Continuazione dell'esecuzione delle prove A e B Fase 4: misure delle caratteristiche di uscita a
emettitore comune del BJT.
1)
Misura della corrente collettore - emettitore a base aperta
Iceo : La
corrente Iceo è troppo debole per essere misurata con un
multimetro di tipo comune: i valori che essa assume sono inferiori alla
massima sensibilità degli strumenti. Infatti le minime correnti teoricamente apprezzabili con un multimetro HP974A, FLUKE 8060A e NORMA D1216 sono di seguito riportate:
OSS.: è stata considerata la risoluzione dello strumento
alla massima sensibilità per correnti continue, come fornito dalle specifiche
tecniche degli strumenti. 2)
Scelta della frequenza di prova: Per
effettuare il rilievo della caratteristica del BJT bisogna innanzitutto
scegliere la minima frequenza della sinusoide che il transistor bipolare deve
amplificare in grado di introdurre delle distorsioni non molto evidenti da
parte del trasformatore. Il
valore della frequenza scelto sia durante la prova A che B è di 0,6
kHz. Bisogna
anche osservare che bisognava scegliere una frequenza non molto elevata del
segnale sinusoidale e bisognava compensare in maniera adeguata la sonda,
affinché la curva caratteristica del BJT, visualizzata sull’oscilloscopio (
solo nella prova A ) impostato in modalità XY, non presentasse alcuna
isteresi sui due assi . 3)
Visualizzazione delle curve caratteristiche e misure relative: Dopo
aver collegato opportunamente alla basetta sperimentale l’oscilloscopio, il
generatore di segnali e il multimetro, abbiamo effettuato le misure della
tensione massima ai capi di R1
(con l’oscilloscopio) al variare della corrente di base IB (misurata
con il multimetro). La
regolazione della IB è
ottenuta attraverso i due potenziometri R3 ( effettua una
regolazione grossolana ) e R4 ( effettua una regolazione fine ), a
VCE costante ( 4V ) che visualizziamo sull’altro canale
dell’oscilloscopio utilizzando la sonda in posizione 10X. I
valori nominali della corrente di base scelti nelle due prove e le
corrispondenti misure della tensione ai capi di R1 sono riassunti
nella seguente tabella:
Ipotizziamo
di aver misurato la resistenza R1 con il multimetro HP974A per cui
si ha che: R1 = 102,60 ± 0,087 W in
base ai calcoli eseguiti durante la fase 1. Allo
stesso modo, se ipotizziamo di misurare la corrente IB con il
multimetro HP974A, dobbiamo tener conto delle sue specifiche quando è
utilizzato come amperometro: ·
visore
a “ 4
cifre “ (circa 100
000 punti di
misura ); ·
portate
(utilizzo come amperometro): sono riportate nella tabella successiva ; ·
risoluzione
e precisione: dipendono dalle portate adoperate secondo la seguente tabella:
per cui le componenti dell’incertezza sono : ·
errore
massimo di guadagno:
; ·
errore
massimo di quantiz. :
;
·
errore
massimo di offset e di non linearità (integrale):
;
E le formule adoperate per il calcolo dell’errore massimo assoluto e relativo percentuale sono:
dove
con x indichiamo la lettura dello strumento. Attraverso
questi valori possiamo compilare la seguente tabella per ogni misura di
corrente di base effettuata:
OSS.:
durante le due prove si pensava che il valore della corrente IB
letto sul multimetro
potesse variare leggermente nel tempo. In realtà, nel nostro caso specifico
queste variazioni non sono state per niente apprezzabili, perché il
multimetro utilizzato nelle due prove aveva una sensibilità molto bassa e
quindi nella tabella di sopra non indichiamo nessuna misura massima, minima o
media di IB , ma direttamente la lettura ottenuta ( uguale al valore nominale ). Resta da valutare l’errore massimo assoluto e relativo percentuale
nella misura con l’oscilloscopio della tensione ai capi di R1 al
variare della corrente IB. Ipotizziamo di utilizzare l’oscilloscopio analogico Tektronix TAS 220
con l’uso dei cursori, gli oscilloscopi digitali HP54501A e HP54600B e le
schede di acquisizione NB-A2000 e Lab-PC+: consideriamo tutte le specifiche
e le relative formule dell’errore massimo assoluto e relativo percentuale
elencate nelle pagine precedenti e completiamo le seguenti tabelle :
OSS.: per gli oscilloscopi digitali ipotizziamo di aver
utilizzato gli stessi guadagni verticali dell’oscilloscopio analogico nelle
varie misure.
OSS.:
il valore del full-scale range considerato per valutare le componenti
dell’incertezza nelle schede di acquisizione ipotizziamo che sia
pari a: FSR
= Kv × 8 div dove Kv è il corrispondente
guadagno verticale utilizzato per effettuare lo stesso tipo di misura con gli
oscilloscopi.
Adesso
possiamo calcolare la corrente di collettore IC e quindi
l’amplificazione di corrente b
con le formule
:
I
rispettivi errori ( massimo assoluto e relativo percentuale ) sono valutabili
attraverso gli errori da cui sono affetti le grandezze che compongono le due
funzioni e che sono raccolti nelle tabelle precedenti al variare della
corrente di base e dello strumento adoperato. Dalla
legge di propagazione degli errori si ricava l’errore relativo su un
rapporto di due grandezze misurabili e se ci poniamo ovviamente nell’ipotesi
del “caso peggiore” si ha:
con
ovvio significato dei simboli introdotti per indicare i vari errori relativi
percentuali. Riassumendo,
possiamo completare le seguenti tabelle, in cui riportiamo i valori di IC
e b con i
rispettivi errori al variare della corrente IB di misura,
utilizzando i dati raccolti nelle tabelle precedenti per ogni strumento
considerato e utilizzando le formule: ·
corrente
IC :
; · guadagno di corrente b : . dove
si ha sempre :
. OSS.:
le cifre significative utilizzate nell’indicare i vari valori di VR1
sono quelle fornite dalle tabelle precedenti nella presentazione del risultato
della misura.
4)
Per la sola prova B, sono state salvate nella memoria
dell’oscilloscopio digitale ( HP 54501A ) le forme d’onda della tensione
massima ai capi di R1 e tra collettore ed emettitore del BJT. Infine
questi dati sono stati riversati sul computer per poterli successivamente
elaborare in MATLAB fino ad ottenere una stima dei parametri del BJT.
|