ELIU Ćw. 5 / UELE Ćw. 1 Wprowadzenie tranzystor bipolarny w układzie wzmacniacza 1
UELE Ćw. 1 WPROWADZENIE TRANZYSTOR BIPOLARNY W UKA ADZIE WZMACNIACZA
Zespół Imię i NAZWISKO Wej. Ocena Data Prowadzący
1. Wstęp:
Ćwiczenie składa się z dwóch części. W pierwszej zapoznamy się z zasadami pracy w
laboratorium oraz dostępną aparaturą pomiarową. Druga część pomiarowa, poświęcona jest
badaniu układu zasilania bipolarnego tranzystora npn małej mocy. Ten konkretny układ zasilania
zapewnia małą wrażliwość uzyskanego punktu pracy tranzystora (ICQ, UCEQ) na rozrzut
parametrów ( ą , UBE ). Aby potwierdzić tę korzystną właściwość badanego układu, będą również
prowadzone pomiary porównawcze z innym tranzystorem npn (przeznaczonym do wzmacniaczy
średniej mocy). Zmierzone wartości prądów i napięć porównamy z obliczonymi w części wstępnej.
Do tego ćwiczenia nie wykonuje się obliczeń projektowych, jednak wszystkie następne
ćwiczenia będą wymagały wykonania wcześniejszych obliczeń.
Schemat ideowy badanego wzmacniacza i dostępne elementy:
Zestaw elementów:
rezystory: 1 kśą; 2,4 kśą; 4,75 kśą; 8,2 kśą;
10 kśą; 39 kśą; 150 kśą (tolerancja ą 1%)
kondensator: 680 nF (tolerancja ą 10%)
kondensatory elektrolityczne: 10 ąF; 470 ąF
(tolerancja 50% , +100%),
tranzystory bipolarne typu npn:
BC547B: ą = 280 A/A ą10% (dla IC = 2 mA,
UCE = 6 V; tranzystory wyselekcjonowane do tego
ćwiczenia ze względu na wartość ą); BD(P)285:
ąmin= 60 A/A ; ąmax= 400 A/A (2 mA, 6 V);
zwory.
Rys. 1: Schemat ideowy wzmacniacza
Sprzęt niezbędny do wykonania ćwiczenia:
DWT1 wkładka dydaktyczna wzmacniacza tranzystorowego;
G430 przestrajany generator napięcia sinusoidalnego;
(SP2 lub SP1) wkładka specjalizowana przełącznika DC;
DS1062CA oscyloskop cyfrowy;
V544 woltomierz cyfrowy napięcia stałego (lub V540 lub V541).
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW 2008 4. mar. 2008 23:57
ELIU Ćw. 5 / UELE Ćw. 1 Wprowadzenie tranzystor bipolarny w układzie wzmacniacza 2
2. Oszacowanie wartości prądu kolektora.
Aby zilustrować sposób, w jaki można przewidzieć wyniki przeprowadzanych w ćwiczeniu pomiarów
wykonamy najpierw następujące przybliżone obliczenia. Założymy dla uproszczenia, że napięcie UBE
tranzystora nie zależy od prądu kolektora i jest równe 0,7 V. Założymy też, że prąd bazy jest
pomijalnie mały w porównaniu ze stałym prądem płynącym przez rezystory R1= 150 kśą i R2= 39 kśą
(tzw. dzielnik sztywny). Przyjmiemy również, że prąd kolektora jest równy prądowi emitera (duży
współczynnik wzmocnienia prądowego ąDC). Przy takich założeniach bez trudu obliczymy napięcie
na rezystorze R2 (patrz rys. 1):
R2
39kśą
źą
U = -U =[ą15V-śą-15V ] =6,19V
.
śąU źą
R2obl CC EE
R1ąR2 39k śąą150kśą
Po odjęciu napięcia UBE otrzymamy napięcie na rezystorze emiterowym RE = 2,4 kśą
U =U -UBE=6,19V -0,7V =5,49V
.
REobl R2obl
Prąd kolektora (w przybliżeniu równy prądowi emitera) jest równy
U ICobl 2,29 mA
5,49V
REobl
ICoblC"I = = =2,29mA IB= = =8,18ą A
( prąd bazy ).
Eobl
RE 2,4 k śą ąDC 280
Ponieważ w warunkach laboratorium woltomierz napięcia stałego ma zawsze jeden zacisk połączony
z masą (będziemy mierzyli potencjały elektrod tranzystora, czyli ich napięcia względem masy),
obliczmy potencjał emitera i kolektora wiedząc, że obliczone poprzednio napięcia na R2 i RE odnosiły
się do potencjału UEE = 15 V.
Zatem potencjał emitera UEobl = UEE + UREobl = 15 V + 5,49 V = 9,51 V, a dla RC = 8,2 kśą , potencjał
kolektora UCobl = UCC ICoblFRC = 15 V 2,29 mAF8,2 kśą = 3,78 V.
Stąd napięcie UCEobl = UCobl UEobl = 3,78 V ( 9,51 V) = 5,73 V.
Obliczmy również prąd płynący przez rezystory nieobciążonego dzielnika R1, R2:
IDZ= -UEE 1ąR2
>> IB = 8,18 ąA.
śąU źą/śąR źąC"[ą15V-śą-15Vźą]/śą39k śąą150kśąźąC"160ą A
CC
3. Część pomiarowa ćwiczenia.
3.1. Montaż wzmacniacza i doświadczalne wyznaczenie punktu pracy tranzystora.
3.1.1. Wykorzystując wkładkę DWT1 zamontuj TYLKO rezystory R1 ; R2 i dołącz napięcia zasilające
(wkładka powinna leżeć na stole laboratoryjnym, zasilana specjalnym przewodem połączonym
z zasilaczem). Przełączniki powinny być ustawione następujaco: P1 w pozycji 15 V, P2 w
pozycji +15 V. Zmierz napięcia zasilające UCC (zacisk Z 22) i UEE (zacisk Z 7). Mogą różnić się
o dziesiąte części wolta od wartości nominalnych '15 V. Zmierz potencjał zacisku Z10, do
którego będzie dołączona baza tranzystora. Jest to napięcie EDZ na wyjściu nieobciążonego
dzielnika" zasilającego bazę. Powinno być równe 9 V ą10% (minus! 9 V). Na tej podstawie
oblicz napięcie na rezystorze R2 czyli UR2. Wyniki pomiarów i obliczeń zapisz w tabeli 1.
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW 2008 4. mar. 2008 23:57
ELIU Ćw. 5 / UELE Ćw. 1 Wprowadzenie tranzystor bipolarny w układzie wzmacniacza 3
Rys. 2 Schemat montażowy wzmacniacza moduł DWT 1
Uwaga! Pomiary wartości napięć stałych należy wykonać za pomocą woltomierza cyfrowego i specjalnej
sondy DC połączonej z woltomierzem za pomocą wkładki pośredniczącej SP2 (lub SP1) wsuniętej do
ramy zasilającej. Wkładka ta zapewnia połączenie masy układu z wejściem LO " woltomierza.
Tabela 1:
Napięcia zasilające:
(Z 22) UCC = . . . . V (Z 7) UEE = . . . . V
Potencjał na wyjściu nieobciążonego dzielnika R1, R2 (zacisk Z 10) EDZ = . . . . . V
Napięcie na rezystorze R2 nieobciążonego dzielnika (oblicz) UR2 = . . . . . V
3.1.2. Zamontuj tranzystor T2 (średniej mocy BD285), rezystory RC = 8,2 kśą i RE = 2,4kśą i
zmierz potencjały na elektrodach tranzystora. Korzystając z tych wartości można w elemen
tarny sposób wyliczyć poszukiwane wielkości (UBE; UCEQ; ICQ). Oblicz napięcie UBE. Oblicz
wartość prądu kolektora ICQ i napięcie UCEQ (punkt pracy tranzystora). Oblicz napięcie UR2 przy
dołączonym tranzystorze. Wyniki pomiarów i obliczeń zanotuj w tabeli 2a.
Upewnij się, że po dołączeniu tranzystora nie zmieniły się napięcia zasilające.
Tabela 2a (tranzystor średniej mocy)
T2 BD(P)285
UC (Z 11) [V] UB (Z 10) [V] UE (Z 9) [V] UBE [V] ICQ [mA] UCEQ [V] UR2 [V]
UCC-UC
ICQ= =
RC
Oblicz względny błąd popełniony przy oszacowaniu prądu kolektora tranzystora T2 (ICobl = 2,29 mA p.2).
ąICQ ICobl-ICQ
= =
ICobl ICobl
3.1.3. Powtórz pomiary i obliczenia jak w punkcie 3.1.2 dla tranzystora T1 (małej mocy BC547B).
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW 2008 4. mar. 2008 23:57
ELIU Ćw. 5 / UELE Ćw. 1 Wprowadzenie tranzystor bipolarny w układzie wzmacniacza 4
Tabela 2b (tranzystor małej mocy)
T1 BC547B
UC (Z 11) [V] UB (Z 10) [V] UE (Z 9) [V] UBE [V] ICQ [mA] UCEQ [V] UR2 [V]
UCC-UC
ICQ= =
RC
Oblicz względny błąd popełniony przy oszacowaniu prądu kolektora tranzystora T1 (ICobl = 2,29 mA p.2).
ąICQ ICobl-ICQ
= =
ICobl ICobl
3.1.4. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów i obliczeń odpowiedz na pytania (zostaną
dostarczone przez prowadzącego zajęcia).
Odpowiedzi napisz na odwrocie lub na dodatkowej kartce.
Dalsze obserwacje i pomiary należy przeprowadzić dla tranzystora małej mocy T1 (BC547B).
Zamontuj zgodnie ze schematem montażowym (rys. 2) rezystory Rg = 4,75 kW i R0 = 10 kW,
kondensator C2 = 680 nF oraz ZWOR. Sprawdz potencjały zacisków, do których dołączysz
kondensatory elektrolityczne CE = 470 mF i C1 = 10 mF. Zamontuj kondensatory pamiętając, że
końcówka oznaczona +" powinna być dołączona do wyższego potencjału. (np. 0 V > 9 V % )
Uwaga! Kondensatory elektrolityczne są elementami wymagającymi ściśle określonej polaryzacji: włączone
odwrotnie zostaną albo rozformowane (aluminiowe), albo natychmiast zniszczone (tantalowe). Montaż konden
satorów powinien odbywać się przy wyłączonym zasilaniu układu.
Sprawdz, czy po dołączeniu kondensatorów nie zmieniły się wartości napięć na elektrodach
tranzystora (z dokładnością do dziesiątych części wolta). Jeśli się zmieniły wymień zle
włączone lub uszkodzone kondensatory na w pełni sprawne i włącz je poprawnie.
3.2. Obserwacja zniekształceń przebiegu sinusoidalnego przy pracy wzmacniacza wysterowanego
sygnałem o dużej amplitudzie.
Połącz wyjście generatora G430 z wejściem wzmacniacza (WE2 wkładki DWT1), a wyjście
wzmacniacza (WY1 wkładki DWT1) z wejściem CH2 oscyloskopu. Drugie wyjście generatora
połącz z wejściem CH1 oscyloskopu. (Uwaga! Wyjście generatora usytuowane po lewej stronie
ma dziesięciokrotnie mniejszą amplitudę niż dwa pozostałe. Nie używaj go.) Ustaw
częstotliwość generatora równą ok. 1 kHz. Ustaw amplitudę tak, aby widać było obcięte górne i
dolne wierzchołki przebiegu wyjściowego wzmacniacza.
Naszkicuj (na dodatkowej kartce) otrzymany przebieg i zaznacz, które fragmenty odpowiadają
zatykaniu się tranzystora, a które nasycaniu.
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW 2008 4. mar. 2008 23:57
ELIU Ćw. 5 / UELE Ćw. 1 Wprowadzenie tranzystor bipolarny w układzie wzmacniacza 5
Zmniejszaj powoli amplitudę sygnału aż do momentu kiedy przestaną być widoczne
zniekształcenia przebiegu wyjściowego wzmacniacza. Zmierz amplitudę tego przebiegu
(Uwy max). Zmierz również amplitudę napięcia generatora Eg. Zapisz wyniki w tabeli 3.
Wykorzystaj możliwości pomiarowe oscyloskopu:
Na płycie czołowej oscyloskopu w polu MENU naciśnij przycisk Measure . Po prawej stronie
ekranu pojawi się pionowe Menu ekranowe . Górnym przyciskiem obsługi tego menu wybierz CH1.
Następnym Voltage . Masz do wyboru 10 możliwości. Zalecane jest w przypadku przebiegu
sinusoidalnego wybrać opcję Vamp . U dołu ekranu pojawi się okienko Vamp(1) = 100 mV
(100 mV wartość przykładowa). Jest to podwojona wartość amplitudy przebiegu. Dzieląc ją przez
dwa obliczysz amplitudę napięcia z generatora Eg. Powtórz procedurę dla CH2, żeby otrzymać
amplitudę napięcia na wyjściu wzmacniacza.
Dla wartości amplitudy napięcia wyjściowego mniejszej niż Uwy max, można z dobrym przybli
żeniem przyjąć, że mamy do czynienia z pracą małosygnałową wzmacniacza. Deformacja
przebiegu wyjściowego jest niewielka jednak mierzalna za pomocą wyspecjalizowanego
sprzętu.
3.3. Pomiar skutecznego wzmocnienia napięciowego wzmacniacza dla średnich częstotliwości.
Zmniejsz amplitudę przebiegu w przybliżeniu dwukrotnie, a następnie czterokrotnie. Wyniki
pomiarów zanotuj również w tabeli 3. Oblicz dla wszystkich wartości napięć stosunek napięcia
wyjściowego do SEM generatora Eg.
Tabela 3
Eg Uwy kus0 = Uwy/Eg
Uwy max mV V V/V
Uwy max/2 mV V V/V
Uwy max/4 mV V V/V
3.3.1. Porównaj ze sobą otrzymane wzmocnienia. Co zauważyłeś?
3.4. Badanie wpływu zmian wartości rezystorów RC i RE na punkt pracy tranzystora (T1).
Odłącz generator i oscyloskop. Możesz również wymontować kondensatory, ponieważ będziesz
mierzyć tylko napięcia stałe.
Zmierz woltomierzem cyfrowym potencjały elektrod tranzystora dla trzech zestawów
rezystorów RE ; RC.
a RE = 2,4 kW ; RC = 8,2 kW b RE = 2,4 kW ; RC = 1 kW c RE = 8,2 kW ; RC = 1 kW
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW 2008 4. mar. 2008 23:57
ELIU Ćw. 5 / UELE Ćw. 1 Wprowadzenie tranzystor bipolarny w układzie wzmacniacza 6
Dla każdego z tych trzech zestawów oblicz URE czyli napięcie na rezystorze RE, a na tej
podstawie prąd emitera IEQ. Oblicz napięcie UCEQ i napięcie UBE. Korzystając z tego, że
współczynnik bDC 280 jest znacznie większy od jedności możemy przyjąć, że ICQ IEQ, a
obliczając prąd emitera (zamiast ICQ) uzyskujemy większą dokładność. Wyniki pomiarów i
obliczeń umieść w tabeli 4.
Zauważ, że w przypadku RC = 1 kśą napięcie na tym rezystorze obliczalibyśmy jako różnicę bliskich
sobie potencjałów, a to mogłoby prowadzić do dużego błędu względnego.
Tabela 4
Elementy zmieniane Potencjały elektrod tranzystora Punkt pracy T1
RE RC UC [V] UB [V] UE [V] UBE [V] URE [V] IEQ [mA] UCEQ [V]
a 2,4 kW 8,2 kW
2,4 kW 1,0 kW
b
c 8,2 kW 1,0 kW
3.4.1. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów i obliczeń odpowiedz na pytania.
Jeśli odpowiedzi nie zmieszczą się na tej stronie napisz dalszy ciąg na dodatkowej kartce (lub na
odwrocie).
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW 2008 4. mar. 2008 23:57
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
UELE lut WE2 d103 wyzwania i kierunki rozwoju 4 lut lastkuzniak s5 wt( lutŁutwięcej podobnych podstron