3.1 Verifica qualitativa del funzionamento di un FET

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Bruno Andreoli
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1 Esercitazione n. 3 Circuiti con Transistori Rilevamento delle curve caratteristiche Questa esercitazione prevede il rilevamento di caratteristiche V(I) o V2(V1). In entrambi i casi conviene eseguire la misura con due strumenti, rispettivamente per la variabile di ingresso (quella che viene variata dall operatore per spostarsi nei vari punti da misurare), e per quella dipendente, o di uscita. Gli strumenti possono essere due multimetri, oppure un multimetro e l oscilloscopio. Voltmetri e amperometri analogici collocati sugli alimentatori sono generalmente di precisione non adeguata. 3.1 Verifica qualitativa del funzionamento di un FET E possibile verificare qualitativamente il comportamento di un dispositivo a effetto di campo con un semplice esperimento: predisporre un multimetro per la misura di resistenze (campo fino a 1 MΩ); collegare Drain e Source al multimetro, lasciando aperto il Gate (come se si dovesse misurare la resistenza tra Drain e Source); muovere nelle vicinanze (2-10 cm) del Gate un oggetto elettricamente carico (ad esempio materiale plasitico strofinato su lana). Evitare di toccare direttamente il morsetto di Gate; si osservano delle brusche variazioni della resistenza tra Source e Drain, dovute alle cariche elettriche indotte sul morsetto di Gate, che - modulando lo spessore della zona di svuotamento in prossimità della giunzione - varia la conducibilità del canale. Questo esperimento permette di verificare rapidamente se un dispositivo a effetto di campo (FET) è ancora operativo. Per non danneggiare il componente, evitare di toccare il terminale di Gate! 3.2 Verifica qualitativa del funzionamento di un BJT E possibile verificare qualitativamente se le giunzioni di un transistore bipolare hanno subito danni: predisporre un multimetro per la verifica di diodi (di solito indicata con il simbolo del diodo), oppure per la misura di resistenze (campo fino a 100 kω); verificare il corretto funzinamento delle giunzioni BE e BC: per ciascuna giunzione misurare la resistenza nei due versi: da un lato deve esservi conduzione, dall altro assenza di conduzione, o resistenza molto alta. Questa prova indica se le giunzioni sono danneggiate, ma non verifica la funzionalità del transistore in zona attiva: se viene rilevata una anomalia nelle giunzioni il transistore sicuramente va considerato guasto; in assenza di anomalie può invece essere operativo. Una reale verifica di funzionalità va eseguita misurando il β (operazione direttamente eseguibile su alcuni multimetri). 1

2 3.3 Caratteristiche di un transistore a effetto di campo (FET) Montare il circuito riportato nello schema a lato, realizzando i generatori di tensione variabile con l alimentatore. Il JFET è tipo 2N3819 o similare. Le resistenze R G e R D inserite rispettivamente nelle maglie Gate-Source e Drain-Source servono per limitare di corrente in caso di errati collegamenti. La misura delle tensioni V GS e V DS deve essere effettuata sui morsetti del dispositivo, a valle delle resistenze. La resistenza nella maglia di Drain permette anche di ricondurre la misura della corrente I D a una misura di tensione. Effettuare inizialmente le misure su 4-5 punti nel campo indicato, e in un secondo passo infittirle nelle zone con variazione più rapida della grandezza di uscita. Per limitare la potenza dissipata nel transistore,evitare valori di I D (o I C ) superiori a 10 ma. a) Ponendo V DS a 10 V e variando V GS da 0 a - 5 V, ricavare la trascaratteristica I D (V GS ), e la tensione di pinch-off V P. b) Ponendo V GS = V P /2 e variando V DS da 0 a +, ricavare un ramo della caratteristica I D (V DS ). + V GG G V GS D I D S V DS + V DD Suggerimenti: se la regolazione sull alimentatore non consente di regolare facilmente le tensioni basse, inserite un partitore (realizzato con un potenziometro) all uscita dell alimentatore stesso. attenzione al segno della V GS : per dispositivi a canale N deve essere V GS < 0 V. 2

3 3.4 Caratteristiche di un transistore bipolare (BJT) Montare il circuito riportato nello schema a lato, con transistore tipo 2N2222 o similare, con le stesse avvertenze del montaggio precedente (Ia maglia di base é pilotata in corrente dal gruppo V BB -R B ). a) Ponendo a e variando I B da 1µA a 100µA circa, tracciare la caratteristica I C (I B ) e il grafico di β = I C /I B. R B I B I C R C 3,9k b) Per tre valori di I B : 3µA, 10µA, 50µA, variando V CE da 0 a + ricavare tre rami della caratterisica di uscita I C (V CE ). V BB + 220k + V BE V CE Suggerimenti: Usando il generatore di segnali con onda triangolare come sorgente di tensione V BB o variabile, tracciare le caratteristiche sopra indicate direttamente sullo schermo dell oscilloscopio. 3.5 Punto di funzionamento di BJT Gli schemi riportano due diversi circuiti di polarizzazione. In questi circuiti e nei successivi porre =, salvo diversa indicazione. 1M I B I C I B I C R4 a) Calcolare il punto di funzionamento I B, I C, V CE ; b) Misurare I B, I C, V CE, V BE nei due circuiti (evitare, per quanto possibile, di modificare il circuito per eseguire la misura, ad esempio effettuando misure indirette della corrente) c) Confrontare i risultati delle misure con il punto di funzionamento calcolato d) Ripetere le misure con altri transistori dello stesso tipo e con transistori diversi. Discutere le differenze riscontrate tra le due reti di polarizzazione e tra i vari transistori 3

4 3.6 Circuiti amplificatori - 1 Il circuito di questo punto e i seguenti sono una serie di varianti successive dello stesso schema base. Conviene predisporre il montaggio in modo tale da poter eseguire le varianti senza dover smontare e rimontare totalmente il circuito. Montare il circuito riportato nel primo schema a) Calcolare il punto di funzionamento I B, I C, V CE ; b) Verificare il punto di funzionamento (I C, V CE ) c) Misurare il guadagno a 1000 Hz. d) Misurare la resistenza equivalente di ingresso (inserire in serie all ingresso una resistenza di valore prossimo a quello stimato per la R I, e misurare la variazione di segnale). e) Misurare la resistenza equivalente di uscita (inserire in parallelo all uscita una resistenza di valore prossimo a quello stimato per la R U, e misurare la variazione di segnale). Suggerimenti: I condensatori presenti nel circuito sono elettrolitici; valutare il segno della componente continua su ciascun morsetto per inserirli con polaritá corretta. Verificare la forma d onda in uscita; la misura deve essere effettuata con segnale non distorto; eventualmente ridurre con un partitore l ampiezza del segnale fornito dal generatore. 4

5 3.7 Circuiti amplificatori - 2 Inserire in uscita uno stadio a collettore comune, come indicato nello schema. a) Calcolare il punto di funzionamento I B, I C, V CE del transistore Q2; b) Verificare il punto di funzionamento (I C, V CE ) del transistore Q2 c) Verificare il nuovo guadagno a 1000 Hz d) Misurare la resistenza equivalente di ingresso. e) Misurare la resistenza equivalente di uscita Discutere le differenze rispetto al circuito precedente. Q2 R5 2.2k 5

6 3.8 Circuiti amplificatori - 3 Eseguire le stesse misure sui due circuiti qui riportati. a) Calcolare il punto di funzionamento I B, I C, V CE dei transistore e Q2; b) Verificare il punto di funzionamento (I C, V CE ) c) Misurare il guadagno a 1000 Hz d) Misurare la resistenza equivalente di ingresso e la resistenza equivalente di uscita. e) Discutere le differenze rispetto ai circuiti precedenti. 3.3k 2N2222 R N k 2N2222 R4 330 Q2 R5 2.2k 6

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