Caracteristicile Tranzistorului Bipolar - Copy.doc

Caracteristicile tranzistorului bipolar I.

Aparatura utilizată a). Sursă de tensiune reglabilă 0 – 24 V. b). Multimetru. c). Voltmetru electronic. d). Osciloscop. e). Caracteroscop. f). Tranzistormetru E 720.

II.

Consideratii teoretice 1. Caracteristicile joncţiunilor tranzistorului Tranzistorul bipolar este un dispozitiv cu doua joncţiuni p-n, joncţiunea BE şi joncţiunea BC. Ambele joncţiuni au o caracteristică de tip diodă. Ca urmare tranzistorul poate fi considerat o combinaţie a două joncţiuni p-n conectate in opozitie (fig. 1.a şi 1.b).

2.Verificarea tranzistoarelor cu ohmmetrul În catalog se indica printre alte date ale unui tranzistor şi tipul lui : pnp sau npn respectiv germaniu, siliciu, alte materiale. De asemenea se indică si configuratia celor trei terminale ( bază, emitor, colector). În cazul in care nu dispunem de datele de catalog ale unui tranzistor, determinarea tipului, respectiv identificarea terminalelor se poate face prin câteva măsurători simple cu ohmmetrul. Determinările se bazează pe descrierea tranzistorului ca două diode conectate in opozitie. Având in vedere că rezultatele măsurătorilor depinde de polaritatea si de rezistenţa internă a ohmmetrului, înainte de toate este necesară cunoaşterea performanţelor aparatului utilizat. Din punct de vedere al circuitului electric ohmmetrul poate fi modelat cu o sursă de t.e.m. V s in serie cu rezistenţa internă a ohmmetrului Rs şi un instrument pentru măsurarea curentului (fig.2). Cunoaşterea tensiuni sursei interne V s este foarte importantă pentru că aplicarea unei tensiuni inverse prea mari la bornele joncţiunii anumitor tipuri de tranzistoare duce la defectarea tranzistorului respectiv. Astfel apare situaţia că deteriorarea tranzistorului este cauzată tocmai de măsurătorile legate de verificarea lui. Cunoscând polaritatea ohmmetrului determinarea tipului tranzistorului (npn sau pnp) se face având in vedere că joncţiunea p-n polarizată direct prezintă o rezistenţă mult mai mica decăt polarizată invers. Identificarea terminalului de „bază” se face ţinând cont de simetria celor două joncţiuni faţă de acest terminal. În tabelul 1 s-a notat cu rij rezistenţa pe care o prezintă o joncţiune atunci când borna „+” a ohmmetrului este conectată la R s terminalul „i” (sensul real al curentului este de la terminalul i spre j) vezi figura 2 r _ ij V1

V

Rezistenţele rCE şi rEC măsurate cu baza în gol şunt de ordinul rezistenţei pe care o prezintă joncţiunea tranzistorului polarizate invers. Dacă rezistenţele joncţiunii sunt de aceeaşi ordine de mărime în ambele sensuri atunci tranzistorul este stricat.

0 Fig 2

Identificarea materialului de bază din care este fabricat tranzistorul se poate efectua cunoscând t.e.m. şi rezistenţa internă a ohmmetrului precum si valoarea rezistenţei joncţiunii bază-emitor polarizată direct. Pentru circuitul din figura 3 se scrie: R BE v BE  VS (1) rBE  RS

Q 2

R s

R s Q 2N 2222

V3 0Vdc

V3 0Vdc

Vbe a)

rB E

Vbe b)

Fig 3 Înlocuind în expresia (1) valorile măsurate pentru rBE , R S , V S , ţinând seama că tensiunea v BE la un tranzistor de siliciu este de ordinul 0.6 V se poate stabili tipul tranzistorului. 3.Caracteristicile statice ale tranzistorului În condiţiile de mai înainte s-a examinat comportarea joncţiunilor tranzistorului considerându-le separat. În circuitele electronice tranzistorul este conectat de aşa maniera încât joncţiunea B-E este polarizată direct , iar joncţiunea B-C invers (fig. 4,a,b) Efectul de tranzistor constă în interacţiunea celor doua joncţiuni polarizate.

Vce

ie

Q 3 Q 2N 3012

ib

Vbe

ic

ie

Vcb

Vbe

a)

Vce

ic

Q 4 Q 2N 2222

ib

Vcb

b) Fig 4

Între curenţii şi tensiunile unui tranzistor există următoarele relaţii generale: i E  i B  iC (2) vCE  vCE  v BE (3) date de ecuaţiile lui Kirchhoff, precum şi relaţiile neliniare date de ecuaţiile lui Ebers şi Moll. Având în vedere deci că tranzistorul este un dispozitiv neliniar, este indicat ca studiul proprietaţilor tranzistorului să se înceapă cu ridicarea caracteristicilor statice. Tranzistorul poate fi utilizat în diferite configuraţii în funcţie de electrodul de referinţă pentru măsurarea tensiunilor, în conexiunea emitor comun (EC) emitorul este electrodul de

1

referinţă (fig. 5,a), în conexiunea bază comuna-baza (fig. 5,b), iar în conexiunea colector comun (fig. 5,c) colectorul.

ic ib

ie ib

Q 5

Vce

Q 2N 2222

Vbe

ie a)

ie

Q 2N 2222

Vbc

Vce

ic b)

Q 7 Q 2N 2222

Veb

Q 6

ib

ic Vcb

Fig 5

c) Pentru fiecare din aceste conexiuni se pot trasa mai multe familii de caracteristici: de intrare, de transfer, de ieşire. Caracteristicile sunt diferite pentru fiecare conexiune. Teoretic este suficient să cunoaştem caracteristicile intr-una din configuraţii pentru a calcula şi trasa caracteristicile pentru celelalte două conexiuni. În această lucrare interesează caracteristicile statice pentru conexiunea EC. Caracteristicile de intrare reprezintă sub formă grafică relaţia neliniară: v BE  f (i B , vCE ) (4) Forma tipică a caracteristicilor de intrare se reprezintă în figura 6,a,b. Variabila independentă i B s-a reprezentat pe abscisă, iar variabila dependentă v BE pe ordonată. Uneori se obişnuieşte să se reprezinte v BE pe absciză şi i B pe ordonată (fig.6,a). În reprezentările din figurile 6,a şi 6,b

2

tensiunea vCE (variabilă independentă) este parametrul; fiecare din curbele desenate s-a obţinut pentru o tensiune v CE constantă şi fixată printr-o metodă oarecare.

Caracteristicile de ieşire (fig.7) reflectă relaţia neliniară: iC  f (i B , vCE ) (5) Pentru caracteristicile de ieşire parametrul este i B . Caracteristicile tranzistorului se dau de obicei sub forma unui plac cu 4 cadrane pe axele căruia se reprezintă curenţii şi tensiunile de la intrare şi de la ieşire ca în exemplul din figura 8. Se observă că numai două din cele patru familii de caracteristici sunt independente.

3

I CEO

4.Parametrii de curent continuu ai tranzistorului Parametrii de c.c. cei mai importanţi ai tranzistorului sunt factorul de amplificare B0 si definiţi de relatia: iC  B0 i B  I CEO (6) Curentul rezidual I CEO se determină măsurând curentul de colector cu baza în gol

(fig.9).

m A

Factorul de amplificare B0 al conexiunii EC se determină prin măsurarea curentului de bază i B la un anumit curent de colector iC . Q 2N 2222 Conform relaţiei (6) rezultă: i  I CEO B0  C Fig 9 iB Se mai definesc urmatorii parametrii de c.c rI  v BE / i B -rezistenţa de intrare în conexiunea EC: -rezistenţa de iesire în conexiunea EC: rO  vCE / iC Aceşti parametri sunt puternic dependenţi de punctul de funcţionare. Q 8

V6

4

Desfăsurarea lucrării 1.Măsurarea performanţelor ohmmetrului a)Se conectează voltmetrul electronic (VE) la bornele ohmmetrului (fig.11) şi se măsoară valoarea tensiunii V S pe fiecare scară a ohmmetrului. Rezultatele măsurărilor se trec în tabelul 2. b)Se determină polaritatea bornelor ohmmetrului prin identificarea cu borna „+” si „-” a voltmetrului electronic. Polaritatea este identică pentru toate scările ohmetrului.

R s

R s

R

V

V

V

V1

V

V1

Fig 11

Fig 12

Tabelul 2 c)Se pune ohmmetrul pe scara cea mai mică. La bornele lui se conectează o rezistenţă de valoare cunoscută (de exemplu o cutie decadică). Notând cu V R căderea de tensiune la bornele rezistenţei R (fig.12), rezistenţa internă a ohmmetrului rezultă din expresia: V RS  R ( S  1) (8) VR Măsurătorile se vor repeta pentru fiecare scară a ohmmetrului. d)Se va calcula pentru fiecare scară a ohmmetrului valoarea curentului de scurtcircuit: V I SC  S (9) RS 2.Identificarea tranzistorului cu ohmmetrul e) Identificarea terminalului de „bază”. Având in vedere simetria celor două joncţiuni faţă de terminalul de bază se va determina terminalul de „bază” al tranzistorului care se pune la dispoziţie. f)Determinarea tipului (npn sau pnp) tranzistorului. Ţinând cont de polaritatea ohmmetrului cu ajutorul tabelului 1 se va determina tipul tranzistorului. g)Măsurând rezistenţa uneia dintre joncţiunile tranzistorului în polarizare directă cu ajutorul expresiei (1) se va determina materialul de bază (siliciu sau GaAs) al tranzistorului.

5