AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA BYDGOSZCZ INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI I ELEKTROTECHNIKI
ZAKŁAD PODSTAW ELEKTRONIKI Laboratorium elementów i układów elektronicznych			Imię i nazwisko: 1.Janusz Frąckowiak 2.Sławomir Cieśliński Nr grupy: I 4 Semestr: 4
Nr ćw.6 Temat: Zasilanie i stabilizacja punktu pracy tranzystora bipolarnego.
Data wykonania	Data oddania spr.	Ocena	Instytut: TiE

1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z podstawowymi układami polaryzacji oraz stabilizacji punktu pracy tranzystora bipolarnego .

3.Pomiary.

3.1.Układ zasilania z wymuszonym prądem bazy .

. Schemat układu

Pomiary.

T	C	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80
IC	m.A	0,857	0,899	0,936	0,972	1,012	1,052	1,092	0,133	1,072	1,202	1,250
IB	uA	14,18	14,19	14,21	14,21	14,23	14,24	14,25	14,26	14,27	14,29	14,30
UCE	V	9,45	9,33	9,22	9,10	8,98	8,86	8,74	8,62	8,51	8,39	8,27

Wykresy

3.2. Układ z kompensacją zmian napięcia U_BE .

Schemat układu .

Pomiary.

T	C	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80
IC	m.A	1,169	1,191	1,215	1,237	1,258	1,282	1,307	1,328	1,350	1,372	1,395
IB	uA	19,29	18,90	18,50	18,18	17,76	17,40	17,12	16,90	16,60	16,34	16,15
UCE	V	8,15	8,18	8,10	8,02	7,93	7,88	7,80	7,69	7,64	7,54	7,50

Wykresy

3.3.Układ zasilania z wymuszonym prądem emitera.

Pomiary

T	C	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80
IC	m.A	1,797	1,801	1,805	1,808	1,811	1,814	1,847	1,848	1,851	1,860	1,861
IB	uA	28,99	27,97	27,00	26,02	25,13	24,30	23,98	23,30	22,60	21,92	21,32
UCE	V	7,40	7,38	7,36	7,34	7,32	7,30	7,23	7,20	7,15	7,15	7,13

Wykresy

3.4.Układ zasilania ze sprzężeniem kolektorowym .

Schemat układu .

Pomiary.

T	°C	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80
IC	m.A	1,385	1,401	1,458	1,491	1,513	1,529	1,572	1,620	1,674	1,693	1,725
IB	μA	23,2	23,0	22,8	22,6	22,4	22,1	21,8	21,6	21,4	21,1	20,8
UCE	V	7,87	7,78	7,69	7,61	7,52	7,43	7,34	7,25	7,17	7,08	7,99

Wykresy

4. Opracowanie wyników .

1. Obliczenia

Układ zasilania z wymuszonym prądem bazy .

Układ zasilania z kompensacją zmian napięcia U_BE .

Układ zasilania ze sprzężeniem kolektorowym.

5. Wnioski i spostrzeżenia.

Warunki pracy układów tranzystorowych muszą być tak dobrane aby w stanie ustalonym odprowadzenie ciepła do otoczenia było sprawne i spełniony był warunek stabilności:

P_TRAC = P_ODPR

Sprawność odprowadzania ciepła jest charakteryzowana tzw. rezystancją cieplną

A zdolność magazynowania ciepła -pojemnością cieplną.

Traktując złącze kolektorowe jako generator ciepła o wydajności P_TRAC

Możemy przedstawić tranzystor za pomocą układu zastępczego:

W przypadku gdy moc tracona przewyższa moc odprowadzoną , ciepło nie odprowadzone podwyższa temperaturę złącza.

Ze wzrostem temperatury silnie zwiększa się prąd kolektora .Wpływają na to takie czynniki jak :

1.Prąd I_CBO wchodzący w skład prądu Ic jest prądem nośników mniejszościowych ,których liczba się zwiększa z temperaturą w sposób wykładniczy.Prąd ten zwiększa się o około 10 .. 16 % na 1 ° C.

2.Współczynnik przenoszenia prądowego h_21E w typowych warunkach pracy zwiększa się ze wzrostem temperatury ok. 1% na 1° C.

3.Przy wymuszeniu stałego napięcia Ube prąd emitera zwiększa się ze wzrostem temperatury ok. 8% na 1° C.Powoduje to zwiększenie prądu kolektora.

Powyższe ćwiczenie miało za zadanie zilustrowanie podstawowych układów polaryzacji oraz stabilizacji punktu pracy tranzystora bipolarnego. W celu utrzymania stałych wartości prądu i napięcia kolektora stosuje się stabilizację punktu pracy i kompensację upływów czynników zakłócających. Technika stabilizacyjna polega na stosowaniu rezystancyjnych obwodów polaryzacji wstępnej , które umożliwiają zmianę I_B tak, by utrzymana była stała wartość I_C przy zmieniających się wartościach I_C0, oraz U_BE. Technika kompensacyjna polega na stosowaniu przyrządów o działaniu uzależnionym od temperatury , np. tranzystorów , diod , rezystorów itp. , które dostarczają napięć i prądów w celu utrzymania stałego punktu pracy.

W układzie z wymuszonym prądem bazy wartość prądu bazy wynika z zadanych wartości elementów i polaryzacji . Wartości współczynników niestabilności są duże. Wynika stąd , że układ jest mało stabilny . Wraz z wzrostem prądu kolektora , maleje napięcie U_CE .Układ ten z powodu braku ujemnego sprzężenia zwrotnego jest najbardziej narażony na `pływanie'parametrów ze wszystkich sprawdzanych w tym ćwiczeniu układów.

Dobrą stabilność zapewnia układ zasilania z wymuszonym prądem emitera gdyż współczynniki niestabilności przyjmują najmniejsze wartości. Zapewnia to silne sprzężenie zwrotne wnoszone przez rezystor R_E.Gdy następuje wzrost temperatury złącza , powoduje to wzrost prądu kolektora (czyli również prądu emitera).Wzrost prądu emitera powoduje zwiększenie spadku napięcia na rezystorze emiterowym i maleje różnica potęcjałów między emiterem i bazą.Złącze emiterowe staje się słabiej spolaryzowane w kierunku przewodzenia , maleje więc prąd emitera a co za tym idzie równierz prąd kolektora.Punkt pracy więc powraca do stanu poprzedniego.Zwiększenie mocy wydzielanej zostaje zahamowane.

Następnym układem , którego badaliśmy był układ ze sprzężeniem kolektorowym.

W układzie ze sprzężeniem kolektorowym prąd bazy płynie przez rezystancję włączoną w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego , które to sprzężenie działa stabilizująco . Przy wzroście temperatury rośnie prąd I_C i maleje U_CE przez co maleje I_B zmniejszając odpowiednio I_C co powoduje wzrost U_CE Im mniejsza wartość rezystora w pętli sprzężenia zwrotnego tym lepsza stabilizacja.

W układzie z kompensacją zmian napięcia U_BE kompensację uzyskuje się dzięki zastosowaniu tranzystora dodatkowego włączonego w obwód bazy , działającego jak dioda (zwarte B i C) . Zmiany U_BE i U₀ kompensują się dzięki czemu wartość prądu I_C pozostaje stała . Powyższy układ stosuje się dla tranzystorów krzemowych . Przy małym wzroście temperatury największą rolę w niestabilności prądu kolektora odgrywa zmiana napięcia U_BE . Wraz ze wzrostem temperatury zaczyna dominować wpływ prądu zerowego kolektora , który rośnie prawie liniowo.

W powyższym ćwiczeniu dokonaliśmy analizy czterech układów .Pierwszy z nich jest najbardziej podatny na zmiany temperatury , drugi z nich -z kompensacją napięcia Ube jest mniej wrażliwy na te zmiany ze względu na wprowadzenie rezystora emiterowego , trzeci -z wymuszonym prądem emitera , w którym jest wykorzystany układ do stabilizacji napięcia Ube , które w dużym stopniu wpływa na stabilizację punktu pracy

Oraz czwarty -ze sprzężeniem kolektorowym , który wykorzystuje wpływ ujemnego sprzężenia kolektorowego na stabilizację punktu pracy.

Otoczenie

obudowa

Złącze

Cc

Cj

R_thc-a

R_thj-c

Ptrac

mA

mA

V

+12V

T1

5K6

3K

-12V

Rthj-c +Rthc-a =Rthj-a

---