ELEMENTY ELEKTRONICZNE TS1C

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki nstrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: ELEMENTY ELEKTRONCZNE TS1C BAŁYSTOK 013

2 1. CEL ZAKRES ĆWCZENA LABORATORYJNEGO Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest: poznanie podstawowych właściwości i parametrów tranzystorów bipolarnych (tranzystory npn, tranzystory pnp, tranzystory Darlingtona; zapoznanie się z kartami katalogowymi badanych elementów; pomiar statycznych charakterystyk prądowo-napięciowych tranzystorów bipolarnych; pomiar współczynników wzmocnienia prądowego; badanie tranzystora w układzie źródła prądowego. Szczegółowy zakres ćwiczenia oraz typy i symbole badanych elementów podaje prowadzący na początku ćwiczenia.. WYPOSAŻENE STANOWSKA POMAROWEGO makieta uniwersalna, przedstawiona na rys.1; uniwersalna płyta łączeniowa GL-1F z przewodami łączeniowymi; regulowany zasilacz laboratoryjny HM704 (x 0 3 V/0 A + 1x 0 5,5 V/0 5 A; oscyloskop cyfrowy; generator funkcyjny; multimetry uniwersalne; miernik parametrów h tranzystora. Rys. 1 Makieta uniwersalna do badania tranzystorów bipolarnych skala 1:1 (Oznaczenia: szare kółka gniazda bananowe mm, czarne prostokąty miniaturowe listwy łączeniowe do mocowania elementów z dwoma lub trzema zaciskami

3 3. UKŁADY POMAROWE 3.1 Układ do wyznaczanie charakterystyk statycznych metodą "punkt po punkcie". Najprostszą, lecz bardzo czasochłonną metodą wyznaczania rodziny charakterystyk statycznych tranzystorów bipolarnych jest metoda punkt po punkcie". Pomiar powinien być wykonany możliwie szybko i przy wartościach prądów i napięć znacznie niższych od dopuszczalnych (problemy z nagrzewaniem się tranzystora. Zaletą metody jest stosunkowo duża dokładność. Jeżeli tranzystor potraktujemy jako czwórnik (rys., to możemy zdefiniować cztery 1 U 1 U Rys. Przyjęte oznaczenia prądów i napięć w czwórniku. rodziny charakterystyk statycznych: charakterystyki wejściowe: charakterystyki wyjściowe: charakterystyki przejściowe: charakterystyki zwrotne: 1 U 1 = f ( 1 1 U = const U = const 1 = const 1 = const (1 W zależności od sposobu włączenia tranzystora (wspólny emiter, wspólna baza, wspólny kolektor otrzymujemy różne rodziny charakterystyk statycznych. Przykładowo, dla tranzystora bipolarnego npn w układzie wspólnego emitera, przytoczone wyżej zależności (1 przyjmują postać: 3

4 charakterystyki wejściowe: charakterystyki wyjściowe: charakterystyki przejściowe: charakterystyki zwrotne: B C C U = f ( BE B BE CE U CE = const CE U CE = const B = const B = const ( Na rysunku 3 przedstawiony został schemat układu pomiarowego do zdejmowania charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego npn (w układzie wspólnego emitera metodą punkt po punkcie. Analogiczne schematy pomiarowe dla tranzystorów pnp oraz innych sposobów włączenia tranzystora należy przygotować samodzielnie. + Zasilacz _ R B ma V V ma R C + Zasilacz _ Rys.3 Schemat układu pomiarowego do wyznaczania charakterystyk statycznych tranzystorów bipolarnych metodą "punkt po punkcie" - układ wspólnego emitera 3. Układ do wyznaczanie statycznych charakterystyk wyjściowych tranzystora npn metodą oscyloskopową Zalety metody oscyloskopowej: możliwa jest obserwacja małych nieregularności charakterystyki, które mogłyby być pominięte (przeoczone w metodzie "punkt po punkcie", przy małym współczynniku wypełnienia impulsów napięcia i prądu badany element nagrzewa się nieznacznie, co pozwala na obserwacje w szerszym zakresie prądów, na ekranie oscyloskopu można obserwować jednocześnie kilka (rodzinę charakterystyk prądowo-napięciowych. Wadą omówionej metody jest stosunkowo mała dokładność. 4

5 Transformator 30V/4V R1 D do kanału X oscyloskopu zasilacz regulowany lub generator funkcyjny + _ R B U CE R E R do kanału Y oscyloskopu Rys.5 Uproszczony schemat układu do wyznaczania charakterystyk wyjściowych tranzystora bipolarnego npn metodą oscyloskopową Uproszczony schemat układu do wyznaczanie statycznych charakterystyk wyjściowych tranzystora bipolarnego npn metodą oscyloskopową przedstawiony jest na rysunku 5. Napięcie U CE doprowadzane jest do wejścia X oscyloskopu, natomiast spadek napięcia na rezystorze pomiarowym R - proporcjonalny do prądu kolektora - do wejścia Y (przyjmujemy, że prąd emitera jest praktycznie równy prądowi kolektora. Ze względu na umiejscowienie masy w układzie pomiarowym należy w oscyloskopie włączyć inwersję kanału Y. Sumaryczną wartość rezystancji R i R1 dobieramy w taki sposób, aby prąd płynący w obwodzie był mniejszy od dopuszczalnego prądu kolektora, zaś wartość rezystora R powinna zapewnić łatwe przeliczanie czułości kanału Y z napięciowej (V/div na prądową (/div. Pomocnicza dioda prostownicza D zapewnia odpowiednią polaryzację napięcia kolektor emiter. Płynna regulacja prądu bazy tranzystora (za pomocą zmiany napięcia zasilającego obwód bazy pozwala obserwować zmianę położenia i kształtu charakterystyki wyjściowej. Do jednoczesnej obserwacji dwóch różnych charakterystyk wyjściowych tranzystora, odpowiadających różnym prądom bazy, można wykorzystać generator funkcyjny. W generatorze ustawiamy przebieg prostokątny o częstotliwości rzędu Hz. Amplitudę oraz składową stałą przebiegu wybieramy w taki sposób, aby poziomy napięć (niski i wysoki zapewniały dwie różne, wybrane wartości prądu bazy. Przykładowe charakterystyki wyjściowe, otrzymane tą metodą przedstawione są na rysunku 6. 5

6 Rys.6 Przykładowe charakterystyki wyjściowe tranzystora bipolarnego npn otrzymane metodą oscyloskopową 3.3 Układy do badania elementarnych źródeł prądowych na tranzystorach bipolarnych +E1 +E +E1 +E A A R R obc R R obc obc obc 6

7 4. POMARY Uwaga! Przed rozpoczęciem pomiarów: zapoznać się z kartami katalogowymi badanych tranzystorów (dostępne w laboratorium lub na stronach internetowych; zanotować najważniejsze parametry dopuszczalne i charakterystyczne badanych elementów. 4.1 wyznaczyć metodą punkt po punkcie zadane rodziny charakterystyk statycznych wybranych tranzystorów; 4. wyznaczyć charakterystyki statyczne tranzystorów metodą oscyloskopową; 4.3 dokonać pomiaru parametrów hybrydowych tranzystora za pomocą miernika parametrów h w zadanych punktach pracy; 4.4 zaproponować metodę pomiaru współczynników wzmocnienia prądowego tranzystora (α i β; zdjąć zależność współczynnika wzmocnienia β od prądu kolektora (w zakresie od 1mA do 100mA przy stałej wartości napięcia U CE = V; 4.5 zaproponować metodę pomiaru współczynnika wzmocnienia prądowego β tranzystora Darlingtona (pamiętając, iż oczekiwana wartość jest duża rzędu A/A; zmierzyć wartość współczynnika wzmocnienia β przy U CE = V; 4.6 zbadać zależność wartości prądu obciążenia elementarnych tranzystorowych źródeł prądowych od wartości rezystancji obciążenia. 5. OPRACOWANE WYNKÓW POMARÓW Uwaga! Protokół pomiarowy po zakończeniu ćwiczenia powinien być podpisany przez prowadzącego i dołączony do sprawozdania z ćwiczenia. W sprawozdaniu należy zamieścić: schematy układów pomiarowych oscylogramy wyniki pomiarów w postaci tablic i wykresów przykłady obliczeń 7

8 W zależności od zakresu wykonanych badań: wykreślić charakterystyki statyczne zdjęte metodą punkt po punkcie ; na podstawie pomiarów charakterystyk wyjściowych wyznaczyć współczynniki wzmocnienia prądowego: statyczne ( trzech wybranych wartości napięcia U CE ; C B oraz dynamiczne ( C B dla na podstawie pomiarów charakterystyk wyjściowych wyznaczyć rezystancje wyjściowe tranzystora: statyczne ( różnych wartości prądu bazy; U CE C oraz dynamiczne ( UCE C dla dwóch wykreślić zależność współczynnika wzmocnienia prądowego β od wartości prądu kolektora (przy stałej wartości napięcia U CE ; wykreślić zależność wartości prądu obciążenia badanych źródeł prądowych od wartości rezystancji obciążenia; wyjaśnić kształt charakterystyk. 6. WYMAGANA BHP Warunkiem przystąpienia do praktycznej realizacji ćwiczenia jest zapoznanie się z instrukcją BHP, obowiązującą w Laboratorium, oraz przestrzeganie zasad w niej zawartych. 7. LTERATURA 1. Kołodziejski J., Spiralski L., Stolarski E. Pomiary przyrządów półprzewodnikowych, WKiŁ, Warszawa, Marciniak W. Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone, WNT, Polowczyk M., Klugman E. Przyrządy półprzewodnikowe, Wyd. Politechniki Gdańskiej, Filipkowski A. Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe, WNT, Tietze U., Schenk Ch. Układy półprzewodnikowe, WNT,