmi důležitý parametr tranzistoru h 21 proudový zesilovací činitel, který nám udává poměr mezi proudem, který teče kolektorem, a proudem, který teče do báze. Jednoduše řečeno nám udává kolikrát větší je kolektorový proud než proud tekoucí do báze. Vzhledem k tomu, že tranzistor je polovodičová součástka je velice teplotně závislá. Odpor polovodiče klesá se se zvětšující se teplotou. Což je pro měření velmi důležité.

2 REDL 3.EB 11 2/ ROZBOR MĚŘÍCÍ METODY K měření výstupních i vstupních charakteristik potřebujeme dva zdroje. Tranzistor je zapojen v zapojení se společným emitorem. Do báze tranzistoru připojujeme ještě ochranný rezistor pro omezení proudu, abychom tranzistor nezničili. Pro měření výstupních charakteristik zapojíme do báze ampérmetr, abychom mohli správně nastavit proud do báze tranzistoru. Tento ampérmetr zapojujeme do série s ochranným rezistorem v případě, že bychom ho zapojili paralelné, zkratovali bychom ochranný rezistor. Mezi kolektor a emitor tranzistoru a zdroj připojíme voltmetr a ampérmetr. Tyto přístroje zapojíme tak, aby tvořili Ohmovu metodu v zapojení pro malé odpory vůči kolektoru a editoru tranzistoru. této metody nastává chyba, způsobená zapojením měřících přístrojů. Voltmetrem měříme úbytek napětí, který je mezi kolektorem a emitorem tranzistoru. Ampérmetrem však měříme součet proudu, který teče do kolektoru tranzistoru, a proudu, který teče voltmetrem. Z tohoto důvodu je zapotřebí provést korekci změřeného proudu podle vztahu: K R V kde K je korigovaný proud, je proud změřený ampérmetrem, je napětí změřené voltmetrem a R V je vnitřní odpor voltmetru. Tato chyba bude nejmenší dokud bude tranzistor plně otevřen. Odpor polovodiče bude tak malý, že tuto chybu budeme moci zanedbat. Pro měření vstupních charakteristik zapojíme mezi kolektor a emitor voltmetr abychom mohli nastavit požadované napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru. Do báze zapojíme do série s ochranným rezistorem opět ampérmetr a voltmetr zapojíme mezi bázi a emitor tranzistoru. Při takovémto zapojení tvoří voltmetr a ampérmetr vůči bázi a emitoru Ohmovu metodu pro měření malých odporů. Při této metodě dochází k chybě, způsobené zapojením měřících přístrojů. Voltmetrem měříme napětí mezi bází a emitorem. Ampérmetrem však měříme součet proudu, který teče do báze tranzistoru, a proudu, který teče voltmetrem. Z tohoto důvodu musíme provést korekci změřeného proudu podle vztahu: K R V kde K je korigovaný proud, je proud změřený ampérmetrem, je napětí změřené voltmetrem a R V je vnitřní odpor voltmetru. Při měření je zapotřebí dávat pozor, abyste nepřekročili mezní hodnoty tranzistoru a nedošlo tak k jeho zničení.

3 REDL 3.EB 11 3/13 4.SCHÉMA ZAPOJENÍ Schéma č.1 Zapojení pro měření výstupních charakteristik tranzistoru R B T 2 1 Schéma č.2 Zapojení pro měření vstupních charakteristik tranzistoru R B T regulovatelný zdroj 2 regulovatelný zdroj R B ochranný rezistor A 1 číslicový ampérmetr A 2 číslicový ampérmetr V 1 číslicový voltmetr V 2 číslicový voltmetr T měřený tranzistor

4 REDL 3.EB 11 4/13 5.POSTP MĚŘENÍ a) Z katalogu zjistěte mezní parametry měřeného tranzistoru a při měření je v žádném případě nepřekročte b) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č.1 c) Regulovatelným zdrojem 1 nastavte na ampérmetru A 1 požadovaný proud do báze tranzistoru. Vzhledem k tepelné závislosti polovodiče měřte od největší hodnoty proudu po nejmenší. d) Regulovatelným zdrojem 2 nastavte požadované napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru. Měřte od největší hodnoty napětí po nejmenší. e) Přečtěte údaj z voltmetru V 2 a zapište jej do tabulky f) Přečtete údaj z ampérmetru A 2 a zapište jej do tabulky g) Pokračujte pro další hodnotu napětí od bodu d). Pokud jste již změřili všechny požadovaná napětí pokračujte následujícím bodem h) Pokračujte pro další hodnotu proudu do báze od bodu c). Pokud jste již změřili všechny požadované proudy do báze pokračujte následujícím bodem i) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č.2 j) Regulovatelným zdrojem 2 nastavte na voltmetru V 2 požadované napětí mezi kolektorem a emitorem. Měřte od největšího napětí po nejmenší. k) Regulovatelným zdrojem 1 nastavte na voltmetru V 1 požadované napětí mezi bází a emitorem. Měřte od největšího napětí po nejmenší. l) Přečtěte údaj z voltmetru V 1 a zapište jej do tabulky m) Přečtěte údaj z ampérmetru A 2 a zapište jej do tabulky n) Pokračujte pro další hodnotu napětí od bodu k). Pokud jste již změřili všechna požadovaná napětí pokračujte následujícím bodem o) Pokračujte pro další hodnotu napětí od bodu j) 6.TABLKY NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT Tab. č.1 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru K605 při B =15mA CE (V) 0 0,03 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 C (ma) 0 58,8 73,4 129,5 219,2 312,5 345,6 K (ma) 0 58,8 73,4 129,5 219,2 312,5 345,6 CE (V) 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 C (ma) 435,1 489,1 544,6 550,2 552,4 554,5 556,6 K (ma) 435,1 489,1 544,6 550,2 552,4 554,5 556,6 CE (V) 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 C (ma) 559,5 562,9 566,3 569,3 575, ,5 K (ma) 559,5 562,9 566,3 596,3 575, ,5 CE (V) C (ma) 597,1 615,2 645, K (ma) 597,1 615,2 645,

5 REDL 3.EB 11 5/13 Tab. č.2 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru K605 při B =10mA CE (V) 0 0,03 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 C (ma) 0 32,6 60,1 101,4 148, ,4 K (ma) 0 32,6 60,1 101,4 148, ,4 CE (V) 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 C (ma) 295,4 330,8 350,1 351,8 353,3 354,3 355,4 K (ma) 295,4 330,8 350,1 351,8 353,3 354,3 355,4 CE (V) 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 C (ma) ,6 360, ,6 365,3 367,3 K (ma) ,6 360, ,6 365,3 367,3 CE (V) C (ma) 372,1 380,1 390,4 410, K (ma) 372,1 380,1 390,4 410, Tab. č.3 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru K605 při B =8mA CE (V) 0 0,015 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 C (ma) 0 6,9 47,7 85,7 112,4 163,7 196,5 K (ma) 0 6,9 47,7 85,7 112,4 163,7 196,5 CE (V) 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 C (ma) 225, ,9 275,4 276,1 276,8 277,5 K (ma) 225, ,9 275,4 276,1 276,8 277,5 CE (V) 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 C (ma) 278, ,5 281,3 282,4 284,6 286 K (ma) 278, ,3 282,4 284,6 286 CE (V) C (ma) 289, ,1 311, K (ma) 289, ,1 311, Tab. č.4 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru K605 při B =6mA CE (V) 0,015 0,04 0,06 0,08 0,1 0,11 0,15 C (ma) 4,2 29,3 57,2 94,1 193, ,8 K (ma) 4,2 29,3 57,2 94,1 193, ,8 CE (V) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 C (ma) ,2 198,9 199,3 199, ,4 K (ma) ,2 198,9 199,3 199, ,4 CE (V) 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 2 C (ma) 200,7 201,1 201,5 201,9 202,3 203,7 205,6 K (ma) 200,7 201,1 201,5 201,6 202,3 203,7 205,6 CE (V) C (ma) 208, , K (ma) 208, ,

6 REDL 3.EB 11 6/13 Tab. č.5 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru K605 při B =4mA CE (V) 0,05 0,06 0,08 0,1 0,13 0,2 0,3 C (ma) 26,4 40, ,5 100,5 120,9 124 K (ma) 26,4 40, ,5 100,5 120,9 124 CE (V) 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 C (ma) 124,4 124,5 124,7 124,9 125,1 125,3 125,5 K (ma) 124,4 124,5 124,7 124,9 125,1 125,3 125,5 CE (V) 1,3 1, C (ma) ,4 127,2 128,3 130,3 132, K (ma) ,4 127,2 128,3 130,3 132, Tab. č.6 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru K605 při B =2mA CE (V) 0,03 0,05 0,06 0,08 0,1 0,11 0,13 C (ma) 5,62 12,69 19,52 27,84 37,09 40,5 46,51 K (ma) 5,62 12,69 19,52 27,84 37,09 40,5 46,51 CE (V) 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 C (ma) 50,42 55,56 56,94 57,11 57,16 57,22 57,27 K (ma) 50,42 55,56 56,94 57,11 57,16 57,22 57,27 CE (V) 0,8 0,9 1,1 1,3 1,5 2 3 C (ma) 57,34 57,38 57,5 57,63 57,74 57,97 58,32 K (ma) 57,34 57,38 57,5 57,63 57,74 57,97 58,32 CE (V) C (ma) 58,8 59, K (ma) 58,8 59, Tab. č.7 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru K605 při B =1mA CE (V) 0,05 0,06 0,08 0,11 0,13 0,2 0,3 C (ma) 5,81 8,3 12,4 18,37 21,2 25,71 26,25 K (ma) 5,81 8,3 12,4 18,37 21,2 25,71 26,25 CE (V) 0, C (ma) 26,32 26,41 26,51 26,61 26,75 26, K (ma) 26,32 26,41 26,51 26,61 26,75 26, Tab. č.8 Měření vstupní charakteristiky tranzistoru K605 při CE =1,5V BE (mv) B (ma) 0-0,019-0,101-0,132-0,193-0,255-0,378 K (ma) 0-0,019-0,101-0,132-0,193-0,255-0,378 BE (mv) B (ma) -0,503-0,692-0,961-1,307-1,782-2,444-3,278 K (ma) -0,503-0,692-0,961-1,307-1,782-2,444-3,278 BE (mv) B (ma) -4,31-5,888-7,513-9,831-12,60-15, K (ma) -4,31-5,888-7,513-9,831-12,60-15,

7 REDL 3.EB 11 7/13 Tab. č.9 Měření vstupní charakteristiky tranzistoru K605 při CE =0,5V BE (mv) B (ma) 0-0,026-0,142-0,275-0,365-0,507-0,677 K (ma) 0-0,026-0,142-0,275-0,365-0,507-0,677 BE (mv) B (ma) -0,942-1,284-1,736-2,387-3,192-4,173-5,543 K (ma) -0,942-1,284-1,736-2,387-3,192-4,173-5,543 BE (mv) B (ma) -7,155-9,136-11,69-15, K (ma) -7,155-9,136-11,69-15, Tab. č.10 Vypočtené parametry h v pracovním bodě CE =5V Parametr h h 11 h 12 h 21 h 22 Hodnota 111,67 0,447 35,5 42,6 Jednotka ms CE napětí mezi kolektorem a emitorem BE napětí mezi bází a emitorem C proud tekoucí do kolektoru B proud tekoucí do báze K korigovaný proud h 11 vstupní odpor tranzistoru h 12 zpětný napěťový přenos h 21 proudový zesilovací činitel h 22 výstupní vodivost 7.VÝPOČTY Výpočet korigovaného proudu: K R V Například: K R V 59, , ma Výpočet parametru h 11 : h 11 BE B

8 REDL 3.EB 11 8/13 například: h 11 BE B 0, ,67 Výpočet parametru h 12 : h 12 BE CE například: h 12 BE CE 0,670 1,5 0,447 výpočet parametru h 21 : h 21 C B například: h 21 C B ,5 Výpočet parametru h 22 : h 22 C CE například: h 22 C CE ,6mS 8.GRAFY Výstupní charakteristiky tranzistoru K605 viz. str.:10 Vstupní charakteristiky tranzistoru K605 viz. str.:11 Převodní charakteristika tranzistoru K605 viz. str.:12 Zpětná charakteristika tranzistoru K605 viz. str.:13

9 REDL 3.EB 11 9/13 9.SEZNAM MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Označení Název a typ přístroje Výrobní číslo 1 regulovatelný zdroj Station TYP regulovatelný zdroj Station TYP V 1 digitální voltmetr METEX ME-32 EJ V 2 digitální voltmetr METEX ME-32 EJ A 1 digitální ampérmetr METEX ME-32 EJ A 2 digitální ampérmetr GDM-8145 C T měřený tranzistor R B ochranný rezistor ZÁVĚR Naším úkolem bylo změřit vstupní a výstupní charakteristiky. Z teoretického rozboru vyplývá, že tranzistor je součástka velmi závislá na teplotě. Z tohoto důvodu jsme měřili vždy od největší hodnoty po nejmenší a co nejrychleji, z důvodu, aby byla teplota na tranzistoru co nejstálejší. Měření výstupních charakteristik proběhlo téměř bez problémů. Z grafu výstupních charakteristiky vyplývá, že při proudu do báze B =15mA, jsme neměřili dostatečně rychle na to, aby se teplota příliš nezměnila. A charakteristika při tomto proudu je trochu deformována. Při měření ostatních proudů do báze se tento problém podařilo eliminovat a charakteristiky mají správný tvar. měření vstupních charakteristik nastal problém, že vstupní charakteristiky při obou parametrech CE leží téměř na sobě. převodní charakteristiky nenastal žádný problém a vypadá téměř jako přímka, pouze na počátku je trochu zaoblená.

10 REDL 3.EB 11 10/13 VÝSTPNÍ CHARAKTERSTKY TRANZSTOR K B =15mA 600 C (ma) B =10mA 300 B =8mA B =6mA B =4mA B =2mA B =1mA CE (V)

11 REDL 3.EB 11 11/13 B (ma) VSTPNÍ CHARAKTERSTKY TRANZSTOR K CE =1,5V CE =0,5V BE (mv) -800

12 REDL 3.EB 11 12/13 PŘEVODNÍ CHARAKTERSTKA TRANZSTOR K605 V PRACOVNÍM BODĚ CE =5V C (ma) B (ma)

13 REDL 3.EB 11 13/13 ZPĚTNÁ CHARAKTERSTKA TRANZSTOR K605 CE (V) 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1, BE (mv)