Grundlagenpraktikum 2. Teil. Versuch : Bipolarer - Transistor. 1. Vorbereitung

Transkript

1 Versuch : Bipolarer - Transistor Fassung vom Vorbereitung Siehe hierzu auch die Laborordnung. (s. Anhang) 1.1 Informieren Sie sich bitte sorgfältig über folgende Themen und Begriffe: Wirkungsweise bipolarer Transistoren, Kennlinienfelder, dynamische Kenngrößen, Ersatzschaltbilder. 1.2 Studieren Sie bitte gründlich die im Anhang beigefügten Datenblätter zum verwendeten Transistor BC 107B; Angegebene Grenzwerte dürfen keinesfalls überschritten werden! 1.3 Zu einigen Punkten dieses Versuches (s. Abschn. 2) sind vor Beginn des Praktikums kurze Abschätzungs- Rechnungen durchzuführen. 1.4 Verwenden Sie einige Sorgfalt auf die Formulierung von erläuterndem Text. 1.5 Verwendeter Transistor: BC 107B Ansicht von unten E B C 1.6 Schaltzeichenerklärung: Kollektor auf Gehäusepotential! Frequenzgenerator zur Erzeugung einer Dreieckspannung Uo Gleichspannungsquelle x Verstärker y -Verstärker Zweikanal Oszilloskop zur xy- Darstellung (Kennlinie)

2 2. Versuchsdurchführung: 2.1 Eingangskennlinie I B = f (U BE ), U CE = konstant. Die Verlustleistung des Transistors soll P = 2 / 3 P max bei keinem Versuchspunkt überschreiten. Die Eingangskennlinie ist bei zwei unterschiedlichen Spannungen U CE (5V, 15V) darzustellen. (Bei Parametervariationen sind hier wie in den folgenden Diagrammen alle Kennlinien in einem einzigen Plot unterzubringen). Schätzen Sie vorher für U CE =5V und U CE =15V den jeweils maximal zulässigen Basisstrom I B für den ungünstigsten Fall (B Streuung beachten!) ab. Die Eingangskennlinie ist mit folgender Meßschaltung aufzunehmen: x -Verstärker Uo 100 k BC107 U G (t) y -Verstärker f=200hz Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 2 von 16

3 Welcher Wert U Gss darf jeweils (U CE = 5V, U CE = 15V) nicht überschritten werden? Bauen Sie die Meßschaltung auf und führen Sie den Versuch durch. Achten Sie hier wie auch bei anderen Darstellungen am Oszilloskop darauf, daß nur ca. 1 Periode dargestellt wird. Besondere Sorgfalt ist der Einstellung der Nullpunkte für Ströme und Spannungen (Kennlinien- Nullpunkte!) zu widmen! Diskutieren Sie, mit welcher Genauigkeit die gemessene Spannung U G (t) den Basisstrom I B (t) repräsentiert. Korrigieren Sie entsprechend den Bildschirm- Plot. Bildschirm- Plot der Eingangskennlinien (U CE = 5V, 15V): Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 3 von 16

4 Ermitteln Sie bei beiden Kennlinien den dynamischen Eingangswiderstand r BE des Transistors. (Bei gleichem I B ). Diskutieren Sie, welcher Effekt für die U CE abhängige Verschiebung der Kennlinienverläufe maßgebend ist. Sind die oben ermittelten r BE Werte tendenziell plausibel? Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 4 von 16

5 2.2 Stromverstärkungskennlinie I C = f (I B ), U CE = konstant. Bauen Sie die angegebene Meßschaltung auf. :Der Basisstrom wird vereinfacht durch die Spannung U G (t) dargestellt! x -Verstärker U o 100 k BC107 U (t) G f=200hz 33Ω y -Verstärker Nehmen Sie die mit dieser Meßmethode dargestellte Kennlinie I C = f (I B ) jeweils für U CE = 5V und U CE = 15V auf. Diskutieren Sie den Fehler in B, der durch diese Art der Basisstrom- Messung U G (t) entsteht. Nehmen Sie am Bildschirm- Plot die entsprechende Korrektur vor. Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 5 von 16

6 Bildschirm- Plot der Stromverstärkungskennlinien I C = f (I B ), U CE = konstant. : Ermitteln Sie für beide U CE Spannungen die Stromverstärkung B des Transistors, bei I B = konstant. Wie können die Unterschiede erklärt werden? Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 6 von 16

7 2.3 Übertragungskennlinie I C = f(u BE ),U CE in Näherung konstant. Es ist eine geeignete Meßschaltung zu vervollständigen und aufzubauen: x -Verstärker U o 100 k BC107 U (t) G f=200hz 33Ω y -Verstärker Berechnen Sie jeweils für U CE = 5V und U CE = 15V den maximal erlaubten Kollektorstrom I C, wenn die im Transistor umgesetzte Leistung P = 2 / 3 P max nicht überschreiten soll. Welche maximalen zulässigen Werte für U Gss ergeben sich daraus? Nehmen Sie die Übertragungskennlinien für die beiden Spannungen U CE = 5V und U CE = 15V auf. Bildschirm- Plot: Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 7 von 16

8 Diskutieren Sie die Ursachen für die Unterschiede der beiden erhaltenen Kennlinien. Ermitteln Sie aus den Übertragungskennlinien (jeweils für I C konst.) graphisch die ΔIC Steilheit g m = U CE = konstant. ΔU BE Welche Werte für die Steilheit erhält man, wenn man die Beziehung IC g m = (T 300K) zugrunde legt? U T β Die Steilheit kann auch über den Zusammenhang g m = ermittelt werden r BE (Zahlenwerte aus Messung unter 2.1 und 2.2). Wenden Sie auch diese Methode an. Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 8 von 16

9 Diskutieren Sie die Diskrepanzen. Nehmen Sie die Übertragungskennlinie I C = f (U BE ), U CE = 5V bei Raumtemperatur und mit Kältespray auf. Bildschirmplot I C = f (U BE ), U CE = 5V: Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 9 von 16

10 2.4 Ausgangskennlinienfeld I C = f (U CE ), I B = konstant.! Generator U G (t) über Trenntrafo! 33Ω y -Verstärker U G (t) f=200hz 100 k BC107 Uo x -Verstärker Schätzen Sie den maximal zulässigen Basis- bzw. Kollektorstrom ab, wenn die im Transistor umgesetzte Leistung P = 2 / 3 P max nicht überschreiten soll (U CEmax = 15V). Welchen Wert darf U 0 demnach nicht überschreiten? Nehmen Sie nacheinander die Ausgangskennlinie I C = f (U CE ), I B = konstant, für drei geeignete Basisstromwerte auf. (In einem Plot!) I B1 =, I B2 =, I B3 = Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 10 von 16

11 Bildschirm- Plot: Entnehmen Sie dem Kennlinienfeld drei Werte für r CE (bei U CE = 5V) sowie die Stromverstärkung β (bei U CE = 5V). Vergleichen Sie β mit dem unter 2.2 erhaltenen Wert für B. Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 11 von 16

12 Anhang / BC 107B Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 12 von 16

13 Anhang / BC 107B Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 13 von 16

14 Anhang / BC 107B Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 14 von 16

15 Anhang / BC 107B Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 15 von 16

16 Laborordnung für A317 und A Den Anweisungen des Praktikums/Übungsleiters und dessen Beauftragten ist Folge zu leisten. Der Studierende soll sich an dem ihm zugewiesenen Arbeitsplatz aufhalten. 2. Unbefugter Aufenthalt im Labor ist verboten. Es müssen immer mindestens zwei Personen im Labor arbeiten - der Aufenthalt einer Einzelperson im Labor ist verboten! Für Unfälle bei unbefugtem Aufenthalt wird keine Haftung übernommen. 3. Verlassen die letzten beiden Personen das Labor, so ist dafür Sorge zu tragen, dass die Laborspannung abgeschaltet wird und der Raum abgeschlossen wird. 4. Die Durchführung elektrischer Versuche birgt besondere Gefahren. So kann das Berühren spannungsführender Teile, die unter höherer Spannung als 50V Wechsel- bzw. 120V Gleichspannung stehen, unter ungünstigen Verhältnissen bereits tödlich sein. Es ist streng verboten, fremde Aufbauten und Messanordnungen zu berühren, irgendwelche Veränderungen vorzunehmen oder Messgeräte und Leitungen daraus zu entfernen, sowie Geräte von anderen (evtl. z. Zt. nicht benutzten) Plätzen zu entnehmen. Auf das Gefahrenpotential wird nochmals ausdrücklich hingewiesen. Versuchsbedingte Umbauten dürfen nur im spannungslosen Zustand erfolgen. Für Aufbauten mit Spannungen über 40V sind ausnahmslos Sicherheitslaborleitungen zu verwenden. Alte Laborleitungen dürfen in diesen Aufbauten nicht mehr verwendet werden, auch nicht für Schaltungsteile, die mit kleinerer Spannung betrieben werden. 5. Mit den Laboreinrichtungen und Geräten ist sorgfältig umzugehen. Verursachte oder festgestellte Schäden an Geräten, Einrichtungen oder an Personen sind sofort dem Aufsichtsführenden zu melden. Für vorsätzlich oder fahrlässig verursachte Schäden haftet der Benutzer persönlich! 6. Um einen Praktikumsversuch sicher, mit der nötigen Sachkompetenz und im vorgegebenen Zeitrahmen durchführen zu können und Gefährdungen von Teilnehmern und Laboreinrichtungen zu vermeiden, wird von jedem Teilnehmer zum jeweiligen Versuchsthema eine sorgfältige Vorbereitung erwartet. Die Vorkenntnisse der Teilnehmer können durch studienleitende Maßnahmen (z.b. Eingangskolloquium, Fragen während des Versuches) überprüft werden. 7. Verstößt ein Laborbenutzer gegen diese Richtlinien, so kann er vom Laborleiter bis zur Dauer eines Semesters von der weiteren Nutzung des Labors ausgeschlossen werden. HINWEIS auf notwendiges Verhalten im GEFAHRENFALL: Bei Unfällen mit elektrischem Strom ist der STROMKREIS SOFORT zu UNTERBRECHEN. (Not-Aus-Schalter). Im Übrigen gelten die Bestimmungen für das Verhalten bei Bränden und anderen Gefahren gemäß der Hausordnung. Nürnberg, den Prof. Dr. Sebald Bipolarer - Transistor Fassung vom Seite 16 von 16