I. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi modelami małosygnałowymi tranzystora bipolarnego oraz metodami pomiaru niektórych parametrów tych modeli. Badaliśmy również wpływ zmian częstotliwości sygnału wejściowego na interesujące nas wielkości. Zwróciliśmy uwagę na własności wzmacniające tranzystora pracującego w konfiguracji wspólnego emitera. Wszystkich pomiarów dokonywano dla tranzystora mocy typu BD 285. Tranzystory tego typu mają współczynnik nieidealności bliski 1 (n≈1). W celu uzyskania lepszych wyników każdorazowo punkt pracy był ustalany na około Ic= 50 mA i Uce= 5 V. Prąd kolektora regulowaliśmy prądem bazy przy pomocy potencjometru ze źródła napięcia wbudowanego w moduł pomiarowy TM1.
II. Opracowanie wyników
1. Wyznaczanie modułu |h21e(f)| , częstotliwości granicznej fb oraz pojemności dyfuzyjnej złącza emiter - baza Cb'e
|
f [kHz]
|
Uce [mV]
|
Ic [A]
|
|
1
|
100
|
0,01
|
|
2,5
|
100
|
0,01
|
|
4
|
100
|
0,01
|
|
6
|
100
|
0,01
|
|
8
|
100
|
0,01
|
|
10
|
100
|
0,01
|
|
30
|
93
|
0,0093
|
|
50
|
84
|
0,0084
|
|
70
|
72
|
0,0072
|
|
90
|
66
|
0,0066
|
|
100
|
62
|
0,0062
|
|
200
|
40
|
0,004
|
|
300
|
30
|
0,003
|
|
400
|
20
|
0,002
|
|
500
|
15
|
0,0015
|
|
600
|
13
|
0,0013
|
|
700
|
12
|
0,0012
|
|
800
|
10
|
0,001
|
|
900
|
10
|
0,001
|
|
1000
|
7
|
0,0007
|
Uzyskane wartości amplitudy Uce dla różnych częstotliwości zostały zestawione w tabeli obok. Zmieściłem tam również odpowiadające poszczególnym wartościom Uce wyznaczone ze wzoru 
amplitudy składowej zmiennej Ic , R1=10W
Korzystając z zależności 
można wyznaczyć wartość amplitudy Ib . Ponieważ R3 = 10 kW , amplitudę generatora utrzymywano na stałym poziomie Ug = 0,5 V, zatem niezależnie od częstotliwości Ib = 0,05 mA
Na podstawie wartości Ic zestawionych w pierwszej tabeli oraz wyliczonej wartości Ib wyznaczyłem ze wzoru 
szukane wartości modułu |h21e| w poszczególnych punktach pomiarowych. Uzyskane wyniki dla całego zakresu częstotliwości zamieściłem w tabeli obok.
|
f [kHz]
|
h21
|
|
1
|
454,545
|
|
2,5
|
454,545
|
|
4
|
454,545
|
|
6
|
454,545
|
|
8
|
454,545
|
|
10
|
454,545
|
|
30
|
422,727
|
|
50
|
381,818
|
|
70
|
327,273
|
|
90
|
300,000
|
|
100
|
281,818
|
|
200
|
181,818
|
|
300
|
136,364
|
|
400
|
90,909
|
|
500
|
68,182
|
|
600
|
59,091
|
|
700
|
54,545
|
|
800
|
45,455
|
|
900
|
45,455
|
|
1000
|
31,818
|
Na podstawie danych z tabeli możemy w skali logarytmicznej wykreślić zależność wartości modułu małosygnałowego współczynnika transmitancji prądowej |h21e| tranzystora od f.
Z wykresu przedstawionego na rysunku wynika, że wartość współczynnika h21e dla częstotliwości rzędu kilku kHz jest równa stałoprądowemu współczynnikowi wzmocnienia b0. Więc: h21e(1kHz)|=b0 = 454,545
Z rysunku można również odczytać częstotliwość graniczną fb , przy której wzmocnienie prądowe spada o 3 dB, czyli taką częstotliwość, że h21e=b0 / 
=321: fb = 58 kHz
Wartość pojemności złącza baza-emiter Cb'e oraz czas przelotu nośników przez tranzystor w kierunku normalnym tN , wyliczę podstawiając wyliczone wcześniej wartości do poniższych wzorów:
Przyjmuję, że UT = 26 mV, nE = 1
Otrzymane wyniki: Cb'e = 3,43 nF tN =6,86ns
τN możemy również policzyć korzystając zależności Cb'e»Cde=gmτN, gm=IC/UT =1,98 A/V
2. Wyznaczanie współczynnika h11e oraz rezystancji szeregowej bazy rbb'
Pomiarów koniecznych do wyznaczenia impedancji wejściowej h11e tranzystora BD285 wykonaliśmy przy częstotliwości f = 1 kHz. Zmierzyliśmy następujące wartości amplitud składowych zmiennych napięcia generatora ug i napięcia baza-emiter ube
Ug = 1,03 V Ube = 0,031 V
Wówczas h11e przyjmie postać: h11e=R3Ube/(Ug-Ube) gdzie R3=10kΩ
h11e=309Ω
Wartość rezystancji dyfuzyjnej emitera obliczamy korzystając ze wzoru rb'e=UT/IB
rb'e = 268W
Współczynnik β obliczam korzystając ze wzoru: h21e = gmrb'e º b, gdzie gm=IC/UT =1,9
β = 536
Korzystając z zależności h11e » rbb' + rb'e i obliczonej obliczam wartość rezystancji rozproszonej bazy rbb'
rbb' = 51 W
3. Wyznaczanie pojemności złączowej Cb'c
Pojemność Cb'c liczymy zgodnie ze wzorem:
,
gdzie Uce to potencjał kolektor-emiter, Ube to napięcie baza-emiter, a C to pojemność kondensatora (359 [pF]) plus pojemność sondy oscyloskopu (16 [pF]).
Zmierzone napięcia Uce i Ube wynoszą kolejno 3,2 [V] i 0,5 [V], a obliczona pojemność
Cb'c=44 [pF].
4. Wyznaczanie kondunktancji wyjściowej h22
W układzie jak w instrukcji, zgodnie z definicją ustawiamy właściwy punkt pracy prądu bazy IB= const i doprowadzamy zmienne napięcie uce(t). W ustalonym przez układ punkcie pracy mamy R3>>rb'e, co pozwala przyjąć, że obwód bazy jest rozwarty dla składowej zmiennej. Pomiar prądu zmiennego Ic zapewnia rozwarcie dla składowej zmiennej Ib=0 w obwodzie bazy. Amplitudę Ic mierzymy na rezystorze R2 zgodnie ze wzorem 
.
Kondunktancję wyjściową policzymy więc ze wzoru: 
Zmierzone wartości: Uxc = 18 mV, UCE = 225 mV, R2 = 51Ω
Kondunktancja wyjściowa wynosi więc: h22e = 1,6 mS, rCE = 1/h22e= 625 Ω
III. Wnioski
W ćwiczeniu wyznaczaliśmy cztery współczynniki macierzy hybrydowej tranzystora jako czwórnika h11, h12, h21, h22. Wyniki są obarczone błędem spowodowanym głównie niedokładnością odczytu napięć na oscyloskopie. Celem ćwiczenia było także wyznaczenie pojemności Cb'e, czasu przelotu nośników w kierunku normalnym TN oraz pojemności złączowej Cb'c i rezystancji rb'b. Cztery wyznaczone parametry tranzystora jako czwórnika jednoznacznie określają jego zachowanie przy pracy małosygnałowej. Uzyskane przez nas wartości szukanych parametrów tranzystora BD285 są zbliżone do tych jakich należało się spodziewać dla tranzystora pracującego w obszarze aktywnym normalnym.
Uzyskaliśmy również wartość Cb'e >> od Cb'c , co jest słuszne ze względu na fakt, iż w przyjętym w ćwiczeniu punkcie pracy, wartości pojemności barierowych są znacznie mniejsze od pojemności dyfuzyjnej złącza emiterowego. Zgodny jest również z oczekiwaniami wynik, wskazujący na znacznie większą wartość rezystancji rce=1/gce od rezystancji rb'e. Gdyby było inaczej, tranzystor nie miałby malej rezystancji wejściowej i dużej wyjściowej, a więc nie byłyby spełnione w naszym ćwiczeniu warunki pomiaru parametrów h i uzyskane wyniki nie byłyby prawdziwe.
Zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi zaobserwowałem począwszy od pewnej częstotliwości znaczny spadek wzmocnienia prądowego tranzystora b wraz ze wzrostem częstotliwości, już przy częstotliwości fb = 58 kHz wartość tego wzmocnienia spadła o 3 dB. Jak widać częstotliwość graniczna tranzystora w konfiguracji WE ma stosunkowo niedużą wartość i mimo, iż tranzystor w rozważanym układzie ma duże wzmocnienie, to trzeba się jednak liczyć z jego istotnym spadkiem przy wysokich częstotliwościach.
Reasumując ćwiczenie uważam za przeprowadzone pomyślnie, wyniki doświadczalne potwierdziły teoretyczne rozważania.
