Referat CARACTERISTICILE STATICE ALE TRANZISTORULUI BIPOLAR

label Referate autorenew 2025-09-29, 16:56 history_edu virgil
CARACTERISTICILE STATICE ALE TRANZISTORULUI BIPOLAR1. Scopul lucrrii : Ridicarea caracteristicilor statice ale tranzistorului bipolar n conexiunile emitor-comun (EC) i baz-comun (BC), determinarea unor parametrii de curent continuu i de regim dinamic al tranzistorului bipolar.2. n fig.2.1 este reprezentat simbolul unui tranzistor NPN cu precizarea sensului curenilor i tensiunilor aa cum vor fi folosite n aceast lucrare. ntre aceste mrimi se pot scrie relaiile (2.1) i (2.2). 3. Comportarea tranzistorului bipolar n regim continuu este definit de relaiile ce descriu dependena curenilor i de tensiunile aplicate la bornele celor dou jonciuni i . n regiunea activ normal, jonciunea emitor-baz polarizat direct i jonciunea colector-baz polarizat invers, relatiile de baz pentru cureni pentru un tranzistor NPN sunt: (2.3) i (2.4). n aceste relaii este suprafata jonciunii baz-emitor, este constanta de difuzie a purttorilor minoritari din baz (electronii) a cror concentraie este , = 26 mV la temperatura camerei, este grosimea efectiv a bazei dat de relaia (2.5) ( este grosimea fizic a bazei, este bariera de potenial a jonciunii colector-baz dependent de concentraiile de purttori majoritari din baz i din colector , iar este permeativitatea electric a materialului din care este confecionat tranzistorul) ; se constat c, la creterea tensiunii de polarizare invers a jonctiunii baz-colactor, grosimea efectiv a bazei scade. Parametrul este factorul de curent al tranzistorului n conexiunea baz comun i are expresia aproximativ : (2.6), unde i sunt lungimile de difuzie ale electronilor (n baz) respectiv ale golurilor (n emitor) iar i sunt conductivitile electrice ale bazei, respectiv emitorului. Se remarc dependena lui de tensiunea colector baz prin intermediul lui .4. Din punct de vedere practic, pentru determinarea regimului de funcionare in curent continuu, este necesar cunoaterea carcateristicilor statice de intrare, de transfer direct i de ieire (numai dou dintr ele sunt independente), cu particulariti specifice fiecrui mod de conexiune. n conexiunea baz comun, electrodul de referin este baza iar n conexiunea emitor comun electrodul de referin va fi emitorul.Din punct de vedere dinamic, la semnale mici (cnd caracteristicile statice pot fi liniarizate in jurul; punctului static de funcionare), lent variabile, tranzistorului poate fi caracterizat prin parametrii de cuadripol definii prin ecuaiile (2.7) unde , , i sunt mrimile variabile sinusoidale, cu sensurile obinuite acceptate pentru cuadripoli (fig.2.1). Parametrii vor fi indexai sau dup cum tranzistorul este utilizat n conexiunea BC sau EC; de multe ori se noateaz .5. Caracteristica de intrare a tranzistorului n conexiunea BC adic , se deduce din relaia 2.3, n care se nlocuiete . Reprezentarea grafic este dat n fig.2.2, unde s-a considerat ca parametru, tensiunea . Se constat caracterul exponenial al caracteristicii de intrare i influena mic a tensiunii de colector asupra caracteristicii de intrare. Exponentul poate fi afectat de coeficientul , ca la dioda semiconductoare, determinarea lui experimental fcndu-se n acelai mod.6. Caracteristica de transfer este descris de ecuaia (2.4) i este reprezentat grafic n fig.2.3; factorul de curent , care d panta acestei drepte, variaz foarte puin cu tensiunea (prin intermediul lui ) i cu curentul de colector (scdere att la cureni mici ct i la cureni mari, dependen care nu rezult din traiectoria elementar a tranzistorului). Factorul de curent al tranzistorului n conexiunea baz comun, , se calculeaz cu relaia (2.8) dar precizia acestei relaii este puternic afectat de imprecizia msurrilor curenilor i , de valori foarte apropiate. Pentru msurarea factorului de curent se prefer relaia (2.15), dup msurarea factorului de curent n conexiunea EC, . este curentul jonctiunii colector-baz polarizate invers cu emitorul n gol, de valoare foarte mic pentru tranzistoarele realizate din siliciu i dependent de tensiunea .7. Caracteristicile de ieire , sunt determinate de relaiile (2.4) i (2.6) i sunt reprezentate grafic n fig.2.4. Se constat dependent foarte mic a curentului de colector de tensiunea n regiunea activ normal, caracteristicile fiind practic orizontale i echidistante, pentru trepte constante ale curentului de emitor (ceea ce confer tranzistorului n conexiunea BC caracterul de generator de curent). Pentru tensiuni < 0, curentul de colector scade datorit polarizrii in conducie direct i a jonctiunii colector-baz, ceea ce duce la funcionarea tranzistorului n regiunea de saturatie.8. n circuitul elementar din fig.2.5, punctul static de funcionare se determin prin rezolvarea grafo-analitic a sistemului de ecuaii (2.9) unde valoarea curentului de emitor este fixat de circuitul de intrare (n lucrare, de ctre generatorul de curent). n fig.2.4 n planul caracteristicilor statice, se traseaz drepte de sarcin i, pentru , se obine punctul static de funcionare cu coordonatele ; pe carcateristica de intrare punctul static de funcionare este .n punctul static de funcionare, se pot msura parametrii pentru caracterizarea functionrii tranzistorului la semnale variabile mici, conform relaiilor : , , (2.10).Parametrii i se dau i relaiile teoretice deduse din ecuaiile (2.3) i (2,4) sub forma (2.11) i (2.12).Parametrul nu poate fi determinat printr-o aceeai metod deoarece variatiile foarte mici ale tensiunii (la variaii mari ale tensiunii ) sunt afectate de fenomene secundare, cum ar fi modificarea regimului termic al tranzistorului la variaia tensiunii de colector.9. Caracteristica de intrare pentru tranzistorul n conexiunea EC, dat de funcia are ca parametru tensiunea , care intervine, n principal, prin parametrul . Ecuaia acestei caracteristici se obine din relatiile (2.1), (2.3) i (2.4) sub forma : (2.13) i este reprezentat grafic n fig.2.6.Se constat forma exponenial a carateristicii, cu o influen redus a tensiunii (prin intermediul variaiei grosimii efective a bazei, ) i anularea curentului de baz pentru o valoare diferit de 0 a tensiunii .10. Caracteristica de transfer este dat de relaia (2.14) : unde este factorul de curent n conexiune EC a crui expresie dedus din relaiile (2.1) i (2.4) este : (2.15), iar este curentul de colector msurat cu baza in gol i determinat prin relaia : (2.16) .Factorul de curent al tranzistorului n conexiunea EC depinde de tensiunea colector-emitor (prin intermediul grosimii efective a bazei, ) i de curentul de colector (aceast dependen este mai puternic dect a factorului de curent ) ca n fig.2.7.Factorul de curent se determin din relaia (2.14) sub forma (2.17).11. Caracteristicile de ieire dau dependena curentului de colector de tensiunea avnd ca parametru curentul de baz, , i sunt descrise de relaia (2.14); dependena mai puternic a factorului de curent al tranzistorului, , de , determin o inclinare mai puternic a caracteristicilor fa de orizontal.n zona tensiunilor mici, ecuaia (2.14) nu mai este valabil, tranzistorul funcionnd n regiunea de saturaie.12. Pentru circuitul elementar din fig.2.9, punctul static de funcionare se determin prin metoda grafo-analitic de rezolvare a sistemului format din ecuaiile : (2.18), curentul fiind determinat de circuitul de intrare (in cazul lucrrii, prin generator de curent constant).n punctul static de funcionare, , caracterizat prin parametrii , se pot definii parametrii pentru semnal mic, lent variabil : , , (2.19).La fel ca i , parametrul nu se poate msura prin aceast metod.ntre parametrii n conexiunea EC i cei n conexiunea BC exist urmtoarele relaii aproximative : (2.20) , (2.21). 13. n anumite circuite electronice, tranzistorul bipolar poate fi folosit n conexiune invers prin schimbarea rolurilor terminalelor emitor i colector. Parametrul ce caracterizeaz aceast funcionare este factorul de curent n conexiune invers, sau . Cu excepia unor tranzistoare special construite, factorul de curent , este foarte mic, de obicei, subunitar.DESFURAREA LUCRRII1. Se identific montajul din fig.2.10, n care se folosete un circuit ajuttor n calitate de generator de curent reglabil din poteniometrul . Pentru curenii de baz necesari tanzistorului NPN n conexiune EC se alimenteaz schema cu +5 V (aproximativ) la borna 2 fa de borna de mas (borna 1) i se obine la borna 3 un curent reglabil (n sensul sgeii) ntre 0?200 ?A ; pentru curenii de emitor necesari aceluiai tanzistor NPN n conexiune BC se alimenteaz schema cu -5V la borna 2 fa de borna 1 (borna de mas) i se obine la borna 4 un curent reglabil ntre 0?50 mA. 2. Se traseaz caracteristica de intrare a tranzistorului n conexiunea BC conform schemei de msur din fig.2.11. Pentru aceasta, generatorul de curent se va alimenta cu 5 V la borna 2 fa de borna de mas (borna 1), ieirea generatorului de curent fiind borna 4. Pentru curentul de emitor se vor lua valorile: 0.1; 0.2; 0.5; 1; 2; 5; 10; 20; 50; mA, iar tensiunea colector-baz va fi de 5 V. Rezultatele se trec n tabelul 2.1 i se traseaz caracteristica de intrare att la scar liniar ct i la scar logaritmic (pentru curent) pentru determinarea parametrului ca la dioda semiconductoare. 3. Se traseaz cracteristica de transfer folosind schema de msur din fig.2.12. ntruct valorile curenilor i sunt foarte apropiate, se prefer msurarea curentului de baz pentru fiecare valoare a curentului de emitor, iar curentul de colector se deduce din relaia (2.1). tensiunea este de 5 V. Pentru curentul de emitor se vor lua aceleai valori ca la punctul precedent. Rezultatele se trec n tabelul 2.2 i se traseaz caracteristic de transfer la scar liniar. Pentru =2 mA, se determin factorul de curent al tranzistorului n conexiunea BC, , cu relaia (2.8) n care este valoarea curentului de colector obinut cu emitorul n gol .Se vor compara valorile obinute pentru i cu valorile rezultate din relaiile (2.15) i (2.16), n care are valoarea determinat n acelai punct de funcionare la punctul 7.4. Se traseaz caracteristicile statice de ieire n conexiunea BC cu schema de msur din fig.2.12. Pentru tensiunea de ieire se vor lua valorile 0.1; 0.5; 1; 2; 5; 10; V, iar curentul de emitor va fi fixat la valorile 2; 4; 6; 8; 10; mA . Rezultatele se trec n tabelul 2.3.Pentru =2 mA, se inverseaz semnul tensiunii i se determin valoarea acestei tensiuni pentru care curentul de colector se anuleaz; msurtoarea se va face cu atenie, deoarece anularea curentului de colector se produce la valori mici ale tensiunii colector baz (circa 0.6 ? 0.7 V)5. n planul caracteristicilor ridicate la punctul precedent, se traseaz dreapta static de funcionare, conform relaiei (2.9) n care = 3.6 k? i =12 V i se determin coordonatele punctului static de funcionare, tiind c = 2 mA. Se realizeaz monttajul elementar din fig.2.5 cu = 3.6 k? i =12 V i se msoar coordonatele punctului static de funcionare pentru = 2 mA.. Se compar rezultatele obinute prin cele dou metode. n punctul de funcionare astfel determinat, se calculeaz parametrul pe caracteristica de intrare, iar parametrii i se calculeaz folosind rezultatele din tabelel corespunztoare, avnd n vedere dificultatea msurrii unor variaii foarte mici ale curentului de colector direct pe grafic. Se vor folosi relaiile (2.10) 6. Se alimentaez generatorul de curent cu +5 V la borna 2 (fa de borna 1); se traseaz caracteristica de intrare n conexiunea EC, , conform schemei de msur din fig.2.13 (bornele 1 i 6 sunt legate mpreun iar miliampermetrul se conecteaz ntre bornele 3 i 5); tensiunea se va msura cu un voltmetru electronic, de preferin numeric. Se va msura tensiunea pentru urmtoarele valori ale curentului de baz: = 0; 10; 20; 30; 40 i 50 ?A. ntruct caracteristica de intrare pleac de la valori negative ale curentului de baz, se vor pune n scurt circuit baza cu emitorul i se va msura (schimbnd bornele miliampermetrului). Se menine curentul de baz la valoarea constant = 50 ?A i se msoar tensiunea baz-emitor pentru urmtoarele valori ale tensiunii colector-emitor : 0; 1; 5 i 10 V. Rezultatele se vor trece n tabelul 2.4. Se va trasa graficul cu =5V, la scar liniar.7. Se msoar mrimile necesare pentru ridicarea caracteristicii de transfer, conform schemei de msur din fig.2.14. Tensiunea colector-emitor va fi = 5 V.Se va nota, mai nti, valoarea curentului de colector cu baza n gol, . Se va regla apoi curentul de baz pentru a se obine cureni de colector de valoare 0.5; 1; 2; 5; 10; 20; 50 mA, rezultatele fiind trecute n tabelul 2.5. n acelai tabel, se va trece factorul de curent al tranzistorului, , calculat cu relaia (2.7). Se msoar factorul de curent al tranzistorului n conexiunea EC la alte dou tensiuni colector-emitor, =1 V i =10 V. Pentru fiecare dintre aceste valori, se determin, mai nti (cu baza n gol) i apoi curentul de baz necesar obinerii ac eluiai curent colector = 2 mA. Se va trasa graficul funciei de transfer , la scar liniar.8. Se determin caracteristicle de ieire ale tranzistorului n conexiune EC cu parametru , conform schemei de msur din fig.2.15. Pentru curentul de baz, , se vor lua valorile 10; 20; 30; 40; 50 ?A, iar curentul colector se va msura pentru urmtoarele valori ale tensiunii colector-emitor care asigur funcionarea tranzistorului n regiunea activ normal : 0.5; 1; 2; 5; 10 V i se traseaz familia de caracteristici la scar liniar. Se efectueaz msurtorile pentru ridicarea caracteristicilor de ieire n zona de saturaie a tranzistorului i n zona activ normal nvecinat, pentru tensiuni mici ntre colector i emitor. Se va folosi acelai montaj i se vor considera aceleai valori ale curentului de baz iar tensiunea colector-emitor se regleaz la valorile 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 i 0.5 V. Rezultatele se trec n acelai tabelul 2.6 i se va trasa un grafic separat pentru aceast zon la o scar convenabil pentru .9. Se realizeaz schema din fig.2.9 pentru determinarea punctului static de funcionare Se fixeaz = 12 V i se regleaz curentul de baz pn cnd = 2 mA. Se vor nota coordonatele punctului static de funcionare ( , , , ).Pe caracteristicile statice de ieire ale tranzistorului desenate la punctul precedent, se traseaz prin interpolare, cu aproximaie, caracteristica static corespunztoare curentului de baz msurat anterior i dreapta de sarcin descris de ecuaia (2.18). La intersecia lor se obine punctul static de funcionare ale crui coordonate trebuie s fie apropiate de cele msurate. n acest punct static de funcionare, se vor determina parametrii (pe caracteristica de intrare), (pe caracteristica de transfer), (pe caracteristica de ieire) conform relaiilor (2.19).Se vor verifica relaiile de legtur ntre parametrii n cele dou conexiuni (2.20) i (2.21), punctele de funcionare fiind apropiate.10. Se msoar factorul de curent al tranzistorului n conexiune invers, conform schemei de msur din fig.2.16 i folosind relaia , unde este curentul nregistrat de ampermetrul din emitor pentru = 200 ?A, iar este curentul nregistrat de acelai aparat pentru = 0 (baza n gol).11. Se vor vizualiza, pe caracterograf, caracteristicile statice de intrare i de ieire pentru ambele conexiuni ale tranzistorului. Se vor vizualiza i deformrile caracteristicilor de ieire la tensiuni de colector apropizte de tensiunea de strpungere, pentru ambele conexiuni.12. Referatul va conine: schemele de msur pentru parametrii i pentru caracteristicile statice ale tranzistorului n cele dou conexiuni, tabelele cu rezultatele msurtorilor, graficele corespunztoare i determinrile fcute pe baza acestora aa cum se indic la modul de lucru; schemele elementare cu tranzistoare pentru determinarea punctelor statcie de funcionare respective. n cazul unor neconcordante ntre rezult