Cel ćwiczenia:
Poznanie zasad działania, budowy i badanie pierwszych układów na tranzystorach - źródeł stałych prądów. Poznanie doświadczalne właściwości w różnych stanach pracy.
Schematy układów pomiarowych:
Rys.1. Parametryczny stabilizator prądu na tranzystorze bipolarnym n-p-n oraz układ do jego badania.
Rys.2. Kompensacyjny stabilizator prądu na tranzystorze bipolarnym p-n-p oraz układ do jego badania.
Rys.3. Kompensacyjny stabilizator prądu na tranzystorze polowym JFETn oraz układ do jego badania.
Spis przyrządów pomiarowych:
Digital multimeter (TRUE RMS) METEX, I29-IVa4537 (mierzył prąd),
Zasilacz mocy nastawnej, typ ZMM-3/97A (źródło zasilania, mierzył EC, ES, EE),
Dekadowy obciążalnik rezystancyjny, typ OD-Rb, I29-IVa4491,
Multimetr przenośny HI TEC DT-380, I29-IVa4300 (mierzył napięcie).
Tabele pomiarowe i wykresy:
| Parametryczny stabilizator prądu. Charakterystyki I0 = f(EC) i I0 = f(U0) |
|---|
| RL/Rlmax |
| [-] |
| 0,1 |
| 0,4 |
| 0,7 |
Po włączeniu zasilania i sprawdzeniu czy prąd wyjściowy jest w przybliżeniu równy I0znam, przy obciążeniu RL ≈ 0,4RLmax, stwierdziliśmy, że tranzystor w układzie jest w stanie aktywnym normalnym.
Po wyciągnięciu rezystora RB prąd w obwodzie bazy wynosi IB = 0 mA < 0,001, a w obwodzie kolektora IC = 0 mA < 0,002. Jest to stan zatkania.
Po ponownym włączeniu rezystora RB zmieniliśmy wartość RL na około 10RLmax. Wówczas IC = 0,5127 mA. Stosunek $\frac{I_{C}}{I_{B}} = 17,09\ \frac{A}{A}$. Wartość ta jest 10 razy mniejsza, niż w przypadku, gdy RL = RLmax. W tym przypadku bowiem $\beta_{0} = 200\ \frac{A}{A}$. Po przełączeniu odpowiednio woltomierza V2, UCE = 68,6 mV. Jest to stan nasycenia.
| EC/ECznam | ∆U | ∆I | R0 |
|---|---|---|---|
| [-] | [V] | [A] | [Ω] |
| 0,8 | 9,551 | -0,00065 | 14648,77 |
| 1 | 10,047 | -0,00073 | 13744,19 |
| 1,2 | 10,45 | -0,00087 | 12039,17 |
Przykładowe obliczenia:
$$R_{0} = \ \frac{U_{0}}{- I_{0}}\ \lbrack\Omega\rbrack$$
U0 = 11, 42 − 1, 869 = 9, 551 V
ΔI0 = 5, 302 − 5, 954 = −0, 652 mA
$$R_{0} = \ \frac{9,551}{0,652 \bullet 10^{- 3}} = 14648,77\ \Omega$$
| RL/Rlmax | ∆Ezas | ∆I | Gi |
|---|---|---|---|
| [-] | [V] | [A] | [S] |
| 0,1 | 8,0 | 0,000755 | 9,44E-05 |
| 0,4 | 8,0 | 0,000579 | 7,24E-05 |
| 0,7 | 8,0 | 0,000539 | 6,74E-05 |
Przykładowe obliczenia:
$$G_{i} = \ \frac{I_{0}}{E_{\text{zas}}}\ \lbrack S\rbrack$$
Ezas = 24, 0 − 16, 0 = 8, 0 V
I0 = 6, 709 − 5, 954 = 0, 755 mA
$$G_{i} = \ \frac{0,755 \bullet 10^{- 3}}{8,0} = 9,44 \bullet 10^{- 5\ }\text{\ S}$$
| RL/Rlmax | Gi | Ezas | I0 | Si |
|---|---|---|---|---|
| [-] | [S] | [V] | [A] | [%/%] |
| 0,1 | 9,44E-05 | 20,0 | 0,006298 | 3,00E-01 |
| 0,4 | 7,24E-05 | 20,0 | 0,005844 | 2,48E-01 |
| 0,7 | 6,74E-05 | 20,0 | 0,005567 | 2,42E-01 |
Przykładowe obliczenia:
$$S_{i} = \ G_{i} \bullet \frac{E_{\text{zas}}}{I_{0}}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{\%}{\%} \right\rbrack$$
$$S_{i} = 9,44 \bullet 10^{- 5} \bullet \frac{20,0}{6,298 \bullet 10^{- 3}} = 3,00 \bullet 10^{- 1}\ \frac{\%}{\%}\ $$
$$Uwaga:\ E_{\text{zas}}\text{\ i\ }I_{0}\text{\ dl}\text{a\ }\frac{E_{C}}{E_{\text{Cznam}}} = 1$$
| Kompensacyjny stabilizator prądu na tranzystorze bipolarnym. |
|---|
| RL/Rlmax |
| [-] |
| 0,1 |
| 0,4 |
| 0,7 |
| EE/EEznam | ∆U | ∆I | R0 |
|---|---|---|---|
| [-] | [V] | [A] | [Ω] |
| 0,8 | 7,658 | -3,6E-05 | 212722,2 |
| 1 | 7,691 | -3,5E-05 | 219742,9 |
| 1,2 | 7,744 | -0,000024 | 322666,7 |
Przykładowe obliczenia:
$$R_{0} = \ \frac{U_{0}}{- I_{0}}\ \lbrack\Omega\rbrack$$
U0 = 8, 98 − 1, 322 = 7, 658 V
ΔI0 = 5, 984 − 6, 020 = −0, 036 mA
$$R_{0} = \ \frac{7,658}{0,036 \bullet 10^{- 3}} = 212722,2\ \Omega$$
| RL/Rlmax | ∆Ezas | ∆I | Gi |
|---|---|---|---|
| [-] | [V] | [A] | [S] |
| 0,1 | 8,0 | 7,2E-05 | 9,00E-06 |
| 0,4 | 8,0 | 7,3E-05 | 9,13E-06 |
| 0,7 | 8,0 | 8,4E-05 | 1,05E-05 |
Przykładowe obliczenia:
$$G_{i} = \ \frac{I_{0}}{E_{\text{zas}}}\ \lbrack S\rbrack$$
Ezas = 24, 0 − 16, 0 = 8, 0 V
I0 = 6, 092 − 6, 020 = 0, 072 mA
$$G_{i} = \ \frac{0,072 \bullet 10^{- 3}}{8,0} = 9,00 \bullet 10^{- 6\ }\text{\ S}$$
| RL/Rlmax | Gi | Ezas | I0 | Si |
|---|---|---|---|---|
| [-] | [S] | [V] | [A] | [%/%] |
| 0,1 | 9,00E-06 | 20,0 | 0,006061 | 2,97E-02 |
| 0,4 | 9,13E-06 | 20,0 | 0,006045 | 3,02E-02 |
| 0,7 | 1,05E-05 | 20,0 | 0,006026 | 3,48E-02 |
Przykładowe obliczenia:
$$S_{i} = \ G_{i} \bullet \frac{E_{\text{zas}}}{I_{0}}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{\%}{\%} \right\rbrack$$
$$S_{i} = 9,00 \bullet 10^{- 6} \bullet \frac{20,0}{6,061 \bullet 10^{- 3}} = 2,97 \bullet 10^{- 2}\ \frac{\%}{\%}\ $$
$$Uwaga:\ E_{\text{zas}}\text{\ i\ }I_{0}\text{\ dla\ }\frac{E_{E}}{E_{\text{Eznam}}} = 1$$
| Kompensacyjny stabilizator prądu na tranzystorze polowym JFETn. |
|---|
| RL/Rlmax |
| [-] |
| 0,1 |
| 0,4 |
| 0,7 |
Po włączeniu zasilania i sprawdzeniu czy prąd wyjściowy jest w przybliżeniu równy I0znam, przy obciążeniu RL ≈ 0,4RLmax, stwierdziliśmy, że tranzystor w układzie jest w stanie aktywnym normalnym.
Po wyłączeniu Diody Zenera i zastąpieniu jej źródłem 5V, zastąpiliśmy rezystor Rs zworą. Napięcie UGS na wejściu tranzystora wynosi UGS = -5V, natomiast prąd w obwodzie drenu tranzystora jest równy ID = 0 mA. Jest to stan zatkania.
| ES/ESznam | ∆U | ∆I | R0 |
|---|---|---|---|
| [-] | [V] | [A] | [Ω] |
| 0,8 | -6,136 | 1,62E-04 | 37876,54 |
| 1 | -6,322 | 2,3E-05 | 274869,6 |
| 1,2 | -6,366 | 2,7E-05 | 235777,8 |
Przykładowe obliczenia:
$$R_{0} = \ \frac{U_{0}}{- I_{0}}\ \lbrack\Omega\rbrack$$
U0 = −7, 2 + 1, 094 = −6, 136 V
ΔI0 = −5, 806 + 5, 968 = 0, 162 mA
$$R_{0} = \ \frac{- 6,136}{- 0,162 \bullet 10^{- 3}} = 37876,54\ \Omega$$
| RL/Rlmax | ∆Ezas | ∆I | Gi |
|---|---|---|---|
| [-] | [V] | [A] | [S] |
| 0,1 | 8,0 | -2,7E-05 | -3,38E-06 |
| 0,4 | 8,0 | -4,1E-05 | -5,13E-06 |
| 0,7 | 8,0 | -0,000162 | -2,03E-05 |
Przykładowe obliczenia:
$$G_{i} = \ \frac{I_{0}}{E_{\text{zas}}}\ \lbrack S\rbrack$$
Ezas = 24, 0 − 16, 0 = 8, 0 V
I0 = −5, 995 + 5, 968 = −0, 027 mA
$$G_{i} = \ \frac{- 0,027 \bullet 10^{- 3}}{8,0} = - 3,38 \bullet 10^{- 6\ }\text{\ S}$$
| RL/Rlmax | Gi | Ezas | I0 | Si |
|---|---|---|---|---|
| [-] | [S] | [V] | [A] | [%/%] |
| 0,1 | -3,38E-06 | 20,0 | -0,005983 | 1,13E-02 |
| 0,4 | -5,13E-06 | 20,0 | -0,005979 | 1,71E-02 |
| 0,7 | -2,03E-05 | 20,0 | -0,00596 | 6,80E-02 |
Przykładowe obliczenia:
$$S_{i} = \ G_{i} \bullet \frac{E_{\text{zas}}}{I_{0}}\text{\ \ }\left\lbrack \frac{\%}{\%} \right\rbrack$$
$$S_{i} = - 3,38 \bullet 10^{- 6} \bullet \frac{20,0}{- 5,983 \bullet 10^{- 3}} = 1,13 \bullet 10^{- 2}\ \frac{\%}{\%}\ $$
$$Uwaga:\ E_{\text{zas}}\text{\ i\ }I_{0}\text{\ dla\ }\frac{E_{S}}{E_{\text{Sznam}}} = 1$$
Porównanie między źródłami:
| PARAMETRYCZNY STABILIZATOR PRĄDU |
|---|
| OBLICZENIA TEORETYCZNE |
| RL/Rlmax |
| [-] |
| 1 |
| KOMPENSACYJNY STABILIZATOR PRĄDU NA TRANZYSTORZE BIPOLARNYM |
|---|
| OBLICZENIA TEORETYCZNE |
| RL/Rlmax |
| [-] |
| 1 |
| KOMPENSACYJNY STABILIZATOR PRĄDU NA TRANZYSTORZE POLOWYM JFETn |
|---|
| OBLICZENIA TEORETYCZNE |
| RL/Rlmax |
| [-] |
| 1 |
Wnioski:
Opierając się na wynikach otrzymanych na drodze doświadczeń, stwierdzam, że przyrządy działały poprawnie. W przypadku parametrycznego stabilizatora przy RL ≈ 0, 4RLmax tranzystor znajdował się w stanie aktywnym normalnym. Przy takim samym obciążeniu, w takim samym stanie był kompensacyjny stabilizator prądu na tranzystorze polowym JFETn. Stan zatkania z kolei zauważyłam, gdy w parametrycznym stabilizatorze wyciągnięty został rezystor RB. W przypadku tranzystora polowego, stan zatkania nastał po zastąpieniu Diody Zenera źródłem 5V.
Po zestawieniu wyników otrzymanych z pomiarów z tymi wyliczonymi przed zajęciami, czyli czysto teoretycznymi, obserwuję niewielkie odchyłki od siebie. W 98% przypadków rząd danej wielkości się zgadza z tym teoretycznym. Trzeba wziąć przy porównaniu pod uwagę, że przed zajęciami liczyłam parametry stabilizacji oraz R0 dla stosunku $\frac{R_{L}}{R_{\text{Lmax}}} = 1$, natomiast w ramach obliczeń z pomiarów wyniki było dla stosunków równych odpowiednio 0,1; 0,4; 0,7.