Nr ćw.	Temat ćwiczenia	Data	Ocena	Podpis
14.	Badanie źródeł o stałej wydajności prądowej.	2000-05-16

1. Wyjaśnić budowę źródeł o stałej wydajności prądowej.

2. Wyjaśnić różnicę między źródłami napięciowymi a prądowymi.

3. Dla układów z rysunków : A, B, C wykonać charakterystykę wydajności prądowej od napięcia zasilania I_WY = f(U_Z) dla R_L = const - R_L1 = 100  , R_L2 = 400 .

4. Otrzymane wyniki przedstawić w postaci wykresu.

5. Dla stałego napięcia zasilania wykonać charakterystyki I_WY = f(R_L) :

dla układu : A) R_L = 10 … 1000 

B) R_L = 10 … 1000 

C) R_L = 100 … 10000 

6. Otrzymane wyniki przedstawić na wykresach.

7. Podać wnioski własne.

8. Podać wykaz przyrządów.

Uwaga !!!

Rezystancja miliamperomierza dla zakresów :

2 mA - 100 

20 mA - 10 

200 mA - 1 

Badane źródła prądowe

Źródła o stałej wydajności prądowej są budowane w oparciu o elementy aktywne - tranzystory. Jak wiadomo już sam tranzystor jest najprostszym źródłem prądowym. Przy czym tranzystory bipolarne są źródłami prądowymi sterowanymi prądowo, a tranzystory unipolarne - to źródła sterowane napięciowo. Zasada działania takiego najprostszego źródła jest banalnie prosta - prąd wyjściowy jest prądem kolektora (drenu), który zależy od prądu bazy (napięcia na bramce). Na tej zasadzie działa układ A. Jest to prawie klasyczny układ polaryzacji tranzystora z dzielnikiem w bazie. Dodatkowym bajerem jest dioda Zenera, która stabilizuje napięcie. I to dopiero z niej za pomocą potencjometru zbiera się napięcie na bazę. Im większa wartość tego potencjometru, tym większy potencjał bazy, większy prąd bazy i w efekcie większy prąd płynący przez obciążenie. Taki układ jest bardzo prosty, ale nie zachwyca swoimi parametrami - prostota została okupiona słabą stabilnością i wydajnością. Układ B jest już bardziej zaawansowany. Składa się już z dwóch tranzystorów, objętych pętlami sprzężeń zwrotnych. Napięcie z emitera prawego tranzystora podawane jest na bazę lewego, natomiast, napięcie na kolektorze lewego jest jednocześnie napięciem na bazie prawego. Takie rozwiązanie polepsza stabilność układu i stabilizację prądu. Układ C to najprostsze źródło prądowe na tranzystorze JFET. Jest to układ polaryzacji automatycznej. Wartość prądu wyjściowego zależy od ujemnego napięcia na bramce, a to z kolei jest zależne od wartości potencjometru w źródle tranzystora. Im mniejsze napięcie pomiędzy źródłem a suwakiem potencjometru, tym mniejsze U_GS, mniejsze przytkanie tranzystora, mniejsza rezystancja kanału i w rezultacie większy prąd wyjściowy.

Podstawową różnicą pomiędzy źródłami napięciowymi a prądowymi są stawiane im wymagania. Idealne źródło napięciowe powinno dostarczać stałego napięcia bez względu na rezystancję odbiornika, natomiast prądowe - niezmiennego i niezależnego od żadnych czynników prądu. Źródło napięciowe powinno mieć jak najmniejszą rezystancję wewnętrzną, bowiem wraz ze wzrostem pobieranego prądu, zwiększa się spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej, który zmniejsza napięcie wyjściowe. Dlatego źródła napięciowe pracują najlepiej w stanie jałowym lub przy bardzo małym obciążeniu prądowym. Ze źródłami prądowymi jest odwrotnie - powinny mieć jak największą rezystancję, aby najlepiej nie płynął przez nią prąd (rezystancja wewnętrzna na schemacie zastępczym bocznikuje rezystancję obciążenia, więc im jest ona większa, tym więcej prądu płynie przez obciążenie). Źródła prądowe najlepiej pracują więc w stanie zwarcia, lub przy bardzo dużym poborze prądu - mała rezystancja obciążenia, nie bocznikuje tak rezystancji wewnętrznej.

Ćwiczenia

Badamy wszystkie 3 układy. Najpierw badamy wydajność prądową w zależności od napięcia zasilania dla stałej wartości obciążenia. Obciążenie dobieramy uwzględniając rezystancję miliamperomierza - aby popełniać jak najmniejszy błąd. Pomiary prowadzimy dla dwóch wartości rezystancji R_L : 100  oraz 400 . Następnie przy stałym napięciu zasilania badamy wydajność prądową przy zmianach rezystancji obciążenia. Regulując rezystancją odczytujemy prąd wyjściowy źródła. Otrzymane wyniki przedstawiamy w dwóch poniższych tabelach oraz w postaci charakterystyk.

Jak widać na załączonych wykresach, wartość prądu zależy od wartości napięcia zasilającego układ. Im mniejsze napięcie zasilające, tym mniejszy prąd. Oczywiście źródło prądowe powinno być jak najbardziej odporne na zmiany napięcia zasilającego. Najlepszym układem pod tym względem okazał się układ B. Jego charakterystyka posiada najmniejsze nachylenie. Jest jednak pewien mankament - uzyskano większą niezależność od zasilania, ale układ po przekroczeniu pewnego minimum napięcia zasilającego gwałtownie „pada”. Kolejną sprawą jest wartość prądu przy różnych wartościach rezystancji obciążenia. Okazuje się, że w miarę zwiększania rezystancji obciążenia maleje prąd dostarczany przez źródło. Znów najgorszy okazał się układ A. Nieco lepszy był układ B, ale nasuwa się inny wniosek - otóż źródła prądowe zbudowane w oparciu o tranzystory unipolarne są bardziej elastyczne jeśli chodzi o obciążalność. Układy z bipolarnymi dostarczały zadowalający prąd właściwie do prawie kilkuset  , potem prąd gwałtownie malał. Układ C, mimo swej prostoty dostarczał dość stabilnie prąd do obciążenia nawet kilku k. Niestety badane źródła na tranzystorach polowych posiadają pewną wadę. Nie można osiągnąć tak dużej wydajności prądowej i szerokiej możliwości regulowania prądu jak w przypadku bipolarnych.

Spis przyrządów

:

• układ do badania źródeł prądowych

• miernik cyfrowy MAXCOM MX-505 III / I / 493 PE

• miernik cyfrowy MAXCOM MX-280 III / I / 492 PE

• drewniana opornica dekadowa

Układ A

Układ B

Układ C

---