RIEDL 3.EB – 11 – 1/13
1.ZADÁNÍ Změřte statické charakteristiky tranzistoru KU605 v zapojení se společným emitorem a) Změřte výstupní charakteristiky naprázdno IC=f(UCE) pro IB =1, 2, 4, 6, 8, 10, 15mA do UCE=10V b) Změřte vstupní charakteristiky nakrátko IB=f(UBE) pro UCE=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) Určete „h“ parametry v tomto pracovním bodě
2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem byl v tomto případě výkonový tranzistor v kovovém pouzdře. Mezní hodnoty tranzistoru jsou uvedeny v tabulce: Typ UCE0 (V) IC (A) PCmax (W) KU605 80 10 50 UCE0 – maximální napětí mezi kolektorem a emitorem IC – maximální kolektorový proud PCmax – maximální výkon tranzistoru
3.TEORETICKÝ ROZBOR 3.1 ROZBOR PŘEDPOKLÁDANÝCH VLASTNOSTÍ MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU 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 „h21“ 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.
RIEDL 3.EB – 11 – 2/13
3.2 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. U 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: IK
I
U RV
kde IK je korigovaný proud, I je proud změřený ampérmetrem, U je napětí změřené voltmetrem a RV 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: IK
I
U RV
kde IK je korigovaný proud, I je proud změřený ampérmetrem, U je napětí změřené voltmetrem a RV je vnitřní odpor voltmetru. Při měření je zapotřebí dávat pozor, abyste nepřekročili mezní hodnoty tranzistoru a nedošlo tak k jeho zničení.
RIEDL 3.EB – 11 – 3/13
4.SCHÉMA ZAPOJENÍ Schéma č.1 Zapojení pro měření výstupních charakteristik tranzistoru
RB
T
U2
U1
Schéma č.2 Zapojení pro měření vstupních charakteristik tranzistoru
RB
U1
U1 – regulovatelný zdroj U2 – regulovatelný zdroj RB – ochranný rezistor A1 – číslicový ampérmetr A2 – číslicový ampérmetr V1 – číslicový voltmetr V2 – číslicový voltmetr T – měřený tranzistor
T
U2
RIEDL 3.EB – 11 – 4/13
5.POSTUP 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 U1 nastavte na ampérmetru A1 požadovaný proud do báze tranzistoru. Vzhledem k tepelné závislosti polovodiče měřte od největší hodnoty proudu po nejmenší. d) Regulovatelným zdrojem U2 nastavte požadované napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru. Měřte od největší hodnoty napětí po nejmenší. e) Přečtěte údaj z voltmetru V2 a zapište jej do tabulky f) Přečtete údaj z ampérmetru A2 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 U2 nastavte na voltmetru V2 požadované napětí mezi kolektorem a emitorem. Měřte od největšího napětí po nejmenší. k) Regulovatelným zdrojem U1 nastavte na voltmetru V1 požadované napětí mezi bází a emitorem. Měřte od největšího napětí po nejmenší. l) Přečtěte údaj z voltmetru V1 a zapište jej do tabulky m) Přečtěte údaj z ampérmetru A2 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.TABULKY NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT Tab. UCE (V) IC (mA) IK (mA) UCE (V) IC (mA) IK (mA) UCE (V) IC (mA) IK (mA) UCE (V) IC (mA) IK (mA)
č.1 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KU605 při IB=15mA 0 0,03 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0 58,8 73,4 129,5 219,2 312,5 345,6 0 58,8 73,4 129,5 219,2 312,5 345,6 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 435,1 489,1 544,6 550,2 552,4 554,5 556,6 435,1 489,1 544,6 550,2 552,4 554,5 556,6 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 559,5 562,9 566,3 569,3 575,5 581 586,5 559,5 562,9 566,3 596,3 575,5 581 586,5 2 3 5 10 ------------597,1 615,2 645,2 685 ------------597,1 615,2 645,2 685 -------------
RIEDL 3.EB – 11 – 5/13
Tab. UCE (V) IC (mA) IK (mA) UCE (V) IC (mA) IK (mA) UCE (V) IC (mA) IK (mA) UCE (V) IC (mA) IK (mA)
č.2 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KU605 při IB=10mA 0 0,03 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0 32,6 60,1 101,4 148,8 192 238,4 0 32,6 60,1 101,4 148,8 192 238,4 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 295,4 330,8 350,1 351,8 353,3 354,3 355,4 295,4 330,8 350,1 351,8 353,3 354,3 355,4 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 356 357,6 360,5 362 363,6 365,3 367,3 356 357,6 360,5 362 363,6 365,3 367,3 2 3 5 10 ------------372,1 380,1 390,4 410,1 ------------372,1 380,1 390,4 410,1 -------------
Tab. č.3 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KU605 při IB=8mA UCE (V) 0 0,015 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 IC (mA) 0 6,9 47,7 85,7 112,4 163,7 196,5 IK (mA) 0 6,9 47,7 85,7 112,4 163,7 196,5 UCE (V) 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 IC (mA) 225,1 265 273,9 275,4 276,1 276,8 277,5 IK (mA) 225,1 265 273,9 275,4 276,1 276,8 277,5 UCE (V) 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 IC (mA) 278,3 279 280,5 281,3 282,4 284,6 286 IK (mA) 278,3 279 280 281,3 282,4 284,6 286 UCE (V) 2 3 5 10 ------------IC (mA) 289,8 293 302,1 311,4 ------------IK (mA) 289,8 293 302,1 311,4 ------------Tab. č.4 Měření UCE (V) 0,015 IC (mA) 4,2 IK (mA) 4,2 UCE (V) 0,2 IC (mA) 190 IK (mA) 190 UCE (V) 0,9 IC (mA) 200,7 IK (mA) 200,7 UCE (V) 3 IC (mA) 208,7 IK (mA) 208,7
výstupní 0,04 29,3 29,3 0,3 198,2 198,2 1,1 201,1 201,1 5 213 213
charakteristiky tranzistoru KU605 při IB=6mA 0,06 0,08 0,1 0,11 0,15 57,2 94,1 193,3 132 170,8 57,2 94,1 193,3 132 170,8 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 198,9 199,3 199,6 200 200,4 198,9 199,3 199,6 200 200,4 1,2 1,3 1,4 1,5 2 201,5 201,9 202,3 203,7 205,6 201,5 201,6 202,3 203,7 205,6 10 ----------------218,5 ----------------218,5 -----------------
RIEDL 3.EB – 11 – 6/13
Tab. č.5 Měření UCE (V) 0,05 IC (mA) 26,4 IK (mA) 26,4 UCE (V) 0,4 IC (mA) 124,4 IK (mA) 124,4 UCE (V) 1,3 IC (mA) 126 IK (mA) 126
výstupní 0,06 40,3 40,3 0,5 124,5 124,5 1,5 126,4 126,4
charakteristiky tranzistoru KU605 při IB=4mA 0,08 0,1 0,13 0,2 0,3 55 81,5 100,5 120,9 124 55 81,5 100,5 120,9 124 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 124,7 124,9 125,1 125,3 125,5 124,7 124,9 125,1 125,3 125,5 2 3 5 10 ----127,2 128,3 130,3 132,4 ----127,2 128,3 130,3 132,4 -----
Tab. č.6 Měření UCE (V) 0,03 IC (mA) 5,62 IK (mA) 5,62 UCE (V) 0,15 IC (mA) 50,42 IK (mA) 50,42 UCE (V) 0,8 IC (mA) 57,34 IK (mA) 57,34 UCE (V) 5 IC (mA) 58,8 IK (mA) 58,8
výstupní 0,05 12,69 12,69 0,2 55,56 55,56 0,9 57,38 57,38 10 59,44 59,44
charakteristiky tranzistoru KU605 při IB=2mA 0,06 0,08 0,1 0,11 0,13 19,52 27,84 37,09 40,5 46,51 19,52 27,84 37,09 40,5 46,51 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 56,94 57,11 57,16 57,22 57,27 56,94 57,11 57,16 57,22 57,27 1,1 1,3 1,5 2 3 57,5 57,63 57,74 57,97 58,32 57,5 57,63 57,74 57,97 58,32 -------------------------------------------------------------
Tab. č.7 Měření výstupní charakteristiky tranzistoru KU605 při IB=1mA UCE (V) 0,05 0,06 0,08 0,11 0,13 0,2 0,3 IC (mA) 5,81 8,3 12,4 18,37 21,2 25,71 26,25 IK (mA) 5,81 8,3 12,4 18,37 21,2 25,71 26,25 UCE (V) 0,5 1 2 3 5 10 ----IC (mA) 26,32 26,41 26,51 26,61 26,75 26,97 ----IK (mA) 26,32 26,41 26,51 26,61 26,75 26,97 ----Tab. č.8 Měření vstupní charakteristiky tranzistoru KU605 při UCE=1,5V UBE (mV) -410 -500 -540 -550 -560 -570 -580 IB (mA) 0 -0,019 -0,101 -0,132 -0,193 -0,255 -0,378 IK (mA) 0 -0,019 -0,101 -0,132 -0,193 -0,255 -0,378 UBE (mV) -590 -600 -610 -620 -630 -640 -650 IB (mA) -0,503 -0,692 -0,961 -1,307 -1,782 -2,444 -3,278 IK (mA) -0,503 -0,692 -0,961 -1,307 -1,782 -2,444 -3,278 UBE (mV) -660 -670 -680 -690 -700 -708 ----IB (mA) -4,31 -5,888 -7,513 -9,831 -12,60 -15,01 ----IK (mA) -4,31 -5,888 -7,513 -9,831 -12,60 -15,01 -----
RIEDL 3.EB – 11 – 7/13
Tab. č.9 Měření UBE (mV) -420 IB (mA) 0 IK (mA) 0 UBE (mV) -610 IB (mA) -0,942 IK (mA) -0,942 UBE (mV) -680 IB (mA) -7,155 IK (mA) -7,155
vstupní charakteristiky tranzistoru KU605 při UCE=0,5V -500 -550 -570 -580 -590 -600 -0,026 -0,142 -0,275 -0,365 -0,507 -0,677 -0,026 -0,142 -0,275 -0,365 -0,507 -0,677 -620 -630 -640 -650 -660 -670 -1,284 -1,736 -2,387 -3,192 -4,173 -5,543 -1,284 -1,736 -2,387 -3,192 -4,173 -5,543 -690 -700 -711 -------------9,136 -11,69 -15,06 -------------9,136 -11,69 -15,06 -------------
Tab. č.10 Vypočtené parametry h v pracovním bodě UCE=5V Parametr h h11 h12 h21 h22 Hodnota 111,67 0,447 35,5 42,6 Jednotka ----------------mS UCE – napětí mezi kolektorem a emitorem UBE – napětí mezi bází a emitorem IC – proud tekoucí do kolektoru IB – proud tekoucí do báze IK – korigovaný proud h11 – vstupní odpor tranzistoru h12 – zpětný napěťový přenos h21 – proudový zesilovací činitel h22 – výstupní vodivost
7.VÝPOČTY Výpočet korigovaného proudu: IK
U RV
I
Například: IK
I
U RV
59,44 10
3
10 10 7
Výpočet parametru h11:
h11
U BE IB
59,439 10 3 mA
RIEDL 3.EB – 11 – 8/13
například:
h11
U BE IB
0,670 6 10 3
111,67
Výpočet parametru h12:
h12
U BE U CE
například:
h12
U BE U CE
0,670 1,5
0,447
výpočet parametru h21:
h21
IC IB
například:
h21
IC IB
213 10 3 6 10 3
35,5
Výpočet parametru h22:
h22
IC U CE
například:
h22
IC U CE
213 10 5
3
42,6mS
8.GRAFY Výstupní charakteristiky tranzistoru KU605 viz. str.:10 Vstupní charakteristiky tranzistoru KU605 viz. str.:11 Převodní charakteristika tranzistoru KU605 viz. str.:12 Zpětná charakteristika tranzistoru KU605 viz. str.:13
RIEDL 3.EB – 11 – 9/13
9.SEZNAM MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Označení U1 U2 V1 V2 A1 A2 T RB
Název a typ přístroje regulovatelný zdroj Station TYP 2229 regulovatelný zdroj Station TYP 2229 digitální voltmetr METEX ME-32 digitální voltmetr METEX ME-32 digitální ampérmetr METEX ME-32 digitální ampérmetr GDM-8145 měřený tranzistor ochranný rezistor
Výrobní číslo 0412026 0412026 EJ010536 EJ009958 EJ010536 C190079 ---------------
10.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 IB=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. U měření vstupních charakteristik nastal problém, že vstupní charakteristiky při obou parametrech UCE leží téměř na sobě. U převodní charakteristiky nenastal žádný problém a vypadá téměř jako přímka, pouze na počátku je trochu zaoblená.
RIEDL 3.EB – 11 – 10/13
VÝSTUPNÍ CHARAKTERISTIKY TRANZISTORU KU605 700 IB=15mA
600 IC (mA) 500 IB=10mA
400 IB=8mA
300
IB=6mA
200 IB=4mA
100 IB=2mA IB=1mA
0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 UCE (V)
10
RIEDL 3.EB – 11 – 11/13
VSTUPNÍ CHARAKTERISTIKY TRANZISTORU KU605
IB (mA) -16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0 0 -100 -200 -300 -400 -500 -600
UCE=1,5V
UBE (mV) -700
UCE=0,5V
-800
RIEDL 3.EB – 11 – 12/13
PŘEVODNÍ CHARAKTERISTIKA TRANZISTORU KU605 V PRACOVNÍM BODĚ UCE=5V 700
600 IC (mA) 500
400
300
200
100
0 -16
-14 IB (mA)
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
RIEDL 3.EB – 11 – 13/13
ZPĚTNÁ CHARAKTERISTIKA TRANZISTORU KU605 UCE (V) 0 0 -100 -200 -300 -400 -500 -600 UBE (mV) -700 -800
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
1,5
