ŹRÓDŁA PRĄDOWE1 1

Instytut Systemów Elektronicznych - Laboratorium Układów i Systemów Elektronicznych
Ćwiczenie 7 - instrukcja, semestr letni 2016
2.2 Przygotowanie do pomiarów prostego źródła prądowego (układ z tranzystorem TX-E)
ŹRÓDŁA PRĄDOWE
1
Dla wybranego z tabeli prądu I C zaprojektuj obwód polaryzacji tranzystora TX-E (oporniki
(RB1, RB2 i RE1). Napięcie na oporności emiterowej wybierz z zakresu 1,5 ... 3 V.
Rezystancja zastępcza obwodu bazy (RB1 || RB2) powinna się mieścić w zakresie od
2,2 kΩ do 8 kΩ.
1. Cel ćwiczenia
W ćwiczeniu można zbadać:
− parametr rCE tranzystora bipolarnego i jego zależność od prądu IC,
− zakresy poprawnej pracy źródła prądowego prostego i złożonego,
− upływności źródeł prądowych prostych i złożonych,
− wpływ temperatury (pośrednio) na parametry źródła prądowego.
Uwaga: w szereg z opornikiem RE1 jest włączony zabezpieczający opornik R4 (100Ω).
Oblicz dane obwodu regulacji z potencjometrem POT-E (10 kΩ) dołączanym do złącza JP2.
Dobierz oporności R36 i R33 tak, aby napięcie na oporności emiterowej zmieniało się od
ok. 0.4 V do ok. 4 V.
Uwaga: R36 = 10 Ω i R33 jest zastąpiony zworą!
W pierwszej części jest badany podstawowy parametr tranzystora bipolarnego − rCE.
W części drugiej są badane źródła prądowe: proste (z opornikiem emiterowym) i źródło
prądowe precyzyjne ze wzmacniaczem operacyjnym. Należy określić, jakie są sensowne
zakresy przestrajania obu układów oraz zmierzyć upływności.
Przygotuj metodę obliczenia rezystancji upływu RU badanego źródła na podstawie
zmierzonej trakcie ćwiczenia oporności rCE tranzystora.
2.3 Przygotowanie do pomiarów precyzyjnego źródła prądowego
2. Projekt
Zapoznaj się ze schematami badanych układów. Z poniższej tabeli wybierz parametry
odpowiadające numerowi Twojego zespołu: prąd punktu pracy I C oraz oporność obciążenia
(i pomiaru) RC. Zanotuj obie wartości w protokole.
zespół
1
2
3
4
5
6
7
8
IC [mA] 2.2
3.2
2.4
3.8
2.6
3.6
2.8
3.4
RC [kΩ] 1.5
1
1.5
0.82
1.8
1.2
1.8
1.5
Uwaga: pamiętaj, że w szereg z opornikiem REPrN jest włączony zabezpieczający opornik
R45 o rezystancji 100 Ω).
Podczas wykonywania obliczeń przyjmij, że precyzyjne źródło napięcia odniesienia U6 ma
wartość równą 2.495 V.
Dobierz opornik R43 tak, żeby odkładało się na nim napięcie od 50 mV do 80 mV. Po
ustaleniu wartości R43 określ, jaki będzie zakres regulacji prądu źródła.
Uwaga: opornik R43 jest zastąpiony zworą!
2.1 Przygotowanie do pomiaru rCE (układ z tranzystorem TX-B)
Załóż, że wzmocnienie prądowe dostępnych w laboratorium tranzystorów jest równe
200 A/A. Dla tej wartości oblicz wartość oporności bazowej (RPB+R19), która zapewni
przepływ zadanego prądu kolektora. W obliczeniach przyjmij, że potencjometr POT-B
(4,7 kΩ) dołączony do złącza JP1 jest ustawiony w środkowym położeniu. Podczas
wykonywania pomiarów przy pomocy tego potencjometru ustalisz dokładną wartość prądu
kolektora tranzystora.
Oblicz, jakie napięcie odłoży zadany prąd (po jego wyregulowaniu) na oporności
obciążenia OBC-B oraz jaki najniższy potencjał może przyjmować napięcie Utest, żeby
układ jeszcze działał poprawnie.
1
Dobierz „dydaktyczny” opornik REPrN tak, aby uzyskać zakładany prąd punktu pracy dla
takiej pozycji potencjometru POT-PrN, dla której napięcie na jego środkowym
wyprowadzeniu jest największe.
Autor instrukcji: dr inż. A. Burd, [email protected]
1
3. Wykonanie ćwiczenia
Zadanie 1 − pomiar rCE tranzystora
(2,5p)
Ustaw przełącznik SW60 w pozycji "Ureg", aby działała regulacja napięcia Utest za
pomocą potencjometru "U test". Zamontuj w module DZP obliczone wcześniej oporniki
RPB i OBC-B oraz tranzystor o wzmocnieniu prądowym 200 A/A. Do złącza JP1 dołącz
trójżyłowym kabelkiem potencjometr "Reg. I", służący do regulacji prądu. Do złącza WY-B
dołącz czterożyłowy kabelek wyjścia.
Instytut Systemów Elektronicznych - Laboratorium Układów i Systemów Elektronicznych
Ćwiczenie 7 - instrukcja, semestr letni 2016
Pomiar rCE należy wykonywać przy stosunkowo małych napięciach UCE, rzędu najwyżej
kilku woltów, aby zmniejszyć wpływ efektów termicznych. Dlatego wyreguluj napięcie
Utest tak, aby potencjał kolektora TX-B mieścił się w zakresie od -14 V do -10 V.
Ustal punkt pracy tranzystora. W tym celu dołącz woltomierz do zacisków wyjściowych
(pomiar różnicowy) i wyreguluj potencjometr "Reg. I" obwodu bazy tak, aby uzyskać
zadany prąd IC (określony przez znaną wartość U WY = IC · ROBC-B). Następnie zmierz i
zanotuj potencjały wyjściowe, tj. potencjały zacisków opornika OBC-B (“punkt pracy”).
Pomiar upływności rCE tranzystora.
Zwiększ napięcie Utest o ok. 3 ÷ 5 V. Ponownie zanotuj oba potencjały zacisków opornika
OBC-B. Na podstawie wykonanych pomiarów wyznacz rCE badanego tranzystora.
Przełącznik BAZE ustaw w pozycji "RB1/RB2", aby zapewnić polaryzację bazy. Dołącz
czterożyłowy kabelek wyjścia do złącza WY-E. Napięcie Utest ustaw w pobliżu zera.
Zmierz odpowiednie napięcia i sprawdź, czy punkt pracy tranzystora jest prawidłowy. Jeśli
nie, popraw układ.
Pomiar upływności źródła prądowego
Regulując napięciem Utest ustal potencjał kolektora tak, aby napięcie U CE było niewielkie:
3 ÷ 5V.. Zanotuj: napięcie Utest oraz potencjały bazy, emitera i kolektora (“punkt pracy”).
Podłącz woltomierz różnicowo do zacisków wyjściowych, tj. do zacisków opornika OBCE. Zanotuj dokładnie wynik pomiaru. Następnie zwiększ Utest o 2 ÷ 3V i ponownie zanotuj
dokładny wynik. Na podstawie powyższych pomiarów wylicz rezystancję upływu źródła
R U.
Uwagi:
Uwagi:
1. W czasie pomiarów nie zmieniaj wcześniej ustawionego prądu bazy! Jeśli przypadkowo
poruszyłeś potencjometr regulacji prądu, powtórz cały proces ustalania punktu pracy.
2. Jeśli masz wątpliwość, czy dokonujesz pomiaru R U prawidłowo, możesz użyć obwodów
kalibracji/kontroli, aby sprawdzić, czy Twoja metoda jest trafna. W tym celu przełóż
oporność obciążającą do zacisków JP13 lub JP14 i na tej rezystancji dokonaj procedury
pomiarowej. Wynik powinien wykazać odpowiednio wartość oporności R47 (1 MΩ) albo
R49 (10 MΩ).
Badanie zależności rCE od punktu pracy.
Zmień punkt pracy tranzystora, ustalając prąd IC na ok. dwa razy mniejszy. W tym celu
zmień opornik RPB. Powtórz pomiar rCE, ponownie notując wyniki pomiarów pierwotnych.
Czy wartość rCE uległa zmianie? Czy ewentualna zmiana jest proporcjonalna do zmiany
prądu IC? Wyjaśnij zaobserwowane zależności.
Czy ma sens używanie układu z ustalonym prądem bazy jako źródła prądowego? Uzasadnij
odpowiedź.
Zadanie 2 − pomiar upływności prostego źródła prądowego
(2,5p)
W układzie z tranzystorem TX-E zamontuj dotychczas badany tranzystor, opornik , opornik
OBC-B jako OBC-E oraz oporniki: RE1 (oporność emiterowa), RB1 i RB2 (dzielnik
bazowy).
Uwaga: sprawdź, czy RB1 i RB2 mają naprawdę takie wartości, jakie były założone. Jeśli
oba będą zbyt małe, może dojść do uszkodzenia!
2
1. Ze względu na małe zmiany mierzonych wartości w obu pomiarach może być konieczne
włączenie w woltomierzu maksymalnego uśredniania (100).
2. Do tych pomiarów można użyć wzmacniacza instrumentalnego. Wzmocnienie pozwala
zwiększyć rozdzielczość pomiaru, należy jednak uwzględnić to wzmocnienie w wyliczeniach.
Wyjście wzmacniacza instrumentalnego jest asymetryczne.
3. Największą rzetelność pomiaru można uzyskać przy pomiarze upływności sygnałem
zmiennym. W celu wykonania takiego pomiaru należy zastosować zmienne napięcie Utest,
podawane z generatora zewnętrznego. Przełącznik SW60 w pozycji "zewn.", wtedy wejście
"We test." (BNC) jest podłączone do układu U60A. Generator zewnętrzny musi dawać
sygnał sinusoidalny o częstotliwości kilkuset herców (ok. 400 .. 600 Hz) i o amplitudzie ok.
2 ÷ 3 V. Z kolei woltomierz podłączony do wyjścia wzmacniacza instrumentalnego musi
zostać przełączony w tryb “AC”. Na wyjściu "Wy asym." (BNC) można obserwować sygnał
z wyjścia wzmacniacza pomiarowego przy pomocy oscyloskopu.
Pomiar upływności przy podwyższonym napięciu Utest.
Zwiększ napięcie Utest tak, aby wyraźnie wzrosło napięcie U CE tranzystora (co najmniej o
kilka woltów). Zanotuj nową wartość UCE, ponownie wykonaj pomiary i wylicz nową
wartość RU.
Czy uzyskane wyniki są takie same jak poprzednio? Czym można wytłumaczyć ewentualną
różnicę wyniku pomiaru RU?
Instytut Systemów Elektronicznych - Laboratorium Układów i Systemów Elektronicznych
Zadanie 3 - pomiar charakterystyki przestrajania prostego źródła prądowego
Ćwiczenie 7 - instrukcja, semestr letni 2016
(2p)
małego napięcia UCE (rzędu 2 ÷ 3V), drugiego pomiaru dokonaj zwiększając napięcie Utest
do maksimum.
Przełącz BAZE w pozycję "POT-E", żeby można było przestrajać prąd źródła
potencjometrem "Reg. I". Za pomocą kabelka trójżyłowego dołącz ten potencjometr do
złącza POT-PRN. Zamontuj wyliczone w projekcie oporniki R36 i R33.
Uwagi:
1. Źródło może wykazać tak dużą wartość RU, że nawet maksymalna zmiana Utest może nie
być wystarczająca do uzyskania rzetelnego pomiaru!
Pomiar charakterystyki przestrajania prostego źródła prądowego
Zmierz charakterystykę przestrajania źródła prądowego punkt po punkcie. W tym celu notuj
potencjały bazy i emitera tranzystora. Pomiar zacznij od najmniejszego prądu i przestrajaj
źródło w całym zakresie, w którym przestrajanie jest możliwe.
Ustaw taką wartość napięcia Utest, aby zakres przestrajania źródła prądowego był jak
największy. Zanotuj ustawioną wartość napięcia Utest.
Dla małych prądów zagęszczenie punktów pomiarowych powinno być większe (jednak, aby
nie marnować czasu, cały pomiar nie powinien mieć więcej niż 8 ÷ 10 punktów). Wyniki
zanotuj w tabelce. Wykreśl zależność prądu kolektora od napięcia sterującego.
Czy otrzymana charakterystyka jest liniowa? Czy przy małych napięciach sterujących prąd
był stabilny? Dlaczego?
Zadanie 4 − pomiary precyzyjnego źródła prądowego
(1p)
Zamontuj do układu źródła precyzyjnego oporniki: R24 (obciążający), R42 (emiterowy) i
R43 (obwód sterujący). Do złącza JP12 dołącz potencjometr regulacji prądu, a do złącza
JP11 kabelek wyjść. Ustaw potencjometr w górnym położeniu. Badając sondą DC sprawdź,
czy zgadza się z projektem założony punkt pracy, tj. czy napięcie na rezystancji obwodu
emitera, jest równe napięciu referencyjnemu, oraz czy prąd wyjściowy źródła jest zgodny z
zadanym. Jeśli jest inaczej, popraw układ.
Pomiar charakterystyki przestrajania źródła precyzyjnego.
Zmierz charakterystykę przestrajania źródła zmieniając napięcie sterujące potencjometrem.
Zanotuj w tabelce kolejne wartości potencjałów sterujących i spadków napięć na oporności
obciążenia. Wyniki pomiarów zanotuj w tabelce. Szczególną uwagę zwróć na pomiary dla
małych prądów. Na podstawie tych pomiarów wykreśl charakterystykę przestrajania źródła.
Czy kształt charakterystyki jest liniowy? Czy dla małych prądów źródło jest stabilne? Czy
dokładność przeliczenia napięcia sterującego na prąd w zakresie małych prądów jest tak
samo dobra, jak przy prądach większych?
Pomiar upływności źródła precyzyjnego.
Ustal maksymalny prąd źródła (potencjometr ustaw w górnym położeniu). Stosując
technikę pomiaru z poprzednich zadań, zmierz upływność badanego źródła. Zacznij od
3
2. Nieco pewniejszy pomiar upływności tego źródła można uzyskać, stosując wcześniej
opisaną metodę opartą na sygnale zmiennym. Te wersję pomiaru można zalecić osobom
mającym wprawę w używaniu sprzętu laboratoryjnego.
Czy rezystancja upływu RU źródła precyzyjnego jest taka sama jak uzyskana w źródle
prostym? Jeśli nie, jak to można wytłumaczyć?