RELAZIONE DI LABORATORIO DI ELETTRONICA

Rilievo della curva caratteristica di un B J T

Obiettivi:  Analizzare il funzionamento di un transistor,ricavare i diagrammi di ingresso e di uscita, verificare il riscontro teorico: utilizzo del transistor per l'amplificazione ed il controllo di un segnale.

Cenni teorici

IL TRANSISTOR

Il transistor è stato inventato nel 1948 presso i laboratori bell, utilizzando come materiale semiconduttore il germanio. A quella data può essere fatto risalire l'inizio dell'elettronica a semiconduttore, che in cinquant'anni di sviluppo impetuoso ha messo a punto le tecniche di miniaturizzazione così spinte da consentire al giorno d'oggi l'integrazione di alcuni milioni di componenti elettronici su un'unica piastrina di silicio (cip).

In questo capitolo si farà riferimento al transistor bipolare o gjt, così chiamato perché in esso il processo di conduzione coinvolge portatori di carica elettrica di entrambi le polarità, positiva e negativa. Un altro tipo di transistor, quello ad effetto di campo.

Il bjt presenta una caratteristica fondamentale: esso consente di controllare , mediante una corrente d'ingresso di basso valore,  l'intensità di una corrente d'uscita molto più elevata. Questa proprietà fa si che il transistor bipolare possa essere impiegato sia come amplificatore di correnti, è quindi di tensione , sia come interruttore controllato in corrente.

Come componente discreto è utilizzato nell'amplificazione audio e video, il trattamento dei segnali a radiofrequenza e nell'elettronica di potenza . Inoltre costituisce l'elemento base di buona parte dei circuiti integrati presenti sul mercato, sia analogici (amplificatori operazionali, amplificatori audio , ecc) sia digitali (famiglie logiche ttl e cl).

Caratteristica della tecnologia del transistor:

CARATTERISTICHE DI USCITA:

Esse rappresentano l'andamento della corrente Ic al variare di Vce per valori costanti di Ib. Se il guadagno hfe=Ic/Ib si mantenesse perfettamente costante, le curve dovrebbero presentare andamento orizzontale ed equidistante per uguali variazioni di Ib. In realtà le curve tendono ad addensarsi nella parte alta e in quella bassa del diagramma, indice del fatto che hfe tende a diminuire sia per correnti alte che per correnti basse. Per valori di Ic dell'ordine di Icb0, hfe assume addirittura valori prossimi all'unità.

Le curve inoltre, presentando una sia pur contenuta pendenza, indicano che hfe aumenta con Vce per Ib costante. Questo comportamento, noto come effetto Early, può essere spiegato nel seguente modo: l'aumento di Vce e quindi della polarizzazione inversa della giunzione Jc, provoca un espansione della zona di transizione all' interno della base in cui avvengono le ricombinazioni e per ciò un aumento di  α, di β e quindi di hfe.

Circuito di misura

Componenti utilizzati:

  BJT  tipo   BC 107

  R = 100 K

Strumenti utilizzati:

  Voltmetro digitale

  Amperometro digitale

  2 Alimentatori variabili   0             12 Volt

Circuito di misura:

Sintesi operativa:

Si è montato su Bread-board il transistore BC107 con collegata alla base una resistenza di limitazione del valore di 100 KSi pone, attraverso l'amperometro,  I_B corrente di base fissandola nel primo caso a 10 mA, indi si da a V_CE valori crescenti regolando opportunamente A 2, secondo i valori riportati in tabella e per ogni valore di tensione verificare il valore di corrente segnalato dell'amperometro posto in serie denominato I_C esso misura la corrente che fluisce nel collettore la grandezza della corrente è misurata in mA quindi verrà posto il commutatore dell'amperometro su una grandezza adeguata nel nostro caso di 20 mA. Per tutta la prova si manifesta una leggera diminuzione della corrente di base, che verrà opportunamente resa costante variando il generatore A 1.

Rilevati tutti i dati si effettuerà il grafico, viene espressa la funzione  I_c = f  (V_CE, I_B) , essendo tre grandezze viene posta I_B ad un valore e nel grafico viene inserito nell'asse delle ascisse V_CE e nell'asse delle ordinate I_C. Nei tre casi il grafico si alza aumentando I_B quindi aumentando la corrente di base viene aumentata anche la corrente che può fluire nel collettore.

La seconda parte dell'esperienza consiste nel rilevare il grafico che rappresenta la caratteristica di ingresso. Ossia l'andamento della corrente di ingresso I_B in funzione della tensione V_BE per valori costanti della V_CE. Vengo rilevati e riportati nella tabella V_BE ,  I_B , I_c.

Viene anche inserito il valore hfe rapportando I_B  e I_c.

               Disposizione dei piedini del transistor BC 107

Primo rilevamento

Corrente di base pari a 10 mA

Viene fissato l'alimentatore V1 ad una tensione circa di 1 Volt.

Tabella dati:

Grafico della caratteristica d'ingresso:

Secondo rilevamento

Corrente di base pari a 20 mA

Viene fissato l'alimentatore V1 ad una tensione circa di 2 Volt. Secondo la legge di ohm.

Tabella dati:

Grafico:

Terzo rilevamento

Corrente di base pari a 30 mA

Viene fissato l'alimentatore V1 ad una tensione circa di 3 Volt.

Tabelle dati:

Grafico:

Di seguito è riportato il grafico che evidenzia la  variazione della corrente variando la corrente de base, dal basso si parte con una corrente di base di 10mA, 20mA, 30mA.

Parte seconda

Rilievo della caratteristica di ingresso

Modalità operativa

Si fissi Vce a 5 Volt attraverso il generatore numero2, si modifichi quindi il valore di A1, in modo da ottenere diversi valori di Vbe, come indicato in tabella e si ricavino i corrispondenti valori di Ib. Durante la prova è utile anche il rilievo dei valori di Ic , corrente di collettore, che consentono di tracciare le altre curve caratteristiche.

Tabella dati:

Data la sensibilità degli strumenti soprattutto relativi agli alimentatori variabili è stato difficile trovare valori precisi delle diverse grandezze.

Il valore Hfe è il rapporto tra  la corrente di collettore e la corrente Ib di base, esso rappresenta il guadagno in corrente continua.

Tabella relativa

Ib  =  f(Vbe) con Vce costante

Ic  =  f (Vbe) Vce costante

Hfe  =  f(Ic) Vce costante

In entrambi i primi due grafici sono riconducibili alla caratteristica di un diodo. Si ha la medesima tensione di soglia al valore di 0.7 V.

Nell'ultimo grafico il risultato non è accettabile, questo è dovuto ad errori di rilevamento o di calcolo.

Calcoli per l'hfe:

Hfe con Vbe=0.6   = 1 : 0.12 = 8.3

Hfe con Vbe=0.65  = 3 : 0.3  = 10

Hfe con Vbe=0.7  =  12 : 3.36 = 3.6

Hfe con Vbe=0.75 = 168 : 53.5 = 3.1

Hfe con Vbe=0.8 = 286 : 76.8 = 3.7

Conclusioni

L'esperienza è stata svolta con accuratezza data la sensibilità degli strumenti, si sono trovate alcune difficoltà nella costruzione del circuito dovute all'ingombro degli strumenti e dei cavi, sono stati utilizzati cavi sia a banana sia con il coccodrillo da un capo. Verificato il circuito si è partiti con il rilevamento dei dati. Si è scelto come misuratore della corrente di base un multimetro che avesse la scala molto piccola in grado di misurare piccole correnti con il minimo errore.

Per la seconda parte si è ricostruito il circuito con l'inserimento di un multimetro su Vbe. I dati sono stati rilevati anche se gli strumenti forniti non  erano in grado di segnalare con accuratezza le piccole correnti del valore di qualche microampere. Nel complesso l'esperienza è stata positiva si è maggiormente compreso il funzionamento del transistor, in questo caso del transistor Bc107, e dei grafici della caratteristica di ingresso e di uscita dello stesso.