background image

Experiment (3): Bipolar Junction Transistor Characteristics Circuit

 

 

1

 

2016/2017

 

 
 
 
 

 
Study Objective: 

(1) Understanding the structures and symbols of the transistors. 
(2) Understand the characteristics of the transistors. 
(3) Learning to judge the quality of transistor by using instruments. 
 
 

Introduction: 

1. New Terminology: 

(a)  β  (h

fe

):  The  current  gain  when  the  transistor  is  connected  as  a  CE.         

β= I

C

/I

B

. The β value can be looked up from the data sheet, or 

can be by experiment. 

(b)  α:  The  current  gain  when  the  transistor  is  connected  as  a  CB  circuit.       

α= I

C

/I

E 

= β /(1+ β). 

(c)  Transistor:  The  current  that  flows  through  C  and  E  terminals  of  the 

transistor will be changed in response to I

B

. In other words, I

B

 

will  control  the  internal  resistor  of  CE.  The  transistor  is 
substantially  a  "transferable  resistor"  that  can  transfer  the 
input  signal  into  the  magnitude  of  resistor.  Transistor  is 
therefore a combined word of "transfer" and "resistor". 

 

2. Basic Principle: 

A) Structures and characteristics of the transistors 

i) Structures of the transistors 

The transistors can be classified  into two major types  - 

PNP  and  NPN  type.  Their  structure  diagrams  are  respectively 
shown in Fig. 1 (a) (b). E (Emitter), B (Base) and C (Collector) 

respectively represents the three terminals of the transistor.

 

                

Fig.1 Structure Diagram of Transistor 

 

Experiment No. (3) 

 

Bipolar Junction Transistor 

Characteristics Circuit 

 


background image

Experiment (3): Bipolar Junction Transistor Characteristics Circuit

 

 

2

 

2016/2017

 

ii) Characteristics of the transistors 

As  shown  in  Fig.  2  (a),  if  a  forward  bias  (P  and  N  are 

respectively  connected  to  positive  and  negative  polarity)  is 
applied across  the  terminals  of  E-B  so  that  V

BE

  will  reach  the 

potential barrier (0.7V for silicon, and 0.2V for germanium), a 
forward current I

B

 will be generated between E-B. This forward 

bias  causes  a  substantial  flow  of  current  across  the  input 
junction.   

Since  the  base  is  very  thin  and  is  lightly  doped  a  very 

few of the holes recombine with  the electrons in  the base, and 
the  majority  swept  the  reverse  biased  junction  between  base 
and collector under the influence of the applied voltage on the 
collector  

As shown in Fig. 2 (b), we can see that:  

(1) I

E

 = I

B

 + I

C

,  I

C

 = βI

B

 

Fig. 2 (b), 

 

 

(2) I

C

 = αI

Fig. 2 (a),

 

 

 

Fig. 2 Bias Method for PNP Transistor

 

B) Symbols and Basic Circuits of the transistors 

 

i) Symbol

 

 

 

 

 

 
 
 
 

                         Fig. 3 Symbols of the Transistor

 

 

Figure 3 shows the symbols of the transistor that have the following meaning: 

(1)  The  arrow  in  the  emitter  used  to  differentiate  between  NPN  and  PNP

The  outward  pointed  arrow  represents  NPN  type,  and  the  inward 
pointed arrow represented PNP type. 

 (2) Arrow is used to indicate the direction of the current. 

 
 


background image

Experiment (3): Bipolar Junction Transistor Characteristics Circuit

 

 

3

 

2016/2017

 

ii) Basic circuits 

The  basic  bias  and  current  direction  of  the  NPN  and  PNP  types  are 

respectively shown in Fig. 4 (a) and (b).

 

 

Fig. 4 Basic circuits for NPN & PNP 

 
 
(iii) V-I characteristic curve of the transistor in CE 

The transistor has two V-I characteristic curves: 
1)  Input  Characteristic:  If  the  collector-emitter  voltage(V

CE

)  is 

kept constant, the curve of base current, I

B

, versus V

BE

 is called the 

input characteristic of transistor (Fig.5 (a)). This curve is similar 
to the characteristic curve of a diode. 
2)  Output  Characteristic:  The  other  set  of  characteristic  curves 
are the  output  characteristic curves  (Fig.5  (b)). These  curves  are 
more  important  since  they  define  the  regions  of  operation  of  the 
transistor  (table(1)  depicts  these  regions).  These  curves  show  the 
relation between I

C

 and V

CE

 at each value of  I

B

. As you can see, I

B

 

controls the collector current. 

 

                    
                     

 
 
 
 
 
 
 
 
 

(a): Input Characteristics Curve           (b): Output Characteristics Curve 
 

 

Fig.5

 

 
 
 
 
 
 

V

CE

 

I

C

 

  


background image

Experiment (3): Bipolar Junction Transistor Characteristics Circuit

 

 

4

 

2016/2017

 

Table (1): operation regions of the transistor 

Operating Region 

 

BC Junction 

BE Junction 

Features 

Cut-off 

Reverse 

Reverse 

I

≈ I

≈ I

E

 ≈ 0 

Saturation 

Forward 

Forward 

V

CE 

≈ 0 

Active 

Reverse 

Forward 

Amplifier 

Reverse-active 

Forward 

Reverse 

Limited Use 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

Experiment (3): Bipolar Junction Transistor Characteristics Circuit

 

 

5

 

2016/2017

 

Experiment Equipments: 

(1) KL-200 Linear Circuit Lab. 
(2) Experiment Module: KL-23002. 
(3) Experiment Instrument: 1. digital multimeter. 

      2. Oscilloscope. 
      3. Signal generator. 

(4) Tools: Basic hand tools. 
(5) Materials: As indicated in the KL-23002. 

 
Experiment items: 

Item One :Experiment for Input Characteristics of NPN      

Transistor and Measurements of l

E

, l

B

 and l

C

 
Experiment Procedures: 

(1) Connect the circuit shown in Fig. 7. 
(2) Connect the ammeters to measure I

B

I

C

 and I

E

.  

(3) Adjust VR1 (1MΩ) so that I

B

 as table 2. 

(4) View I

B

, I

C

 and I

E

, and then record the result. 

Fig. 7( NPN transistor ) 

 
 

Experiment Results for item 1:  
 

Table(2) 

I

B

 

 

I

C

(mA) 

I

E

(mA) 

β = I

C

/ I

B

 

20 µA  

 

 

 

30 µA 

 

 

 

50 µA 

 

 

 

 

 
 
 


background image

Experiment (3): Bipolar Junction Transistor Characteristics Circuit

 

 

6

 

2016/2017

 

Item two : Experiment for input characteristics (relationship 

between I

B

 and V

BE

 )

 

(1) Connect the circuit shown in Fig. 8 . 
(2) Adjust VR2 (10kΩ) so that V

CE

 = 10 V. 

(3)  Adjust  VR3(50kΩ)  so  that  I

B

  will  sequentially  be(  2µA  -  4µ  A- 

6µA- 8µA - 10µA. see table 3 . 

(4)  Referring  to  input  characteristic  curve,  utilize  the  data  shown  in 

Table 4 to plot the input characteristic curve . 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

                                          

Table (3)

 

V

CE 

(V) 

I

B  

(µA) 

V

BE

  

10 

 

 

10 

 

 

10 

 

 

10 

 

 

10 

 

 

 

 
 
 
 
 
 

VR2

 

VR3

 


background image

Experiment (3): Bipolar Junction Transistor Characteristics Circuit

 

 

7

 

2016/2017

 

Item Three (3) Measurement and Plotting the Output  

Characteristics Curve of  BJT . 

Experiment Procedures: 

(1) Connect the circuit shown in Fig. 9 . 
(2) Adjust VR2 (10kΩ) so that I

B

 = 0 μA. 

(3) Adjust VR1 (1kΩ) so that V

CE

 will sequentially be ( 0.1V - 0.3V - 

0.5V  -  0.7V  -  1.0V  -  2.0V  -  3.0V  -  4.0V  -  5.0V)  and  will 
eventually approach to V

CC

. Record each corresponding I

C

 value 

in Table 5 

(4)  Adjust  VR2  so  that  I

B

  will  be  the  values  as  indicated  in  Table  4, 

then repeat Step (3) to measure V

CE

 and I

C

. Record the result in 

Table 4. 

(5)  Referring  to  output  characteristic  curve,  utilize  the  data  shown  in 

Table 4 to plot the output characteristic curve .

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

Fig. 9 

Experiment Result for item three: 

Table (4)

 

 (a) I

B

 

= 0μA 

V

CE   

(V)

 

0.1V  0.2V 

0.3 

0.4V  0.5V  0.7V  1.0V  3.0V  5.0V 

I

C

  ( mA) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b) I

B

 

= 10μA(9.3) 

V

CE   

(V)

 

0.1V  0.2V  0.3V  0.4V  0.5V  0.7V  1.0V  3.0V  5.0V 

I

C

  ( mA) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(c) I

B

 

= 20μA(21.4) 

V

CE   

(V)

 

0.1V  0.2V  0.3V  0.4V  0.5V  0.7V  1.0V  3.0V  5.0V 

I

C

  ( mA) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(d) I

B

 = 4

0μA 

V

CE   

(V)

 

0.1V  0.2V  0.3V  0.4V  0.5V  0.7V  1.0V  3.0V  5.0V 

I

C

  ( mA) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(f) I

B

 

= 60μA 

V

CE   

(V)

 

0.1V 

0.2V 

0.3V 

0.4V 

0.5V 

0.7V 

1.0V 

3.0V 

5.0V 

I

C

  ( mA) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VR2

 

VR1

 


background image

Experiment (3): Bipolar Junction Transistor Characteristics Circuit

 

 

8

 

2016/2017

 

Discussion: 
 

1.  For Characteristics of the transistor, why is I

B

 far smaller than I

C

?

 

2.  Plot the V-I   (input and output) characteristics curve for C.E of the 

transistor for each cases NPN and PNP.  

3.  What  are  the  regions  indicated  in  the  output  characteristics  of  the 

transistor? And For amplifier circuit, in which region should the transistor 
operate? 

4.  what are the regions that transistor operate as switch? Answer with draws. 
5.  Choose the correct answer: 

(a) P

C

 means: 

1. The power consumption in collector. 
2. The power consumption in emitter. 
3. The collector current. 

(b) Select one of the following items that its maximum rated values can be 

looked up from the specification manual. 
1. I

E

2. I

B

3. P

C

.

 

(c) For BJT transistor, which is wrong among the following descriptions? 

1. Transistor is a bipolar device. 
2. Transistor is a voltage-control device. 
3. Transistor is a current-control device. 

(d) I

C

 of the transistor is. 

1. I

= β I

B.

 

2. I

C

 = (1+β) I

B.

 

3. I

C

 = I

E

 + I

B.

 

(e) Which one of the following items is represented by β

1. Current gain factor. 
2. Voltage gain factor. 
3. Power gain factor. 

(f) β value is equal to: 

1. I

C

/I

E

2. I

C

/I

B

3. I

E

/I

B

 

6 . Write a conclusion for this experiment. 




رفعت المحاضرة من قبل: Younis Rahema
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 539 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل