10.1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z przyrządem do pomiaru parametrów „h”
tranzystorów bipolarnych. Zbadane zostaną zależności tych parametrów od w y
branego punktu pracy oraz od typu tranzystora. Pożądane jest wykorzystanie przez grupę ćwiczących studentów tych samych egzemplarzy tranzystorów, dla których w poprzednich ćwiczeniach grupa ta wyznaczała parametry „h” m eto
dami graficznymi na podstawie zmierzonych charakterystyk statycznych.
10.2. Wprowadzenie
W ćwiczeniu wykorzystywany jest miernik parametrów tranzystorów typu P-561 produkcji Mera-Elpo. W przyrządzie tym za pom ocą klawiatury wybiera się układ po
miarowy, różny dla każdego z czterech parametrów „h”. W układach tych, przedsta
wionych na rysunkach poniżej, do wymuszania składowych zmiennych odpowiednich wielkości służy w chodzący w skład przyrządu generator sygnałowy o częstotliwości 1000 Hz pracujący w układzie Wiena. Dostarcza on napięcie zmienne o wartości skutecznej w granicach 0,7-1 V. Mierzone są parametry hije, tj. dla układu pracy OE(WE).
10.2.1. Pomiar parametru h n e (impedancja wejściowa przy zwartym wyjściu) Parametr h n e określony jest zależnością definicyjną:
188
gdzie: Ui, U2 - składowe zmienne (amplitudy) napięć w obwodzie wejściowym i wyj
ściowym,
h - składowa zmienna (amplituda) prądu nałożona na stały prąd bazy lB.
Aby w układzie z rys. 10.1 wskazanie woltomierza mierzącego napięcie zmienne na złączu B-E tranzystora mogło być proporcjonalne do h u , należy zapewnić h = const. Spełnienie tego warunku zapewnia duży rezystor R » h n e.
Rys. 10.1. Podstawowy układ do pomiaru parametru hybrydowego hm tranzystora bipolarnego
Kondensator C zapewnia zwarcie obwodu wyjściowego dla składowej zmiennej, a zatem spełnienie warunku U2 = 0. Zasilacz bazy ma rezystancję wyjściow ą rzędu 5,5 MQ, co zapewnia spełnienie warunku otwartego wejścia w omawianym oraz w następnych kolejnych układach pomiarowych.
10.2.2. Pomiar parametru h i2e (współczynnik oddziaływania zwrotnego przy otwartym wejściu)
Pomiar parametru h i2e przeprowadza się w układzie przedstawionym na rys. 10.2.
Rys. 10.2. Podstawowy układ do pomiaru parametru hybrydowego h i2, tranzystora bipolarnego
189
Napięcie U2 jest niezmienne i niezależne od mierzonego tranzystora dzięki małej wyjściowej rezystancji wewnętrznej generatora. Duża rezystancja obwodu zasilania bazy i układu woltomierza (wyposażonego w kilkuzakresowy wzmacniacz pom iaro
wy) zapewnia spełnienie warunku dla prądu wejściowego I-i = 0.
10.2.3. Pomiar parametru h2i e (współczynnik wzmocnienia prądowego przy zwartym wyjściu)
Na rys. 10.3 przedstawiono podstawowy układ do pomiaru parametru h2i e. W aru
nek U2 = 0 można uznać za spełniony, gdyż impedancja wyjściowa uzwojenia I transformatora pomiarowego jest dużo mniejsza od rezystancji wyjściowej tranzysto
ra. W układzie niewygodny pomiar prądu kolektora zastąpiono pomiarem proporcjo
nalnego do niego spadku napięcia, za pomocą transformatora.
1 2
Rys. 10.3. Podstawowy układ do pomiaru parametru hybrydowego h2i 6 tranzystora bipolarnego
10.2.4. Pomiar parametru h22e (admitancja wyjściowa przy otwartym wejściu) Pomiar parametru h 2 2 e przeprowadza się w układzie przedstawionym na rys. 10.4.
Sygnał o stałej amplitudzie U2 jest podawany z generatora o małej rezystancji wewnętrznej na wyjście mierzonego tranzystora i wymusza przepływ prądu l2, który mierzony jest ja k w punkcie poprzednim za pom ocą transformatora pomiarowego o małej impedancji uzwojenia I w porównaniu z rezystancją wyjściową tranzystora.
190
^22e~
12 lU 2 / 1, = 0
Rys. 10.4. Podstawowy układ do pomiaru parametru hybrydowego h^e tranzystora bipolarnego
10.3. Tematy sprawdzające
1. Uzasadnić schemat pomiaru h 11e.
2. Uzasadnić schemat pomiaru h i2e.
3. Uzasadnić schemat pomiaru h2i e.
4. Uzasadnić schemat pomiaru h^e.
5. Jaki sens fizykalny ma parametr h u e? Uzasadnij to.
6. Jaki sens fizykalny ma parametr h21e? Uzasadnij to.
7. Jak i dlaczego zmieni się parametr h21e, jeżeli tranzystor włączymy inwersyjnie?
10.4. Aparatura pomiarowa
W ćwiczeniu wykorzystywany jest tylko przyrząd fabryczny P-561. Układ pomia
rowy żądanego parametru wybierany jest z klawiatury, podobnie jak i zakres mierzo
nych wartości parametru. W artość parametru odczytywana jest bezpośrednio na mierniku wskazówkowym. Badany tranzystor wkładany jest do podstawki stanowiącej wyposażenie przyrządu. Punkt pracy tranzystora (określony przez napięcie Uc e i
prąd kolektora lc) ustalony jest przez odpowiednie nastawy (skokowo przełącznikami i płynnie potencjometrami) zasilacza kolektorowego i zasilacza obwodu bazy.
191
10.5. Program ćwiczenia
10.5.1. Zapoznanie się z budową i obsługą miernika
10.5.2. Badanie tranzystora BC 107 (tranzystora epiplanarnego, małej mocy, małej częstotliwości), dla którego U CEmax = 45 V, l Bmax = 20 mA,
lcmax = 100 mA, Pmax = 300 mW (parametry graniczne)
a) Pomiary param etrów h11e, h 12e, h2i e, h22e dla dwóch punktów pracy, np.:
Pi[UCei = 10 V, lCi = 15 mA] (P = 150 mW) P2[UCE2 = 5 V, lC2 = 2 mA] (P = 10 mW).
b) Zdejmowanie charakterystyk hije = f(lc). Uce = 10 V dla prądu lc zmienianego w zakresie dwóch dekad (czyli 0,2-20 mA).
Przykładowe charakterystyki, które można znaleźć w katalogach, m ają przebiegi jak na rys. 10.5.
Rys. 10.5. Typowa zależność param etrów hybrydowych hije tranzystora bipolarnego od prądu kolektora
Uwaga!
Zmieniając punkt pracy tranzystora, należy nieustannie sprawdzać moc wydziela
ną na tranzystorze Pmax = b - UCe. aby nie przekroczyć jej dopuszczalnej wartości (dla tranzystora BC 107-300 mW).
c) Dla punktu pracy P2 zm ierzyć parametry h n e, h12e, h2ie tranzystora w połączeniu inwersyjnym (zmieniając rolami kolektor z emiterem).
192
10.5.3. Badanie tranzystora BDP 620 (tranzystor krzemowy epilanarny, dużej mocy, małej częstotliwości), dla którego UcEomax = 60 V, lcmax = 15 A (pa
rametry graniczne)
Pomiary parametrów h 11e, h i2e, h21e, h22e dla dwóch punktów pracy:
Pi[Ucei = 25 V, lei = 25 mA] (P = 625 mW) P2[U CE2 = 5 V, lC2 = 10 mA] (P = 50 mW)
10.6. Tematy do opracowania
1. Na podstawie zmierzonych wartości w punktach 10.5.2a i 10.5.3 obliczyć parame
try r schematu zastępczego tranzystora.
2. Sporządzić wykresy na podstawie pomiarów wykonanych w punkcie 10.5.2b.
3. Sformułować uwagi na temat pomiarów i zaobserwowanych ograniczeń oraz na temat uzyskanych wyników i ich dokładności.
4. Uzasadnić analitycznie uzyskaną odwrotnie proporcjonalną zależność parametru h n e od prądu kolektora lc (a zatem i prądu bazy lB).
5. Porównać zmierzone wartości parametrów z wartościami wyznaczonymi w innym ćwiczeniu z charakterystyk statycznych (jeśli mierzono ten sam tranzystor).
10.7. Literatura
1. Instrukcja obsługi miernika parametrów h tranzystorów typu P-561.
2. S. Malzacher, A. Błaszkowski: Elektronika. Cz. I. Elementy układów elektronicz
nych. Skrypt Pol. Śl. nr 951, Gliwice 1981.
3. K. Badźmirowski, J. Kołodziejski, L. Spiralski, E. Stolarski: Miernictwo elementów półprzewodnikowych i układów scalonych. WKŁ, Warszawa 1984, s. 177-187.
4. R. Paul: Technika pomiarów tranzystorów. WKŁ, Warszawa 1973, s. 122-125.
5. E. Stolarski: Miernictwo tranzystorowe. WNT, Warszawa 1972, s. 103-112.
Ćwiczenie 11