UKŁADY POLARYZACJI I STABILIZACJI PUNKTU PRACY

Transkrypt

1 P.z. K.P.. Laboratorium lektroniki 2FD 200/10/01 UKŁADY POLAYZAJI I TAILIZAJI PUNKTU PAY TANZYTOÓW 1. WTĘP Tematem ćwiczenia są podstawowe zagadnienia polaryzacji i stabilizacji punktu pracy tranzystorów bipolarnych. Na wstępie ćwiczenia dokonuje się pomiarów niektórych parametrów badanego tranzystora ( β,u ) oraz ich zależności od temperatury. Wyniki tych pomiarów wykorzystuje się do samodzielnego obliczania trzech następujących układów polaryzacji tranzystora bipolarnego : - z zasilanie stałym prądem bazy - z ujemnym sprzężeniem zwrotnym prądowo szeregowym, reprezentujący grupę układów wykorzystujących do stabilizacji punktu pracy ujemne sprzężenie zwrotne -z zasilaniem stałym prądem emitera. Po samodzielnym zmontowaniu układów polaryzacji bada się i porównuje ich właściwości. 2. OPI TNIZNY ADANY UKŁADÓW 2.1. Układy polaryzacji i stabilizacji punktu pracy tranzystora bipolarnego (wkładka DA021A) adanie układów polaryzacji i stabilizacji punktu pracy tranzystora bipolarnego umożliwia wkładka DA021A Jej płytę czołową pokazano na ys.2. Wszystkie badane układy polaryzacji skonstruowane są w oparciu o ten sam tranzystor DA 021A outputs 2, Vc I T T 4 7, 1 0, T T ys.1. chemat układu scalonego UL1111 (widok z góry) P Jest on jednym z pięciu identycznych tranzystorów układu scalonego UL1111 (patrz ys.1). We wkładce DA021A znajdują się dwa odrębne układy pomiarowe, które wykorzystują tranzystor. W pierwszym z nich dokonać można pomiaru statycznego, zwarciowego wzmocnienia prądowego β0 badanego tranzystora oraz pomiaru nor ipe ys.2. Płyta czołowa wkładki DA021A jego napięcia baza-emiter (U). W drugim zaś można realizować wymienione we wstępie trzy układy polaryzacji punktu pracy tranzystora. Tranzystor ten może być przełączany, za pomocą przełącznika T, P" umieszczonego na płycie czołowej wkładki, albo do układu pomiaru parametrów w funkcji temperatury β0, U = f ( T ) (wciśnięty klawisz T ) albo do układu, w którym można ustawić jego wybraną polaryzację (wciśnięcie P). Układ do pomiaru parametrów β, i U tranzystora T1 - którego schemat przedstawiono na ys.. umożliwia :

2 P.z. K.P.. Laboratorium lektroniki 2FD 200/10/01 2,V V 7,V U c 0,mA 1mA ma tranzystor badany + _ I I 100k;0,2% ys.. Uproszczony schemat ideowy układu do pomiarów parametrów β 0, U. I a) wymuszenie napięcia na kolektorze tego tranzystora o wartościach: 2.V, V, 7.V za pomocą źródła napięcia stałego (T6) regulowanego skokowo. Napięcie U jest tu w przybliżeniu równe napięciu U, ponieważ potencjał emitera tranzystora T1 jest prawie równy zero. b) wymuszenie stałego prądu emitera tranzystora T1 o wartościach: 0, ma,1 ma lub ma - za pomocą źródła prądowego (T7), regulowanego skokowo. Napięcie U (patrz ys.) mierzone jest w omawianym układzie bezpośrednio, w węźle oznaczonym jako (U U). 4,k D1 AVP17 1 7,k 2 2,4k 2,4k 1 źródło napięcia Uc 11 9 T nF 7, 2, sterowanie temp. 2 1nF T T 1 9 2,2k k 47k 4k 20k 0, 1 źródło prądu I T1 147 T1 U1 UL1111 tranzystor badany ys.4.chemat ideowy badanej wkładki DA021A I 100k ,2% U2 I 6 ma741 układ do pomiaru U, I Prąd bazy natomiast określa się pośrednio,wykorzystując do jego obliczeń wyniki pomiarów napięć w węzłach i wartości rezystora 1. Znając wartości prądów: bazy i kolektora można obliczyć współczynnik β0. Pomiary wykonuje się przy różnych temperaturach pracy tranzystora T1. Do kontrolowanego podgrzewania płytki układu scalonego UL1111 służą tranzystory T4,T współpracujące z układem sterowania temperaturą (patrz ys.4.). Tranzystor T pracuje jako grzejnik i jest połączony z gniazdem "" na płycie czołowej. Tranzystor T4 jest czujnikiem temperatury i jest połączony z gniazdem "". W układzie z ys.4. kondensator 1 jest źródłem polaryzującym bazę tranzystora T6 w momencie przełączania napięcia U i nie dopuszcza do wyłączenia tego tranzystora. Przez diodę D1 płynie prąd wyjściowy źródła prądowego T7 w czasie kiedy emiter tranzystora T1 jest odłączony od tego źródła. Druga część ćwiczenia umożliwia realizowanie różnych układów polaryzacji tranzystora (ys..), uprzednio projektowanych wg. zało- T P U U 1 T 12 4,7k 11,1k T 10 1k 0,% 2 4 T2 11,1k U +V 1,k układ polaryzacji 12 4,7k U 10 1k;0,% 1 k ys.. chemat ideowy układu umożli- wiającego zrealizowanie i badanie różnych układów polaryzacji tranzystora

3 P.z. K.P.. Laboratorium lektroniki 2FD 200/10/01 żeń podanych w obliczeniach wstępnych projektowych. Do zacisków na płytce drukowanej podłącza się rezystory (patrz ys.6.) o wartościach samodzielnie obliczonych. W tej części układu badanego można mierzyć natężenie prądu kolektora tranzystora (w sposób analogiczny jak omawiany wcześniej prąd I czyli różnica potencjałów w punktach i przez wartość rezystora 10 ) oraz napięcia kolektora i emitera, w różnych układach polaryzacji i dla różnych temperatur tranzystora T1. Układ 1 U U Układ 2 Układ U U ' U 1 2 U ' U1 U2 T ys. 6. Uproszczony schemat montażowy płytki drukowa- ys.7. chematy ideowe badanych układów pola- n ej wkładki DA021A (widok od strony elementów) ryzacji i stabilizacji punktu pracy tranzystora Do wyboru jednego z widocznych na ys.7. układów polaryzacji tranzystora służą umieszczone na płytce drukowanej dwa przełączniki suwakowe. Przełącznik oznaczony jako 1 ustawiony w pozycji pozwala mierzyć układ 1 (ze stałym prądem bazy). Przesunięcie przełącznika 1 w prawo do pozycji umożliwia włączenie do pomiaru pozostałych dwóch układów polaryzacji tranzystora. Układy te wybieramy przełącznikiem 2. Jeśli jest on ustawiony w pozycji to wkładka pomiarowa przystosowana jest do badania tranzystora w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym prądowo szeregowym (układ na ys.7.) natomiast przesunięcie tego przełącznika do pozycji umożliwia pomiar badanego tranzystora w układzie ze stałym prądem emitera (układ 2).. OLIZNIA WTĘPN POJKTOW Obliczenia wstępne dotyczą niektórych elementów układów polaryzacji montowanych w zaciskach wkładki DA021A. Należy wybrać punkt pracy tranzystora T1 taki, aby można go było zrealizować w układzie do pomiarów I i U. (patrz. ys..). Następnie tak zaprojektować badane układy polaryzacji, aby we wszystkich trzech otrzymać wybrany punkt pracy tranzystora T1. prowadza się to do wyliczenia wartości rezystorów w układach 1,2, na ys.7. dla tego samego (wybranego przez siebie z ys..) punktu pracy tranzystora przy znanych pozostałych wartościach napięć w liczonych obwodach (odczytanych ze schematu ideowego na ys.4). Przed ćwiczeniem należy przeprowadzić te obliczenia, które nie wymagają znajomości wartości wzmocnienia prądowego i napięcia baza-emiter tranzystora T1 w wybranym punkcie pracy. Pozostałe przeprowadzić w trakcie ćwiczenia. hodzi tu o to aby wyliczyć przed zajęciami te wartości rezystorów, gdzie nie potrzebna jest znajomość współczynnika β tranzystora natomiast tam gdzie jest ona niezbędna należy wyprowadzić wzory końcowe na wartości rezystorów w poszczególnych układach. Umożliwi to szybkie policzenie ich wartości po zmierzeniu β w początkowej fazie ćwiczeń. 4. POMIAY I OWAJ 4.1. Pomiary zależności wybranych parametrów tranzystora od temperatury (wkładka DA021A). W układzie do pomiarów parametrów tranzystora należy zmierzyć zależność β0(t) (pośrednio) i U(T) w wybranym uprzednio do obliczeń projektowych punkcie pracy tranzystora T1, w zakresie temperatur od 0 do 90. Punkt pracy tranzystora wybieramy wciskając odpowiednie klawisze na płycie czołowej wkładki DA021A ( V =U, I =I ). Do sterowania temperaturą układu scalonego UL1111 należy użyć

4 P.z. K.P.. Laboratorium lektroniki 2FD 200/10/01 wkładki A9011.Temperaturę, którą ma osiągnąć badany układ scalony nastawia się za pomocą przełącznika klawiszowego umieszczonego na płycie czołowej wkładki. Wciśnięcie pojedynczego klawisza nastawia temperaturę zgodną z opisem klawisza. Wciśnięcie dwóch górnych klawiszy nastawia temperaturę 60 a wciśnięcie dwóch dolnych klawiszy 90. chemat połączenia układu pomiarowego przedstawiono na ys..8: układ sterowania temperaturą przełącznik czterokanałowy dc DA021A A9011 A4022 A I WY D V.. układ badany ys.8. chemat połączeń układu do pomiarów parametrów tranzystora Pomiary stałości punktu pracy tranzystora w różnych układach polaryzacji. Dokończyć obliczenia wartości rezystorów montowanych do układów polaryzacji badanego tranzystora, wykorzystując znane obecnie wartości β0 i U (wziąć wartości dla 0 ), przełączyć tranzystor T1 do drugiego bloku pomiarowego we wkładce DA021A (wciśnięty klawisz P ) a następnie należy : a) przy wyłączonym zasilaniu kasety z wkładkami rozmontować poprzedni układ pomiarowy, chwytając za aluminiowy uchwyt na płycie czołowej wysunąć wkładkę z kasety pomiarowej, przykręcić w odpowiednich miejscach (patrz ys.6.) wyliczone rezystory dla układu z zasilaniem stałym prądem bazy, ustawić przełączniki suwakowe 1, 2 (ys.6) w odpowiedniej dla tego układu polaryzacji tranzystora pozycji, połączyć układ pomiarowy jak na ys.9 i sprawdzić (oraz ewentualnie skorygować), w temperaturze 0 otrzymany punkt pracy tranzystora T1. Korekcji punktu pracy poprzez zmianę wielkości wyliczonych rezystorów dokonujemy wówczas, gdy zmierzone wartości U i I różnią się znacznie od tych, które były przyjęte do obliczeń i pomiarów w punkcie 4.1. Najlepiej jest w takiej sytuacji dobrać eksperymentalnie tylko jeden z rezystorów (np. ) tak aby uzyskać możliwie najbardziej zbliżone do założonych wartości I i U Po tych czynnościach wstępnych zmierzyć i narysować zależności I(T) oraz U(T). b) powtórzyć wszystkie czynności wymienione w p 4.2.a) dla układu z rezystorem emiterowym i układu ze źródłem prądowym. Zmierzyć i narysować zależności I(T) oraz U(T) dla tych układów. układ sterowania temperaturą przełącznik czterokanałowy dc DA021A A9011 A4022 A WY D V.. układ badany ys.9. chemat połączeń układu pomiarowego do badania układów polaryzacji tranzystora. OPAOWANI WYNIKÓW 1 Wykreślić (wydrukować) wszystkie zmierzone charakterystyki. 2 Dla układu z zasilaniem stałym prądem bazy - oszacować jaka część przyrostu prądu kolektora spowodowana jest zmianą napięcia U a jaka zmianą β0 (patrz punkt 4.2)

5 P.z. K.P.. Laboratorium lektroniki 2FD 200/10/01 W jaki sposób sa uzyskiwane stałe wartości napięcia 2. V, V, 7 V we wkładce DA021A 4 Dlaczego do pomiaru temperatury możliwe jest zastosowanie tranzystora (T4) Wyjaśnić zasadę dzialania układu z ys.. w tym rolę wzmacniacza operacyjnego (U2) 6 Wyjaśnić zasadę działania źródła prądowego (ys.4.-t7) 7 Wyjaśnić zasadę działania układu na ys.7 8 U ( T ) Wyznaczyć względną stabilność temperaturową punktu pracy i I ( T ) dla dwóch wybra- T nych temperatur 9 Uzasadnić, która polaryzacja zapewnia najlepszą stabilizację punktu pracy T