Caracteristici dinamice ale tranzistoarelor bipolare

CARACTERISTICI DINAMICE ALE TRANZISTOARELOR BIPOLARE

SCOPUL LUCRARII

Se vor ridica experimental variatia timpilor de comutare la tranzistoarele bipolare functie de curentul de baza si se va determina dependenta acestor timpi, de curentul de baza direct si invers.

CONSIDERATII TEORETICE

Definirea timpilor de comutare ai unui tranzistor bipolar

In fig.1 se reprezinta diagrama de timp de functionare a unui tranzistor conectat ca in fig.1.a). Pentru o definire mai exacta s-a considerat ca semnalul de intrare are fronturile de o anumita durata (fig.1.b). in fig. 1.c) si 1.d) sunt reprezentate modul de variatie al curentului de colector si a tensiunii colecto-emitor, iar in fig. 1.e) s-a reprezentat forma de variatie a curentului de baza. Definirea timpilor de comutratie se face functie de variatia curentului de colector respectiv variatia tensiunii colector-emitor:

a)     t_i - timpul de intarziere este intervalul de timp in care curentul de colector creste de la I_oo la 0,1 I_oo din momentul in care se da comanda de deblocare a tranzistorului (0,1 U_i);

b)     t_r - timpul de intarziere este intervalul de timp in care curentul de colector ajunge de la 0,1 I_oo la 0,9 I_oo;

c)     t_s - timpul de stocare este intervalul de timp dintre momentul inceperii comenzii de blocare (0,9 U) si momentul ce marcheaza scaderea curentului de colector la 0,9 I_oo;

d)     t_c - timpul de cadere este intervalul de timp in care curentul de colector ajunge de la 0,9 I_oo la 0,1 I_oo.

U_i

U₂ I_B R_C

0,9U E_C

U R_B

T U_CE

U₁ 0,1U U_i

I_c b) U_CE

0,9I_CS 0,9I_CS

0,1I_CS 0,1I_CS I_Co

I_Co t a)

U_CE c)

E_C

0,9Ec 0,9Ec

0,1E_c U_CES 0,1E_c

t

t_i t_r t_s t_c

I_B d)

I_BD=U₂/R_B

I_Co I_Co t

I_Bi=U₁/R_B

e)

Fig.1

Cunoasterea parametrilor dinamici la un tranzistor este necesara pentru studiul comportarii in regim dinamic a circuitelor de comutare. In [7, 8] sunt indicate expresiile pentru calculul acestor timpi in care intervin parametrii tranzistorului (β_o si f_o). Acesti parametii prezinta insa o dispersie care afecteaza precizia calculelor si din aceasta cauza se recomanda ridicarea experimentala a caracteristicilor dinamice ale tranzistoarelor.

2.2. Dependenta timpilor de comutare functie de curentul de baza (fig. 2)

a)     t_r=f(I_BD); in fig.2. a)

b)     t_c=f(I_Bi); in fig.2. b)

c)     t_s=f(I_Bi); in fig.2. a) I_BD=ct. in fig.2.c.

Pentru ridicarea experimentala a celor trei caracteristici plus a caracteristicii t_r=f(I_BD) se va folosi schema din fig.3 unde: D₁ este o dioda de comutatie cu germaniu; D₂ este o dioda de comutatie cu siliciu. In continuare este descrisa functionarea schemei din fig.3.

t_r t_c t_s

I_BD3 >I_BD2 >I_BD1

I_BD3

I_BD2

I_BD1

I_BD I_Bi I_Bi

Fig. 2

Cand la intrare se aplica 0V tensiunea din punctul A are valoarea U_A=U_i+U_D1=0,3V, tensiune insuficienta pentru a deschide dioda D₂ si jonctiunea baza-emitor a tranzistorului T, ceea ce duce la blocarea acestuia. In baza tranzistorului se inchide un curent:

(30)

Daca la intrare se aplica o tensiune de +3V atunci in punctul A avem: U_A+U_BE+U_D1=1,5 V.

Tranzistorul este saturat, iar curentul de baza direct este:

(31)

Din relatiile (1) si (2) rezulta valoarea celor doua tensiuni E₁ si E₂ pentru un curent de baza direct si invers dat.

MERSUL LUCRARII

Se va folosi montajul din fig.3; curentul de colector s-a ales de 10 mA. Pentru a micsora influenta constantei de timp de incarcare a capacitatii parazite se va alege o rezistenta de colector de valoare mica (300 Ω), ceea ce impune ca E_c= +3 V. Etapele de desfasurare a lucrarii sunt:

a)     se alimenteaza schema cu tensiunea E_c= +3 V; E₁ si E₂ conform tabelului 1; se aduce de la un generator de impulsuri un semanal rectangular avind amplitudinea de +3 V; durata de repetitie de T=1μs; durata impulsului t₁=500 ns; fronturile de durta mima (<10 ns);

b)     se vizualizeaza pe un osciloscop cu doua canale semnalele de la intrare si iesire (colectorul tranzistorului) si se traseaza pe o hartie milimetrica;

+E_C=3V

R_C

EFD106 BA244 0,3kΩ

D₁ D₂ I_B

U_C

U_i BC107

R₁ R₂

I_R1 4,3K I_R2 15K

+E₁ -E₂

Fig. 3

c)     se modifica tensiunile E₁ si E₂ necesare pentru a obtine perechile de valori ale curentilor I_BD si I_BI indicate in tabelul 1. Se masoara la osciloscop timpii de comutare ai tranzistorului (t_i, t_r, t_c, t_s);

d)     se trseaza pe patru grafice, urmatorele familii de curbe: t_r=f(I_BD); t_c=f(I_BI); t_i=f(I_BD); I_BD=ct.

Se atrage atentia ca osciloscopul trebuie sa fie sincronizat cu semnalul de intrare cu frontul pozitiv al acestuia la masurarea timpilor de deblocare ai tranzistorului (t_i si t_r) si cu frontul negativ al impulsului de intarare pentru masurarea timpilor de blocare ai tranzistorului (t_c si t_c). Se vor efectua numai masuratorile marcate in coloanele timpilor.