ŹRÓDŁA PRĄDOWE
Transkrypt
ŹRÓDŁA PRĄDOWE
ŹRÓDŁA PRĄDOWE OPIS MODUŁU DZP Moduł DZP ("źródła prądowe") składa się z dwóch części: układów dydaktycznych i układów pomocniczych. I. CZĘŚĆ DYDAKTYCZNA MODUŁU Ta część modułu zawiera trzy układy badanych źródeł prądowych: źródło prądowe w układzie z ustalonym prądu bazy ("układ dwuopornikowy”), źródło prądowe w układzie polaryzacji tranzystora z rezystorem emiterowym (“układ czteroopornikowy”) oraz tzw. źródło prądowe precyzyjne ze wzmacniaczem operacyjnym. 1) ŹRÓDŁO PRĄDOWE W UKŁADZIE Z USTALONYM PRĄDEM BAZY To źródło ma charakter wyłącznie badawczo-dydaktyczny. Nie nadaje się do zastosowań praktycznych z oczywistych względów − wykazuje bezpośrednią zależność prądu wyjściowego od wzmocnienia prądowego tranzystora (a więc także np. od jego temperatury). Jest jednak przydatne jako swojego rodzaju “punkt odniesienia” dla pozostałych układów oraz − co bardzo istotne − do pomiaru parametru rCE tranzystora. Omawiany układ pokazano na rys. 1. Składa się on z wymiennego tranzystora dydaktycznego TX-B, pracującego z ustalonym prądem bazy. Obwód ustalający prąd bazy stanowią: potencjometr POT-B, który ustala napięcie zasilające oporność obwodu bazy1, wymienny opornik dydaktyczny RPB oraz wmontowany na płytce na stałe opornik zabezpieczający R19 o rezystancji 10 kΩ. Obciążeniem i jednocześnie rezystancją pomiarową jest opornik dydaktyczny OBC-B. W tym układzie potencjometr POT-B należy dołączyć trójżyłowym przewodem do Rys. 1: Układ źródła prądowego z złącza JP1. Wyjściem układu jest złącze WY-B, służące do ustalonym prądem bazy dołączania woltomierza albo wzmacniacza pomiarowego (przy pomocy czterożyłowego przewodu zakończonego właściwym wtykiem). Ustalenie pożądanego punktu pracy wymaga zgrubnego doboru oporności obwodu bazy RPB oraz wyregulowania napięcia potencjometrem "Reg. I" tak, aby uzyskać zadany prąd kolektora. Uwaga: gniazdo JP7 pozwala na pomiar rCE zwykłego (np. własnego) tranzystora. 1 Jest to potencjometr o rezystancji 4,7 kΩ, umieszczony na płycie czołowej modułu, oznaczony jako "Reg. I". Może on być dołączany, przy pomocy przewodu zakończonego trójstykowym złączem, do wybranych "szpilek" na płytce modułu DZP. 2) ŹRÓDŁO PRĄDOWE W UKŁADZIE Z REZYSTOREM EMITEROWYM Jest to najczęściej wykorzystywane źródło prądowe w układach dyskretnych, stąd jego duże znaczenie. Źródło składa się z tranzystora dydaktycznego TX-E, obwodu rezystancji emitera (wmontowany na stałe opornik R4 o rezystancji 100 Ω oraz opornik dydaktyczny RE1), obwodu służącego do ustalenia potencjału bazy oraz obwodu rezystancji obciążenia, będącego jednocześnie rezystancją pomiarową. Obwód służący do ustalenia potencjału bazy może mieć dwie postaci: typowego obwodu ustalającego stały potencjał bazy (oporniki dydaktyczne RB1 i RB2) albo obwodu z potencjometrem ("Reg. I"), dołączanym do "szpilek" POT-E. Oporniki RP1A i RP1B mogą być wymieniane, co umożliwia zgrubne ustalenie zakresu regulacji prądu źródła1. Wersja z potencjometrem umożliwia sprawdzenie, w jakim zakresie źródło prądowe tego typu można przestrajać napięciem. Wyboru typu obwodu bazy dokonuje się przełącznikiem BAZE. Obciążeniem i jednocześnie rezystancją pomiarową, jest zawsze opornik dydaktyczny OBC-E. Rys. 2: Źródło prądowe w układzie z opornikiem emiterowym Złącze WY-E służy do podłączenia wzmacniacza pomiarowego. Uwaga: gniazdo JP8 umożliwia podłączenie i zbadanie własnego tranzystora nie zamontowanego na standardowej płytce. 3) ŹRÓDŁO PRĄDOWE PRECYZYJNE ZE WZMACNIACZEM OPERACYJNYM Takie źródła wykorzystuje się często w sytuacjach, kiedy potrzebna jest duża dokładność lub szeroki zakres przestrajania prądu. W układzie umieszczonym na płytce modułu DZP został użyty wzmacniacz operacyjny LM358, więc napięcie regulujące prąd może być bardzo małe ze względu na pomijalny drop out ujemnego napięcia zasilania tego wzmacniacza. Wartość prądu ustala napięcie obwodu sterującego nieodwracającym wejściem wzmacniacza operacyjnego oraz rezystancja obwodu emitera tranzystora. Najważniejszym elementem obwodu sterującego jest źródło referencyjne U6 z układem LM3852.5, zapewniające dokładne napięcie 2,5 V. Opornik R44 stanowi zasilanie źródła referencyjnego U6. Regulację napięcia podawanego na wejście wzmacniacza operacyjnego zapewnia obwód z potencjometrem "Reg. I" dołączanym do "szpilek" POT-PRN i wymienny opornik MINPRN (zwora). Rys. 3: Precyzyjne źródło prądowe ze Za minimalne napięcie sterujące odpowiada wzmacniaczem operacyjnym opornik MinPrN, z kolei obwód emitera tworzą: wmontowany na stałe opornik R45 o rezystancji 100Ω i dydaktyczny opornik REPRN. Punkt pomiarowy PK6 pozwala zmierzyć potencjał sterujący, a punkt PK8 potencjał emitera (może być przydatny do wyznaczenia prądu emitera). Różnica pomiędzy tymi węzłami daje informację o napięciu niezrównoważenia wzmacniacza U02A. Wyjściem układu jest złącze WYPRN, służące do podłączenia wzmacniacza pomiarowego. 1 Normalnie na płytce modułu są zamontowane RP1A = 10 kΩ i RP1B = 0 (zwora) II. UKŁADY POMOCNICZE W skład układów pomocniczych wchodzą: blok wzmacniacza pomiarowego (z układami U61, U62A i U62B), układ regulowanego napięcia testowego UTST (U60A), obwody kalibracji i kontroli pomiaru (JP13, R47, JP14, R49) oraz potencjometr P61 służący do regulacji prądu źródeł. 1) BLOK WZMACNIACZA POMIAROWEGO Głównym elementem tego bloku jest specjalny wzmacniacz pomiarowy (tzw. “instrumentalny”) U61 − INA826. Jest to układ scalony, umożliwiający precyzyjny pomiar małych sygnałów o charakterze różnicowym. Pomiary upływności dobrych źródeł prądowych charakteryzują się bardzo małymi zmianami napięć na opornościach pomiarowych i bez użycia tego typu wzmacniacza pomiar w ogóle nie byłby możliwy. Różnicowe wejście wzmacniacza pomiarowego podłącza się do zacisków rezystora obciążającego źródło prądowe (R25, R40, R24 w części dydaktycznej modułu). Wzmocnienie wzmacniacza pomiarowego można przełączać przełącznikiem SW61. Uzyskiwane wzmocnienia wynoszą ok. 11 V/V (dla R65 = 5 kΩ) oraz ok. 100 V/V (dla R68 = 500 Ω). Wzmacniacze operacyjne U64A i U64B są Rys. 4: Wzmacniacz pomiarowy (instrumentalny) prostymi wtórnikami napięć i pozwalają na pomiar napięcia różnicowego bezpośrednio woltomierzem. Taki pomiar − bez dodatkowego wzmocnienia − może być wystarczający w przypadku prostszych źródeł prądowych. 2) UKŁAD REGULOWANEGO TESTOWEGO Utest NAPIĘCIA Jest to prosty układ ze wzmacniaczem operacyjnym U60A i potencjometrem umieszczonym na płycie czołowej modułu i oznaczonym jak "Utest". Układ pozwala na regulację napięcia Utest w zakresie ok. ±13,5 V. Napięcie Utest zasila układ badanego źródła prądowego (dokładniej U test jest to napięcie zasilania obciążenia testowego). Zmiana tego napięcia może służyć do pomiaru upływności badanego źródła prądowego albo do ustalenia punktu pracy tego źródła przy pomiarze sygnałem zmiennym. Uwaga: napięcie Utst można mierzyć woltomierzem w punktach UTSTZ albo UTST, bezpośrednio na płytce modułu DZP. Rys. 5: Układ do regulacji napięcia testowego 3) POTENCJOMETR DO REGULACJI ŹRÓDEŁ PRĄDOWYCH Na płycie czołowej znajduje się potencjometr "Reg. I" o oporności ok. 4,7kΩ, który może być podłączany kabelkiem trójżyłowym do obwodów sterujących badanych źródeł prądowych. Rys. 6: Potencjometr Reg. I