Tranzystory bipolarne. Podstawowe układy pracy tranzystorów.

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 4 Tranzystory bipolarne. Podstawowe układy pracy tranzystorów. I. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z układami zasilania tranzystorów. Wybór punktu pracy tranzystora. Statyczna prosta pracy. II. Układ pomiarowy Wszystkie pomiary należy wykonać z wykorzystaniem makiety: Punkt pracy tranzystora bipolarnego przedstawionej na rysunku poniżej. Tranzystory: 1. BD243C 2. BC BF N3055 Rys. 1. Makieta Punkt pracy tranzystora bipolarnego Makieta wymaga zasilania z dwóch zasilaczy AC1 i AC2. Podczas wykonywania pomiarów należy pamiętać o nieprzekraczaniu dopuszczalnych wartości napięć i prądów. 1

2 III. Przebieg ćwiczenia 1. Przełącznik zasilanie ustawić w pozycji wył. Podłączyć zasilanie do makiety. 2. Wyznaczyć prostą pracy w układzie wzmacniacza pracującego w konfiguracji wspólnego emitera OE a) skonfigurować wzmacniacz do pracy w konfiguracji OE; ustawić R E = 0, R B1 ( ), przełącznik Generator w pozycji Wyłączony, sterowanie układu tylko składowa stała, b) podłączyć woltomierze napięcia stałego do wyjść U RC oraz U CE c) wybrać tranzystor np. BC547, d) określić zasilanie układu: U CC = +15V e) wybrać rezystancję R C (musi być 0) 1,2 kω, f) pokrętło do regulacji napięcia E ustawić w skrajne lewe położenie, g) załączyć zasilanie, h) dla ustalonego napięcia E wyznaczyć punkt pracy układu (U CEQ, I CQ ), przy czym prąd I CQ wyznaczyć należy korzystając z metody pośredniej (pomiar napięcia na znanej rezystancji), i) punkt pracy nanieść na charakterystykę wyjściową (otrzymaną na poprzednich zajęciach), j) zmieniając napięcie E wykreślić całą prostą pracy układu, k) zmienić wartość R C na 2,4 kω i ponownie wykreślić prostą pracy, l) zmienić wartość napięcia zasilania Ucc = +5V, powtórzyć pomiary dla jednej, wartości R C =1,2 kω (punkty 1.e 1.j). 3. Wyznaczyć prostą pracy w układzie wzmacniacza z emiterowym sprzężeniem zwrotnym a) zmodyfikować układ wzmacniacza z punktu 2 poprzez wprowadzenie sprzężenia zwrotnego - R E 0, b) nie zmieniać wybranego tranzystora, c) określić napięcie zasilania na U CC = +15V, d) ustawić R C = 1,2 kω, e) wykreślić prostą pracy podobnie jak w punkcie Wykreślanie prostych pracy na podstawie obliczeń analitycznych a) na podstawie informacji zawartych w punkcie IV i wartości elementów podanych na płycie czołowej makiety wykreślić proste pracy układów badanych w punkcie 2 i 3. b) porównać otrzymane proste pracy, wyjaśnić ewentualne rozbieżności. 5. Pomiar maksymalnej amplitudy sygnału wyjściowego w układzie OE (R E =0, R C = 2,4 kω), dla U CC = 15V a) do makiety podłączyć tranzystor małej mocy, np. BC547, b) ustawić przełącznik Generator w pozycję Wył, c) do wejścia Generator podłączyć generator drgań sinusoidalnych, d) częstotliwość pracy generatora ustawić na 1 khz, amplitudę na wartość minimalną, 2

3 e) przełącznik sterowanie układu ustawić w pozycję umożliwiającą sumowanie sygnału z generatora z napięciem stałym, f) ustawić napięcie UCEQ na wartość odpowiadającej około połowie napięcia zasilania, g) do wyjścia wzmacniacza podłączyć oscyloskop, h) przełącznik generator ustawić w pozycję Zał, i) regulując amplitudą generowanego sygnału, zanotować maksymalną amplitudę sygnału wyjściowego, sprawdzić czy sygnał wyjściowy jest symetrycznie zniekształcany, j) pomiary powtórzyć dla U CEQ = ¼ U CC oraz U CEQ = ¾ U CC IV. Podstawowe wiadomości niezbędne do wykonania ćwiczenia Wybór punktu pracy wzmacniacza tranzystorowego (statyczne napięcie U CEQ oraz prąd I CQ ) ma decydujący wpływ na jego parametry. Zadaniem konstruktora układu elektronicznego jest między innymi wybór warunków zasilania elementów aktywnych, które umożliwią osiągnięcie założonego punktu pracy i utrzymanie go w zmieniających się, w założonych przedziałach wartości, warunkach zewnętrznych. Przykładowe układy zasilania tranzystorów bipolarnych przedstawiono na rys. 2. a) b) c) Rys. 2. Przykładowe układy zasilania tranzystora: a) dwubateryjny, b) z wymuszonym prądem bazy, c) z wymuszonym prądem bazy i z emiterowym sprzężeniem zwrotnym W praktyce najczęściej stosuje się układ zasilania potencjometrycznego z emiterowym sprzężeniem zwrotnym. W porównaniu do układu zasilania prądem bazy z emiterowym sprzężeniem zwrotnym występuje tam dodatkowa rezystancja włączona pomiędzy bazę a końcówkę rezystora R E połączoną z zasilaniem. Prostą pracy nazywamy linię umieszczoną na charakterystyce prądowo napięciowej lub rodzinie charakterystyk, po której porusza się punkt pracy elementu aktywnego, gdy zmieniane są warunki jego wysterowania (np. zmiana prądu bazy tranzystora). Na rysunku 3 przedstawiono fragment układu wzmacniacza tranzystorowego oraz prostą pracy, po jakiej poruszać się będzie punkt pracy tranzystora w tym układzie przy zmianach prądu bazy I B [1]. W celu wykreślenia prostej pracy na rodzinie charakterystyk wyjściowych tranzystora zakłada się dwa graniczne przypadki: - I C = 0, wtedy U CE =U CC, - U CE = 0, wtedy I C = U CC /R C. Kąt jaki tworzy prosta pracy z osią U CE charakterystyki, jest określony zależnością: α=arctg (1) Jeżeli na schemacie przedstawionym na rys. 3 występuje dodatkowa rezystancja emiterowa R E 0, wówczas nachylenie charakterystyki będzie wynosić: 3

4 czyli, dla U CE = 0 popłynie prąd I C = U CC /(R C +R E ). α=arctg (2) I CQ Rys. 3. Układ zasilania tranzystora oraz rodzina charakterystyk wyjściowych tego elementu z naniesioną prostą pracy Wybór punktu pracy, jak można wnioskować z rysunku 3 ma bardzo istotny wpływ na amplitudę sygnału wyjściowego. Maksymalną amplitudę sygnału wyjściowego osiągnąć można wybierając napięcie U CEQ pośrodku, pomiędzy napięciem zasilania i nasycenia, czyli około ½ U CC, sytuację taką przedstawiono na rys. 4. U CEQ α Rys. 4. Maksymalna niezniekształcona amplituda prądu i napięcia dla wybranego punktu pracy Q [1] 4

5 V. Pytania kontrolne 1. Układy zasilania tranzystorów bipolarnych. 2. Punkt pracy, prosta pracy. 3. Sens stosowania emiterowego sprzężenia zwrotnego. 4. Maksymalna amplituda sygnału wyjściowego we wzmacniaczach pracujących w konfiguracji OE. Literatura 1. A. Prałat [red.] laboratorium układów elektronicznych. Część II, Oficyna Wydawnicza PWr Wrocław Z. Nosal, J. Baranowski, Układy elektroniczne cz. I. Układy analogowe liniowe, WNT Warszawa A. Guziński, Liniowe elektroniczne układy analogowe, WNT Warszawa U. Tietze, Ch. Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT Warszawa