2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě nízkofrekvenční nevýkonový tranzistor KC 639. Mezní hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Transkript

1 RIEDL 3.EB 10 1/11 1.ZADÁNÍ a) Změřte statické hybridní charakteristiky tranzistoru KC 639 v zapojení se společným emitorem (při měření nesmí dojít k překročení mezních hodnot). 1) Výstupní charakteristiky na krátko pro I B =5, 10, 20, 30, 40, 50 A, I C =f(u CE ) 2) Vstupní charakteristiky nakrátko pro U CE =1; 1,5V, I B =f(u BE ) b) Graficky znázorněte průběh vstupní, výstupní a převodní charakteristiky. Statický parametr volte tak, aby odpovídal pracovnímu bodu tranzistoru, jako zesilovače ve třídě A. c) Určete H parametry v tomto pracovním bodě. 2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě nízkofrekvenční nevýkonový tranzistor KC 639. Mezní hodnoty jsou uvedeny v tabulce: Označení U CE (V) I C (A) P C (mw) KC U CE maximální napětí mezi kolektorem a emitorem I C maximální proud do kolektoru P C maximální výkon do kolektoru 3.TEORETICKÝ ROZBOR 3.1 ROZBOR PŘEDPOKLÁDANÝCH VLASTNOSTÍ MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Tranzistor je polovodičová součástka, která má dva přechody PN. P značí polovodič, který má nevlastní vodivost, ve které jsou majoritními nosiči náboje díry. Polovodič s nevlastní vodivostí typu P vzniká tak, že do vlastního polovodiče například do křemíku přidáme trojmocný prvek například indium. Indium vytvoří vazbu se čtyřmocným křemíkem a v této struktuře volná díra díky tomu, že atom india se spojí pouze se třemi atomy křemíku a mezi čtvrtým atomem křemíku a atomem india vazba nevznikne. Polovodič typu N je nevlastní polovodič, ve kterém jsou majoritními nosiči náboje volné elektrony. Tento typ polovodiče vzniká tak, že do polovodiče s vlastní vodivostí přidáme pětimocný prvek například fosfor. Atom fosforu se spojí se čtyřmi okolními atomy vlastního polovodiče a vytvoří s nimi vazbu, ale protože fosfor je pětimocný prvek, tak mu ještě jeden elektron přebývá a stačí velmi malá energie, aby se tento elektron od fosforu odpojil a stal se tak volným nosičem náboje. Rozlišujeme dva základní typy bipolárních tranzistorů a jsou to: PNP a NPN. Toto rozlišení určuje jakým způsobem jsou uspořádány jednotlivé typy vodivostí polovodiče v tranzistoru. Každý z těchto dvou typů tranzistorů se také jinak zapojuje do obvodu a mají i jinou schématickou značku. Tyto tranzistory jsou řízeny proudem přivedeným do báze. Jedním z hlavních parametrů tranzistoru je proudový zesilovací činitel. Je to poměr proudu, který teče do kolektoru, a proudu, který teče do báze daného tranzistoru, a udává

2 RIEDL 3.EB 10 2/11 tedy, jak velký proud poteče kolektorem tranzistoru při daném proudu, který teče do báze tranzistoru. Měřený tranzistor je typu PNP, což vyplývá i z jeho zapojení do obvodu. Při měření tranzistoru je velmi důležité brát odhled na to, že polovodiče jsou velmi závislé na teplotě (se zvětšující se teplotou odpor polovodiče klesá), a proto musíme zajistit během měření pokud možno konstantní teplotu. Toto z části zajistíme tím, že budeme měřit od nejvyšší hodnoty po hodnotu nejnižší. 3.2 ROZBOR MĚŘÍCÍ METODY K výstupních i vstupních charakteristik tranzistoru využijeme dva zdroje. Při měření výstupních charakteristik jedním zdrojem nastavujeme proud, který teče do báze, a tím i proud, který teče do kolektoru, protože tento proud závisí na velikosti proudového zesilovacího činitele. Druhým zdrojem nastavujeme napětí mezi kolektorem a emitorem a proud, který teče do kolektoru. Ampérmetr a voltmetr zapojíme tedy vůči kolektoru a emitoru jako ohmovu metodu pro měření malých odporů. U této metody musíme brát ohled na chybu metody, která vzniká tak, že ampérmetrem měříme součet proudu, který protéká tranzistorem, a proudu, který protéká voltmetrem. Abychom tuto chybu eliminovali musíme provést korekci změřeného proudu podle vztahu: I K =I-U/R V kde I K je korigovaný proud, I je proud změřený ampérmetrem, U je napětí změřené voltmetrem a R V je vnitřní odpor voltmetru. Při měření vstupní charakteristiky nastavujeme jedním zdrojem konstantní napětí mezi kolektorem a emitorem. Druhým zdrojem nastavujeme napětí mezi bází a emitorem a měříme protékající proud. Ampérmetr a voltmetr zapojujeme vůči bázi a emitoru jako ohmovu metodu pro malé odpory. U této metody dochází k chybě, která je způsobena tím, že ampérmetrem měříme součet proudu, který protéká tranzistorem, a proudu, který teče voltmetrem. Proto musíme provést stejnou korekci jako při měření výstupních charakteristik. Při měření vstupních i výstupních charakteristik musíme před bázi připojit ještě ochranný rezistor, který nám zajistí, že tranzistor nezničíme tím, že do něj pustíme příliš velký proud. 4.SCHÉMA ZAPOJENÍ Schéma č.1 Zapojení pro měření výstupních charakteristik tranzistoru

3 RIEDL 3.EB 10 3/11 Schéma č.2 Zapojení pro měření vstupních charakteristik tranzistoru U B regulovatelný zdroj U C regulovatelný zdroj A 1 číslicový ampérmetr A 2 číslicový ampérmetr V 1 číslicový voltmetr V 2 číslicový voltmetr Tr měřený tranzistor R B ochranný rezistor 5.POSTUP MĚŘENÍ a) Zjistěte mezní parametry tranzistoru a při měření je nepřekročte b) Zapojte přístroje podle schématu č.1 c) Regulovatelným zdrojem U B nastavte požadovaný proud do báze tranzistoru. Začněte měřit od největší hodnoty proudu po hodnotu nejmenší d) Regulovatelným zdrojem U C nastavte požadované napětí mezi kolektorem a emitorem. Měřte od největší hodnoty napětí po hodnotu nejmenší e) Přečtěte hodnotu z voltmetru a zapište ji do tabulky f) Přečtěte hodnotu z ampérmetru A 2 a zapište ji do tabulky g) Pokračujte od bodu d). Pokud jste již změřili všechny potřebné hodnoty napětí a proudu pokračujte od bodu c). Pokud jste již změřili hodnoty napětí a proudů pro všechny požadované proudy do báze pokračujte následujícím bodem h) Zapojte přístroje podle schématu č.2 i) Regulovatelným zdrojem U C nastavte požadované napětí mezi kolektorem a emitorem. Měřte od největší hodnoty napětí po hodnotu nejmenší j) Regulovatelným zdrojem U B nastavte požadované napětí mezi bází a emitorem. Měřte od největší hodnoty po hodnotu nejmenší k) Přečtěte hodnotu z voltmetru V 1 a zapište ji do tabulky l) Přečtěte hodnotu z ampérmetru a zapište ji do tabulky m) Pokračujte od bodu j). Pokud jste již změřili všechny požadované hodnoty napětí a proudů pokračujte od bodu i)

4 RIEDL 3.EB 10 4/11 6.TABULKY NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT Tab. č.1 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KC 639 při I B =50 A I C (ma) 0,361 0,912 1,50 2,693 3,52 4,54 4,987 5,293 I k (ma) 0,361 0,912 1,50 2,693 3,52 4,54 4,987 5,293 I C (ma) 5,53 5,659 5,72 5,752 5,774 5,784 5,794 5,802 I k (ma) 5,53 5,659 5,72 5,752 5,774 5,784 5,794 5,802 I C (ma) 5,805 5,808 5,809 5,813 5,814 5,82 5,83 5,839 I k (ma) 5,805 5,808 5,809 5,813 5,814 5,82 5,83 5,839 I C (ma) 5,845 5,856 5,874 5,9 5,960 6,041 6,121 6,284 I k (ma) 5,845 5,856 5,874 5,9 5,960 6,041 6,121 6,284 Tab. č.2 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KC 639 při I B =40 A I C (ma) 0,332 0,578 1,384 2,175 2,778 3,404 3,924 4,13 I k (ma) 0,332 0,578 1,384 2,175 2,778 3,404 3,924 4,13 I C (ma) 4,315 4,418 4,455 4,48 4,493 4,501 4,50 4,51 I k (ma) 4,315 4,418 4,455 4,48 4,493 4,501 4,50 4,51 I C (ma) 4,51 4,91 4,93 4,92 4,92 4,93 4,94 4,93 I k (ma) 4,51 4,91 4,93 4,92 4,92 4,93 4,94 4,93 I C (ma) 4,95 4,97 4,97 4,98 5 5,05 5,08 5,133 I k (ma) 4,95 4,97 4,97 4,98 5 5,05 5,08 5,133 Tab. č.3 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KC 639 při I B =30 A I C (ma) 0,24 0,510 1,125 1,74 2,241 2,591 3,049 3,266 I k (ma) 0,24 0,510 1,125 1,74 2,241 2,591 3,049 3,266 I C (ma) 3,391 3,428 3,470 3,488 3,494 3,502 3,506 3,507 I k (ma) 3,391 3,428 3,470 3,488 3,494 3,502 3,506 3,507 I C (ma) 3,51 3,513 3,515 3,516 3,519 3,52 3,526 3,53 I k (ma) 3,51 3,513 3,515 3,516 3,519 3,52 3,526 3,53 I C (ma) 3,535 3,540 3,548 3,564 3,591 3,635 3,673 3,733 I k (ma) 3,535 3,540 3,548 3,564 3,591 3,635 3,673 3,733

5 RIEDL 3.EB 10 5/11 Tab. č.4 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KC 639 při I B =20 A I C (ma) 0,134 0,338 0,368 1,046 1,32 1,657 1,875 2,042 I k (ma) 0,134 0,338 0,368 1,046 1,32 1,657 1,875 2,042 I C (ma) 2,109 2,148 2,149 2,157 2,164 2,167 2,169 2,171 I k (ma) 2,109 2,148 2,149 2,157 2,164 2,167 2,169 2,171 I C (ma) 2,173 2,174 2,175 2,177 2,179 2,181 2,184 2,186 I k (ma) 2,173 2,174 2,175 2,177 2,179 2,181 2,184 2,186 I C (ma) 2,188 2,192 2,197 2,206 2,22 2,242 2,262 2,303 I k (ma) 2,188 2,192 2,197 2,2063 2,22 2,242 2,262 2,303 Tab. č.5 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KC 639 při I B =10 A I C (ma) 0,101 0,204 0,368 0,631 0,811 0,965 1,077 1,132 I k (ma) 0,101 0,204 0,368 0,631 0,811 0,965 1,077 1,132 I C (ma) 1,174 1,189 1,193 1,204 1,206 1,208 1,209 1,210 I k (ma) 1,174 1,189 1,193 1,204 1,206 1,208 1,209 1,210 I C (ma) 1,212 1,211 1,211 1,211 1,212 1,212 1,213 1,215 I k (ma) 1,212 1,211 1,211 1,211 1,212 1,212 1,213 1,215 I C (ma) 1,218 1,219 1,223 1,228 1,236 1,245 1,256 1,276 I k (ma) 1,218 1,219 1,223 1,228 1,236 1,245 1,256 1,276 Tab. č.6 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KC 639 při I B =5 A I C ( A) I k ( A) I C ( A) I k ( A) I C ( A) I k ( A) I C ( A) I k ( A)

6 RIEDL 3.EB 10 6/11 Tab. č.7 Měření vstupní charakteristiky tranzistoru KC 639 při U CE =1,5V U BE (mv) I B ( A) -0,01-0,02-0,03-0,05-0,05-0,06-0,08-0,1 I k ( A) -0,01-0,02-0,03-0,05-0,05-0,06-0,08-0,1 U BE (V) I B ( A) -0,12-0,16-0,23-0,34-0,42-0,68-0,88-1,22 I k ( A) -0,12-0,16-0,23-0,34-0,42-0,68-0,88-1,22 U BE (V) I B ( A) -1,84-2,82-3,95-5,92-8,52-12,45-18,73-27,18 I k ( A) -1,84-2,82-3,95-5,92-8,52-12,45-18,73-27,18 U BE (V) I B ( A) -40, I k ( A) -40, Tab. č.8 Měření vstupní charakteristiky tranzistoru KC 639 při U CE =1V U BE (V) I B ( A) ,33-0,41-0,70-0,89-1,34 I k ( A) ,33-0,41-0,70-0,89-1,34 U BE (V) I B ( A) -1,67-2,80-4,05-6,34-8,82-14,20-19,04-27,07 I k ( A) -1,67-2,80-4,05-6,34-8,82-14,20-19,04-27,07 U BE (V) I B ( A) -40, I k ( A) -40, Tab. č.9 Vypočtené parametry H v daném pracovním bodě Parametr H H 11 H 12 H 21 H 22 Hodnota 21,4 0, ,8 730,8 Jednotka k S 7.VÝPOČTY Výpočet korigovaného proudu: Například: I K =I-U/R V I K =I-U/R V =0,361mA-0,04/10M=0,360996mA Výpočet parametru H 11 : Například: H 11 =U BE /I B

7 RIEDL 3.EB 10 7/11 Výpočet parametru H 12 : H 11 =U BE /I B =0,642/30u=21,4kA H 12 =U BE /U CE Například: H 12 =U BE /U CE =0,642/1,5=0,428V Výpočet parametru H 21 : H 21 =I C /I B Například: H 21 =I C /I B =3,654m/30u=121,8 Výpočet parametru H 22 : Například: H 22 =I C /U CE H 22 =I C /U CE =3,654m/5=730,8μS 8.GRAFY viz. příloha 9.SEZNAM MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Zkratka Název a typ přístroje Výrobní číslo U B Regulovatelný zdroj Statron TYP U C Regulovatelný zdroj Statron 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 CE Tr Předložený tranzistor KC R B Ochranný rezistor

8 RIEDL 3.EB 10 8/11 10.ZÁVĚR Naším úkolem bylo změřit výstupní a vstupní charakteristiky předloženého tranzistoru KC 639. Z teoretického rozboru vyplívá, že tranzistor je součástka, která je velmi závislá na teplotě, proto jsme měření prováděli od největších hodnot po nejmenší, abychom tuto teplotní závislost co nejvíce eliminovali. Z grafu naměřených výstupních charakteristik vyplývá, že při měření s parametrem proudu do báze I B =40μA jsme nechali tranzistor příliš vychladnout mezi dvěmi naměřenými hodnotami. V případě ostatních proudů do báze se nám toto podařilo velmi dobře eliminovat a tento jev již nenastal. Při měření vstupních charakteristik nastala zvláštní chyba, že jsou naměřené hodnoty téměř stejné u obou daných napětích U CE. Z grafu převodní charakteristiky je vidět, že tranzistor je velmi tepelně závislá součástka, protože tento graf by měl být přímka a ne křivka.

9 RIEDL 3.EB 10 9/11 Výstupní charakteristiky tranzistoru KC I C (ma) 5 I B =50uA I B =40uA 4 I B =30uA 3 I B =20uA 2 1 I B =10uA I B =5uA U CE (V)

10 RIEDL 3.EB 10 10/11 I B (ua) Vstupní charakteristiky tranzistoru KC U BE (mv) -600 U CE =1,5V U CE =1V -700

11 RIEDL 3.EB 10 11/11 Převodní charakteristika tranzistoru KC I C (ma) I B (ua)