Pracownia pomiarów i sterowania Ćwiczenie 3 Proste przyrządy elektroniczne

Transkrypt

1 Małgorzata Marynowska Uniwersytet Wrocławski, I rok Fizyka doświadczalna II stopnia Prowadzący: dr M. Grodzicki Data wykonania ćwiczenia: Pracownia pomiarów i sterowania Ćwiczenie 3 Proste przyrządy elektroniczne

2 1. Zasilanie diody z użyciem przełącznika tranzystorowego 5V R B C E Uwy Rysunek 1 Schemat układu do zasilania diody z użyciem przełącznika tranzystorowego Napięcie wejściowe na bazę tranzystora podawane jest przez wyjście cyfrowe makiety DIO 0 i wynosi 5 V dla logicznej jedynki i 0 V dla logicznego zera. Tranzystor może pracować w stanie nasycenia lub w stanie zatkania. Aby osiągnąć stan nasycenia na wejście podajemy 1. Złącze baza-emiter spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia, tranzystor przewodzi do osiągnięcia stanu nasycenia, w którym napięcie między kolektorem a emiterem ma wartość dziesiętnych wolta. Na rezystorze R odkłada się napięcie równe niemal napięciu zasilającemu 5V. Wartość napięcia wyjściowego to Uwy = 5V-U R. Napięcie wyjściowe jest zbliżone do zera dioda nie świeci. Aby osiągnąć stan zatkania podajemy na wejście 0 tranzystor nie przewodzi, napięcie na rezystorze jest zbliżone do 0, napięcie wyjściowe jest równe w przybliżeniu napięciu zasilającemu przez diodę przepływa prąd.

3 2. Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy Vbattery R1 Rc C Coutput Voutput Vinput Cinput B E R2 Re Ce Rysunek 2 Schemat jednostopniowego wzmacniacza tranzystorowego Wzmacniacz napięciowy ze wspólnym emiterem. Napięcie wejściowe Vinput mierzone jest pomiędzy bazą a emiterem, napięcie wyjściowe Voutput między kolektorem a emiterem. Zmniejszenie napięcia między emiterem a bazą zwiększa natężenie prądu między emiterem a bazą Ib. Prąd z emitera do kolektora Ic równy jest Ib*β, gdzie β to współczynnik wzmocnienia tranzystora i wynosi między 30 a 300. Prąd Ic przepływa przez rezystor Rc powodując na nim większy spadek napięcia jednocześnie napięcie wyjściowe rośnie. Zmniejszenie napięcia na wejściu spowodowało duży wzrost napięcia na wyjściu. Kondensatory Cinput i Coutput mają za zadanie odcinać ewentualną składową stałą na wejściu i wyjściu wzmacniacza, Ce na emiterze. Rezystory R1 i R2 to dzielnik napięcia zapewniający działanie tranzystora (baza-emiter spolaryzowane w kierunku przewodzenia o napięciu co najmniej 0,6V). Rezystor Re zapobiega nagrzewaniu się tranzystora (nagrzewanie powoduje wzrost natężenia prądu Ic, a co za tym idzie również prądu Ib (Ib=Ic/β), który podnosi temperaturę tranzystora rezultatem jest spalenie części). Rezystor Rc jest miejscem odkładania się napięcia wyjściowego.

4 Tabela 1 Wartości przyjętych/obliczonych i użytych elementów układu Parametry przyjęte/obliczone Parametry użyte R1 [kω] 3,5 3,489 R2 [kω] 3,027 2,9516 Rc [kω] 1,11 0,9873 Re [kω] 1,11 0,9873 Cinput [μf] 0,3 1 Coutput [μf] 0,3 1 Ce [μf] 5 4,4 Vbattery [V] 5 5 Tabela 2 Wartości uzyskane podczas badania układu (k wzmocnienie) R1 [kω] f [Hz] Vinput [V] Voutput [V] k sygnał 3, ,949 3,067 0,62 sinusoidalny 3, ,980 1,766 1,80 sinusoidalny 3, ,442 3,207 1,31 sinusoidalny 3, ,908 3,837 0,78 sinusoidalny 3, ,964 3,131 3,25 sinusoidalny 3, ,981 3,634 3,71 prostokątny 3, ,418 3,660 1,51 sinusoidalny 3, ,459 3,341 1,36 prostokątny 3, ,848 3,608 0,74 sinusoidalny 3, ,912 2,877 0,59 prostokątny 3, ,952 3,508 3,68 sinusoidalny 3, ,375 3,586 1,51 sinusoidalny 3, ,750 3,448 0,73 sinusoidalny 1, ,981 2,952 3,01 prostokątny 12, ,983 4,470 4,55 prostokątny 34, ,981 4,389 4,47 prostokątny

5 Przykładowe przebiegi (zielony sygnał wejściowy, niebieski sygnał wyjściowy): Rysunek 3 Przebieg sinusoidalny dla częstotliwości 200Hz i wartości R1=3,489kΩ Rysunek 4 Przebieg sinusoidalny dla częstotliwości 500Hz i wartości R1=3,489kΩ

6 Rysunek 5 Przebieg sinusoidalny dla częstotliwości 500Hz i wartości R1=3,489kΩ Rysunek 6 Przebieg prostokątny dla częstotliwości 500Hz i wartości R1=12,7kΩ

7 3. Wnioski Największe wzmocnienie zaobserwowano dla małych wartości Vinput. Dla napięcia wejściowego zbliżonego do napięcia zasilania 5V wystąpiło osłabienie sygnału. Dla przebiegów sinusoidalnych napięcia wejściowe i wyjściowe są przesunięte w fazie, przy przebiegach prostokątnych przesunięcie nie występuje. Zaprojektowany wzmacniacz miał niewielkie wzmocnienie k zwiększenie wartości rezystora R1 spowodowało zwiększenie k. Zarejestrowane wzmocnienie różniło się w zależności od częstotliwości i rodzaju sygnału. Sygnał wyjściowy był także zniekształcony, co świadczy o obecności wyższych harmonicznych oraz przy wyższych amplitudach obcięty przesterowany.