Wprowadzenie
Tranzystorem nazywamy trójwarstwowy element półprzewodnikowy, który może służyć do wzmacniania sygnałów elektrycznych. Wzmacniające działanie tranzystora polega na tym, że niewielki i płynący pod wpływem niewielkiego napięcia prąd bazy może sterować przepływem wielokrotnie silniejszego prądu kolektora. Charakterystyczną cechą budowy tranzystora jest występowanie dwóch obszarów półprzewodnika jednego rodzaju, tworzących emiter i kolektor tranzystora - przedzielonych wąskim obszarem bazy o przeciwnym rodzaju przewodnictwa. Złącze baza - emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, złącze baza - kolektor w kierunku zaporowym. Pod wpływem niewielkiego napięcia UBE następuje przepływ elektronów z bazy do emitera i dziur z emitera do bazy. Przepływ elektronów stanowi pierwszą składową prądu bazy iB1, jest on stosunkowo niewielki, jeżeli koncentracja elektronów w bazie jest mała. Decydujący dla działania tranzystora jest jednak dalszy ruch dziur w obszarze bazy. Ponieważ obszar bazy jest niewielki (szerokość rzędu 10mm), wielkość dziur pod wpływem ruchów cieplnych, czyli dyfuzji, trafia do warstwy zaporowej baza - kolektor i przyśpieszona jej polem elektrycznym tworzy prąd kolektora iK. Tylko nieliczne dziury rekombinują ze znajdującymi się w bazie elektronami. Dla podtrzymania tej rekombinacji konieczny jest dopływ do bazy elektronów, które stanowią drugi składnik prądu bazy iB2. Aby wypadkowy prąd bazy iB=iB1+iB2 mógł pozostać niewielki w porównaniu z iK, konieczne jest więc, by baza była wąska i słabo domieszkowana.
Charakterystyką tranzystora nazywamy zależność prądu kolektora od prądu bazy i napięcia kolektor - emiter. Stosunek przyrostów prądu kolektora DiK i bazy DiB nazywamy współczynnikiem wzmocnienia prądowego. Jego wartość dla typowych tranzystorów jest rzędu 30 - 150. Współczynnik wzmocnienia zwykle oznacza się literą grecką b i wyraża jako:
w dowolnym punkcie charakterystyki.
W tranzystorze rzeczywistym współczynnik wzmocnienia jest względnie stały w tzw. Obszarze pracy aktywnej, tzn. w obszarze, w którym zależność iK od UKE jest słaba. Pozostałe dwa obszary pracy tranzystora to obszar nasycenia - obszar małych napięć UKE i dużych prądów kolektora, w którym w efekcie oporność tranzystora jest bardzo mała i obszar odcięcia - poniżej linii IK(UKE) dla zerowego prądu bazy - w którym tranzystor ma bardzo dużą oporność.
Obszar charakterystyk tranzystora rzeczywistego jest ograniczony maksymalnym dopuszczalnym napięciem emiter - kolektor (UKEmax) i maksymalną dopuszczalną mocą strat cieplnych PA, określoną dla danej temperatury To. Warunek ten zapisany w postaci :
wyznacza na wykresie charakterystyk linię mocy admisyjnej, której nie wolno przekraczać przy pomiarze charakterystyk.
Schemat układu wykorzystywanego w ćwiczeniu przedstawiamy na poniższym rysunku:
Przebieg doświadczenia i opracowanie wyników
a) wykonaliśmy pomiary charakterystyk IK(IB,UKE) dla wartości IB równych: 50;100;200;300;400;500[mA], przy napięciu UKE 0,1;0,2;0,3;0,5;0,7;1;3;5;7;10[V]. Moc tranzystora odczytaliśmy z tabliczki informacyjnej zamieszczonej na stole laboratoryjnym Ptr=8 W.
Wyniki charakterystyk IK(IB,IKE):
IB1 =50 mA
IB2 =100 mA
IB3 =200 mA
IB4 =300 mA
IB5 =400 mA
IB6 =500 mA
UKE [V]
iK [mA]
0,1
0,09
0,3
0,8
1,06
2,45
3,4
0,2
0,75
2,3
4,4
6,5
9
0,21
2,5
4,7
7
9,6
0,5
4,73
7,1
9,7
0,7
futures77