POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA AUTOMATYKI I ELEKTRONIKI 2. Układy zasilania tranzystorów. Źródła prądowe. Materiały pomocnicze do pracowni specjalistycznej z przedmiotu: Systemy CAD w elektronice TS1C Opracował: dr inż. Andrzej Karpiuk Białystok 2013

2 1. W układzie zasilania tranzystora, przedstawionym na rysunku, dobrać wartości rezystancji w taki sposób, aby zapewnić punkt pracy: U CE = 6V (±0.3V) oraz I C = 3mA (±0.2mA). Wartości rezystancji dobierać z szeregu E24: a) obliczyć R2 i wybrać najbliższą wartość z szeregu E24 b) przyjąć β = 100 i oszacować wartość I B, a następnie R1 c) dla przyjętych wartości rezystancji obliczyć punkt pracy (Bias Point Detail) oraz wyświetlić wartości napięć i prądów na schemacie (przyciski V i I ) d) zmieniać wartość R1 aż do uzyskania zadanego punktu pracy e) sprawdzić punkt pracy i parametry tranzystora w pliku tekstowym (Schematics Analysis Examine Output) 2. Wyznaczyć wartość R1, dla której I C = 3mA. Wykorzystać analizę stałoprądową (DC Sweep) Global Parameter: zmiana rezystancji od 100k do 1000k co 1k Z otrzymanej zależności, za pomocą kursora, odczytać wartość R1 przy I C = 3mA (602k) Na trzech osobnych wykresach przedstawić zależności: I C = f(rb) I B = f(rb) U CE = f(rb) Skomentować otrzymane wyniki. 3. Porównać dwa układy zasilania tranzystora bipolarnego, przedstawione na rysunku: 3.1 Wyznaczyć punkty pracy obu tranzystorów: I C1 = U CE1 = I C2 = U CE2 = 3.2 Zbadać wpływ temperatury na punkty pracy obu tranzystorów wykreślić charakterystyki: I C = f(t) oraz U CE = f(t). Wykorzystać analizę stałoprądową (DC Sweep), zmiana temperatury od 0 C do 100 C z krokiem 1 C. 2

3 3.3 Zbadać wpływ współczynnika wzmocnienia prądowego tranzystora na punkty pracy obu tranzystorów wykreślić charakterystyki: I C = f(β) oraz U CE = f(β). Wykorzystać analizę stałoprądową (DC Sweep). Ustawienia analizy: Swept Var. Type: Model Parameter Swept Type: Linear Model Type: npn Model Name: q2n3904 Param. Name: BF Start Value: 200 End Value: 600 Increment: 1 I Oszacować względną zmianę prądu kolektora: C 100% IC 4. Dobrać wartości napięć zasilających oraz wartości rezystorów w taki sposób, aby uzyskać zadane punkty pracy tranzystorów w układach zasilania, przedstawionych na rysunku: 5. Porównać źródła prądowe, przedstawione na rysunku: 5.1 Pokazać na schemacie wartości prądów w poszczególnych układach. Dlaczego ustawiono takie nietypowe wartości V2, R4 i R8? 3

4 5.2 Wykreślić (na jednym wykresie) zależności I 0 = f(r obc ). Wartość rezystancji obciążenia zmieniać w zakresie od 100 Ω do 10 kω co 100 Ω. Wykorzystać analizę stałoprądową (DC Sweep). Które źródło jest najlepsze? Dlaczego? Sprawdzić zależności U B = f(r obc ). 5.3 Wykreślić (na jednym wykresie) zależności I 0 = f(r obc ). Wartość rezystancji obciążenia zmieniać w zakresie od 100Ω do 20k Ω co 100Ω. Wyjaśnić kształt otrzymanych wykresów. W jakim zakresie może zmieniać się wartość rezystancji obciążenia, aby źródło pracowało prawidłowo? 6. Dobrać brakujące wartości elementów w układach źródeł prądowych, przedstawionych na rysunku, w taki sposób, aby otrzymać (dla zadanego obciążenia) określoną wartość prądu źródła I 0 : Który z powyższych układów jest najbardziej odporny na zmiany napięcia zasilania? Dlaczego? Czy można wykorzystać właściwości temperaturowe przyrządów półprzewodnikowych do kompensacji termicznej któregoś z tych źródeł? 7. Dwukońcówkowe źródła prądowe z tranzystorami polowymi. a) Wyznaczyć prądy obu źródeł. b) Jaka jest rola rezystora R1? c) W jakim zakresie można zmieniać wartości rezystancji obciążenia? Dlaczego? d) Zaproponować sposób pomiaru rezystancji wewnętrznej obu źródeł. e) Które ze źródeł ma większą rezystancję wewnętrzną? Dlaczego? 4

5 8. Lustra prądowe układ podstawowy oraz źródło Willsona. 8.1 Pokazać na schemacie wartości prądów w poszczególnych układach. Dlaczego ustawiono takie nietypowe wartości R1 i R2? 8.2 Wykreślić (na jednym wykresie) zależności I 0 = f(r obc ). Wartość rezystancji obciążenia zmieniać w zakresie od 200 Ω do 10.2 kω co 1 kω. Wykorzystać analizę stałoprądową (DC Sweep). W obu przypadkach określić I Sprawdzić jak wpływa temperatura na charakterystyki I 0 = f(r obc ) (analiza DC Sweep Nested Sweep Temperature Value List : 0 C, 50 C, 100 C ). 8.4 Sprawdzić jak wpływa współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystorów na pracę układów przy (R obc = 1k). Wykorzystać analizę stałoprądową (DC Sweep). Ustawienia analizy: Swept Var. Type: Model Parameter Swept Type: Linear 9. Źródłó Widlara Model Type: npn Model Name: q2n3904 Param. Name: BF Start Value: 200 End Value: 600 Increment: 10 Wykreślić zależność I 0 = f(r2). Wartość rezystancji R2 zmieniać w zakresie od 10 Ω do 1000 Ω co 10 Ω. Wykorzystać analizę stałoprądową (DC Sweep). Sprawdzić jak zmieniają się napięcia U BE obu tranzystorów przy zmianie wartości rezystancji R2. 5

6 Literatura: 1. Zachara Z., Wojtuszkiewicz K.: PSpice: przykłady praktyczne, MIKOM, Zachara Z., Wojtuszkiewicz K.: PSpice: symulacje wzmacniaczy dyskretnych, MIKOM, Walczak J., Pasko M.: Zastosowanie programu SPICE w analizie obwodów elektrycznych i elektronicznych, Gliwice, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Materiały dydaktyczne przeznaczone dla studentów Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej. Do użytku wewnętrznego. 6