PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Transkrypt

1 PRACOWNIA ELEKTRONIKI Tema ćwiczenia: BADANIE MULTIWIBRATORA UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO W BYDGOSZCZY INSTYTUT TECHNIKI Imię i Nazwisko 4. Daa wykonania Daa oddania Ocena Kierunek Rok sudiów Grupa

2 BADANIE MULTIWIBRATORA. Przyrządy : Muliwibraor ; Zasilacz 6V ; Oscyloskop dwukanałowy ; Dwa przewody do zasilania i dwa przewody koncenryczne do oscyloskopu. 2. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jes poznanie budowy i działania muliwibraora. Ćwiczenie pozwala na poznanie ranzysora jako klucza serowanego prądem bazy. Pozwala akże na przeprowadzenie ładowania i rozładowywania kondensaorów przez rezysory procesy, od kórych zależą czasy rwania i czasy narasania impulsów. 3. Schema i opis układu C =0nF C 2 =33nF Układ zbudowany jes z ranzysorów T i T 2. Każdy z ranzysorów ma swój rezysor bazy ( R B i R B2 ) i swój rezysor kolekorowy ( R C i R C2 ). Kondensaory C i C 2 służą do sprzężenia pomiędzy ranzysorami. Dla celów dydakycznych układ jes wyposażony w klucze K i K 2. Na układ można parzeć jak na wzmacniacz dwusopniowy z pęlą dodaniego sprzężenia zwronego. Wzmocnienie napięciowe każdego ze sopni wzmacniacza wynosi około 00 V V. Wzmocnienie obydwu sopni jes iloczynem wzmocnień każdego ze sopni. k = k k 2 = = Każdy ze sopni odwraca fazę o π. Przesunięcie fazy obydwu sopni jes sumą przesunięć każdego ze sopni. ϕ = ϕ + ϕ 2 = π +π = 2π 0 Pęla sprzężenia zwronego jes zrealizowana przez połączenie wyjścia drugiego sopnia z wejściem pierwszego sopnia wzmacniacza za pomocą klucza K 2. Współczynnik sprzężenia zwronego wynosi β =. Iloczyn kβ = 0000 = Sprawia o, że warunek generacji kβ > jes spełniony z ogromnym zapasem i układ jes generaorem. Ponieważ warunek generacji jes spełniony w szerokim zakresie częsoliwości, układ generuje jednocześnie drgania o wielu

3 częsoliwościach. Rezulaem ego jes o, że kszał generowanego sygnału nie jes sinusoidalny, lecz prosokąny. 4. Wykonanie ćwiczenia Obejrzeć sarannie układ, zidenyfikować elemeny składowe i połączenia pomiędzy nimi, punky pomiarowe i gniazda zasilania. 5. Badanie ranzysora jako klucza serowanego prądem bazy W badanym układzie oworzyć klucze K i K 2. Włączyć zasilacz, usawić napięcie zasilania 6V i doprowadzić do badanego układu ( ZWÓCIĆ UWAGĘ NA POLARYZACJĘ). Włączyć oscyloskop, uruchomić kanał A, przełącznik w pozycji DC, czułość V/cm, położenie zera na dole ekranu. Za pomocą oscylogramu sprowadzić napięcia zasilania jeżeli różni się od usawionego na zasilaczu, o skorygować ak, by zmierzone oscyloskopem wynosiło 6V. Kanał A oscyloskopu dołączyć do kolekora ranzysora T ( gniazdo C ). Napięcie na kolekorze winno wynosić 6V. Zamykać i owierać klucz K. Zamknięcie klucza powinno spowodować spadek napięcia na kolekorze C prawie do zera. Przy zamknięym kluczu K zmierzyć napięcie w punkcie C przy czułości oscyloskopu 50mV/cm. Odczyać i zanoować warości ego napięcia. Wyciągnąć wnioski z obserwacji. Jeżeli klucz K jes owary o prąd bazy jes równy zero, co powoduje, że również prąd kolekora jes zerowy. Na kolekorze panuje akie samo napięcie jak na zasilaniu nie ma spadku napięcia na oporniku kolekorowym R C, zaem jeżeli obserwujemy, że na kolekorze jes akie samo napięcie jak na zasilaniu wyciągamy wniosek, że ranzysor nie przewodzi. Jeżeli klucz K jes zamknięy, o płynie prąd bazy, płynie prąd kolekora, mimo że na kolekorze napięcie jes bliskie zera. Zaem, jeżeli obserwujemy, że na kolekorze napięcie jes bliskie zera o wyciągamy wniosek, że ranzysor przewodzi. Powyższe wnioski są sprzeczne z prawem Ohma! Prawo Ohma nie sosuje się do ranzysora. Prąd kolekora zależy od prądu bazy a prawie nie zależy od napięcia kolekor - emier. 6. Obserwacja kszału drgań Na kanale A nasawić czułości 2V/DIV, zero na środku ekranu. Zamknąć klucze K i K 2 i obserwować drgania na kolekorach i bazach obydwu ranzysorów. Sporządzić oscylogramy obserwowanych przebiegów z zachowaniem właściwych relacji fazowych. W ym celu, jako punk odniesienia przyjąć przebieg drgań na kolekorze ranzysora T i obserwować go na kanale A, przy czułości 2V/DIV, zero na środku ekranu. Uruchomić kanał B, czułość 2V/DIV, DC i na ym kanale obserwować kolejno przebiegi na bazie ranzysora T (punk B ), kolekora ranzysora T 2 (punk C 2 ) i bazie ranzysora T 2 (punk C 2 ). Na kanale B, do obserwacji przebiegów na bazach usawić zero cm poniżej środka ekranu, a do obserwacji przebiegów na kolekorze na dole ekranu. Oscylogramy powinny wyglądać jak niżej:

4 Zwrócić uwagę na o, że na kolekorach napięcie zmienia się pomiędzy warością +6V a zerem (dokładniej około 50 mv). Naomias na bazach wysępują impulsy ujemne i wedy ranzysory nie przewodzą, a gdy napięcie wzrośnie do około +0,6V o przewodzą. Na ekranie oscyloskopu zbocza opadające impulsów są słabo widoczne bo plamka na ekranie przebiega bardzo szybko. Rysując oscylogramy zaznaczyć e zbocza normalną kreską. Wszyskie czery przebiegi powinny być narysowane na ej samej sronicy jeden pod drugim. 7. Wyjaśnienie kszału drgań na bazach i czasów rwania impulsów Rozważmy syuację panującą wedy gdy T przewodzi a T 2 nie przewodzi. Wedy nasępuje ładowanie kondensaora C. Prąd ładowania płynie od U CC przez opornik R C2, klucz K 2, kondensaor C i złącze baza emier ranzysora T do masy. Kondensaor zosaje naładowany do pełnego napięcia zasilania (dla uproszczenia zaniedbujemy napięcie 0,6V niezbędne do przepływu prądu bazy). Polaryzacja naładowanego kondensaora jes zaznaczona na rysunku. W pewnym momencie ranzysor T 2 zaczyna przewodzić kolekor i emier można rakować jako zamknięy klucz, kóry łączy dodanią okładkę kondensaora C z masą. Ponieważ kondensaor jes naładowany na bazie ranzysora T pojawia się impuls ujemny, kóry powoduje zakanie ego ranzysora. Od ego momenu rozpoczyna się rozładowanie kondensaora C prądem płynącym od U CC, przez opornik RB, kondensaor C i ranzysor T 2 (kolekor emier) do masy. Napięcie na bazie ranzysora T zmienia się w czasie jak na wykresie. Napięcie opisuje funkcja: U = U CC ( 2e ) gdzie = R B C Napięcie zmienia się od warości U CC i zmierza asympoycznie do warości +U CC. Nie osiąga jednak warości +U CC, gdyż z chwilą gdy zaczyna być dodanie, ranzysor T zaczyna przewodzić. Jeżeli dla uproszczenia rachunków założyć, że przepływ prądu bazy zaczyna się przy napięciu 0V a nie +0,6V o czas rwania impulsu można wyliczyć w sposób nasępujący : 0 = U CC ( 2e ) = 2e 2 = e 2 = e

5 ln2 = / = ln2 = 0,7 = 0,7 33 kω 0 nf W podobny sposób można wyliczyć czas rwania impulsu na ranzysorze T 2. 2 = 0,7 2, gdzie 2 = R B2 C 2 2 = 0,7 33 kω 33 nf Zmierzyć czasy rwania impulsów na kolekorach ranzysorów T i T 2. Zanoować wyniki. W opracowaniu porównać warości zmierzone z obliczonymi. 8. Pomiar czasów narasania impulsów Narasanie impulsu na ranzysorze T rozpoczyna się w chwili gdy en ranzysor przesaje przewodzić. Nie oznacza o, że przesaje płynąć prąd przez opornik kolekorowy R C. Od ego momenu rozpoczyna się ładowanie kondensaora C 2 : prądem płynącym od +U CC przez opornik R C, kondensaor C 2 i złącze baza emier kondensaora T 2. Napięcie na kondensaorze C 2 narasa jak na wykresie i jes opisane zależnością : U = U CC ( e ), gdzie 2 = R C C 2 2 Czas narasania impulsu jes zdefiniowany jako czas, po kórym impuls narasa do 90 % warości maksymalnej. n 0,9 U CC = U CC ( - e ) n = e 2 0 n 0 = e 2 ln0 = n 2 2 n = 2 ln0 n = 2,3 kω 33 nf W podobny sposób można wyliczyć czas narasania impulsu na ranzysorze T 2 n2 = ln0, gdzie = R C2 C n2 = 2,3 kω 0 nf Zmierzyć czasy narasania impulsów na obydwu ranzysorach. Zanoować wyniki. W opracowaniu porównać warości zmierzone z obliczonymi. Oszacować czas opadania impulsu. Opadanie impulsu jes rudne do obserwacji gdyż rwa bardzo króko (mniej niż µs prawdopodobnie około 0,µs). Najlepiej udaje się o zrobić na oscyloskopie PHILIPS

6 wykorzysując rozciąganie skali czasowej 0. Zwrócić uwagę na o, że ranzysor jako klucz jes bardzo szybki znacznie szybszy od kluczy mechanicznych. 9. Opracowanie Opracowanie powinno zawierać : Schema układu ; 2 Wyniki obserwacji i pomiarów ; 3 Oscylogramy ; 4 Obliczenia czasów rwania i narasania impulsów i porównanie ich z warościami zmierzonymi.