5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów

Projekt wspfinansowany ze rodkw Europejskiego Funduszu Spoecznego

MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ

Bogumia Maj Dorota Wudarczyk Montowanie ukadw analogowych i pomiary ich parametrw 311[07].O2.01 Poradnik dla ucznia

Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Pastwowy Instytut Badawczy Radom 2006

Projekt wspfinansowany ze rodkw Europejskiego Funduszu Spoecznego 1

Recenzenci: dr in. Jzef Gromek dr in. Wacaw Zaucki Opracowanie redakcyjne: mgr in. Danuta Paweczyk Konsultacja: mgr in. Gabriela Poloczek Korekta: mgr in. Beata Organ

Poradnik stanowi obudow dydaktyczn programu jednostki moduowej 311[07].O2.01 Montowanie ukadw analogowych i pomiary ich parametrw - zawartego w moduowym programie nauczania dla zawodu technik elektronik.

Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Pastwowy Instytut Badawczy, Radom 2006


SPIS TRECI 1. Wprowadzenie 4 2. Wymagania wstpne 6 3. Cele ksztacenia 7 4. Materia nauczania 8 4.1. Diody pprzewodnikowe 8

4.1.1. Materia nauczania 8 4.1.2. Pytania sprawdzajce 11 4.1.3. wiczenia 11 4.1.4. Sprawdzian postpw 12

4.2. Tranzystory 13 4.2.1. Materia nauczania 13 4.2.2. Pytania sprawdzajce 21 4.2.3. wiczenia 21 4.2.4. Sprawdzian postpw 24

4.3. Pprzewodnikowe elementy sterowane 25 4.3.1. Materia nauczania 25 4.3.2. Pytania sprawdzajce 27 4.3.3. wiczenia 28 4.3.4. Sprawdzian postpw 32

4.4. Elementy optoelektroniczne 33 4.4.1. Materia nauczania 33 4.4.2. Pytania sprawdzajce 37 4.4.3. wiczenia 37 4.4.4. Sprawdzian postpw 40

4.5. Wzmacniacze tranzystorowe 41 4.5.1. Materia nauczania 41 4.5.2. Pytania sprawdzajce 49 4.5.3. wiczenia 49 4.5.4. Sprawdzian postpw 53

4.6. Scalone ukady analogowe 54 4.6.1. Materia nauczania 54 4.6.2. Pytania sprawdzajce 61 4.6.3. wiczenia 62 4.6.4. Sprawdzian postpw 63

4.7. Ukady zasilajce 64 4.7.1. Materia nauczania 64 4.7.2. Pytania sprawdzajce 66 4.7.3. wiczenia 67 4.7.4. Sprawdzian postpw 68

4.8. Generatory 69 4.8.1. Materia nauczania 70 4.8.2. Pytania sprawdzajce 71


4.8.3. wiczenia 72 4.8.4. Sprawdzian postpw 73

5. Sprawdzian osigni 74 6. Literatura 79


1. WPROWADZENIE

Jednostka moduowa 311[07].O2.01 - Montowanie ukadw analogowych i pomiary ich parametrw, ktrej tre teraz poznasz jest jedn z jednostek oglnozawodowych moduu 311[07].02 Pomiary parametrw elementw i ukadw elektronicznych, i umoliwia wraz z pozostaymi jednostkami tego moduu ksztatowanie umiejtnoci montowania podstawowych ukadw analogowych, pomiarw ich parametrw i sporzdzania charakterystyk schemat str.5.

Poradnik bdzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o budowie i zasadzie dziaania

elementw i ukadw analogowych oraz sposobach ich badania.

Poradnik ten zawiera: 1. Wymagania wstpne, czyli wykaz niezbdnych umiejtnoci i wiadomoci, ktre powiniene

mie opanowane, aby przystpi do realizacji tej jednostki moduowej. 2. Cele ksztacenia tej jednostki moduowej. 3. Materia nauczania (rozdzia 4), ktry umoliwia samodzielne przygotowanie si do

wykonania wicze i zaliczenia sprawdzianw. 4. Zestaw wicze do kadej partii materiau, ktre zawieraj:

pytania sprawdzajce wiedz potrzebn do wykonania wiczenia, wykaz materiaw i sprztw potrzebnych do realizacji wiczenia, sprawdzian postpw umoliwiajcy sprawdzenie poziomu wiedzy po wykonaniu

wicze. Wykonujc sprawdzian postpw powiniene odpowiada na pytanie tak lub nie, co oznacza, e opanowae materia albo nie. Jeeli masz trudnoci ze zrozumieniem tematu lub wiczenia, to popro nauczyciela lub instruktora o wyjanienie.

5. Sprawdzian osigni - przykadowy zestaw zada sprawdzajcych Twoje opanowanie wiedzy i umiejtnoci z zakresu caej jednostki. Zaliczenie tego wiczenia jest dowodem osignicia umiejtnoci praktycznych okrelonych w tej jednostce moduowej.

6. Literatur uzupeniajc. Bezpieczestwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzega regulaminw, przepisw bhp i higieny

pracy oraz instrukcji przeciwpoarowych, wynikajcych z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te poznae ju czciowo podczas trwania nauki, a czciowo poznasz w trakcie realizacji tej jednostki.


Schemat ukad jednostek moduowych

311[07].02 POMIARY PARAMETRW ELEMENTW I UKADW

ELEKTRONICZNYCH

311[07].02.01 Montowanie ukadw

analogowych i pomiary ich parametrw

311[07].02.02 Montowanie ukadw

cyfrowych i pomiary ich parametrw

311[07].02.03 Badanie elementw i ukadw automatyki


2.WYMAGANIA WSTPNE Przed przystpieniem do realizacji jednostki moduowej powiniene umie:

rozrnia i nazywa wielkoci fizyczne oraz podawa ich jednostki, szacowa i oblicza wartoci podstawowych wielkoci elektrycznych w obwodach prdu

staego i zmiennego, obsugiwa przyrzdy pomiarowe i laboratoryjne: miernik uniwersalny, woltomierz,

amperomierz, omomierz, oscyloskop, generator funkcyjny, zasilacz laboratoryjny, dobiera metody pomiarowe w zadanej sytuacji, proponowa ukad pomiarowy w zadanej sytuacji, montowa ukad pomiarowy prdu staego i przemiennego wg schematu, przedstawia wyniki pomiarw w formie tabel i wykresw, interpretowa wyniki pomiarw w obwodach prdu staego i zmiennego oraz ocenia ich

dokadno, interpretowa dziaanie ukadu na podstawie wynikw pomiarw, charakteryzowa skutki dziaania prdu elektrycznego na organizm czowieka, przewidywa zagroenia dla ycia i zdrowia w czasie wykonywania wicze i zada, organizowa bezpieczne i ergonomiczne stanowisko pracy.


3. CELE KSZTACENIA Po zrealizowaniu procesu ksztacenia bdziesz umie:

sklasyfikowa analogowe elementy i ukady elektroniczne wedug rnych kryteriw, rozrni elementy bierne i czynne, rozpozna analogowe elementy i ukady elektroniczne na podstawie symboli graficznych,

oznacze, wygldu, charakterystyk, zidentyfikowa kocwki analogowych elementw i ukadw elektronicznych, poda podstawowe zastosowania analogowych elementw i ukadw elektronicznych, narysowa schematy ideowe podstawowych ukadw elektronicznych, okreli rol poszczeglnych elementw w ukadach elektronicznych, zdefiniowa podstawowe parametry analogowych elementw i ukadw elektronicznych, dobra metody oraz przyrzdy pomiarowe, zmierzy podstawowe parametry analogowych elementw i ukadw elektronicznych, zaobserwowa przebiegi sygnaw wejciowych i wyjciowych analogowych elementw

i ukadw elektronicznych na oscyloskopie oraz je zinterpretowa, wykorzysta programy komputerowe do opracowywania wynikw pomiarw, narysowa i zinterpretowa podstawowe charakterystyki analogowych elementw

i ukadw elektronicznych, odczyta parametry elementw z charakterystyk, okreli wpyw istotnych czynnikw zewntrznych na prac analogowych elementw

i ukadw elektronicznych, wyjani zasady modulacji i demodulacji, wyjani zasady przetwarzania analogowo-cyfrowego i cyfrowo-analogowego, sprawdzi poprawno dziaania analogowych elementw i ukadw elektronicznych, zlokalizowa uszkodzenia elementw i podzespow w ukadach elektronicznych na

podstawie pomiarw dokonanych w wybranych punktach, dobra analogowe elementy i ukady elektroniczne do zadanych warunkw, scharakteryzowa technologie montau pytek drukowanych: jedno i wielowarstwowych, zmontowa prosty analogowy ukad elektroniczny na pytce drukowanej zgodnie ze

schematem montaowym, uruchomi prosty analogowy ukad elektroniczny, dokona oceny jakoci i prezentacji wykonanego ukadu, skorzysta z katalogw i innych rde informacji o analogowych elementach i ukadach

elektronicznych, przewidzie zagroenia dla ycia i zdrowia w czasie realizacji wicze i zada, zastosowa przepisy bezpieczestwa i higieny pracy, przepisy ochrony przeciwpoarowej

oraz ochrony rodowiska.


4. MATERIA NAUCZANIA 4.1 . Diody pprzewodnikowe 4.1.1. Materia nauczania

Diody pprzewodnikowe to elementy zbudowane w oparciu o zcze pprzewodnik-

pprzewodnik ( p-n lub l-h: p-p+, n-n+ ) lub metal-pprzewodnik (m-p). Ze wzgldu na budow i technologi wykonania wyrniamy diody ostrzowe (ostrze metalowe wtopione w pprzewodnik) i warstwowe (otrzymywane technologi stopow lub dyfuzyjn). Najwaniejszym kryterium z punktu widzenia uytkownika jest podzia diod ze wzgldu na zastosowanie. Wg tego kryterium mona wyrni diody: prostownicze, stabilizacyjne, detekcyjne, mieszajce, impulsowe, generacyjne, pojemnociowe itd.. Symbole rnych diod przedstawia Rys.1.

Rys.1. Symbole graficzne diody: a) symbol oglny; b) symbol diody tunelowej; c) stabilizacyjnej (Zenera); d) pojemnociowej [1, s.53]

Diody prostownicze Stosowane s w ukadach prostowniczych urzdze zasilajcych, przeksztacajcych prd zmienny w prd jednokierunkowy pulsujcy.

Parametry diod prostowniczych mona podzieli na dwie podstawowe grupy: parametry charakterystyczne: napicie progowe UT0, napicie przebicia UBR, maksymalne powtarzalne napicie wsteczne URRM (URRM =0,8 UBR ), dopuszczalne rednie napicie przewodzenia UF , parametry graniczne: dopuszczalny prd redni w kierunku przewodzenia I F(AV), dopuszczalna temperatura zcza Timax, maksymalna moc strat przy danej temperaturze P tot max .

Parametry charakterystyczne najlepiej przedstawia rzeczywista charakterystyka prdowo-napiciowa diody prostowniczej - Rys.2 . Dodatkowo, dla kierunku przewodzenia podawana jest warto prdu IF, przy okrelonym napiciu UF.

Rys.2. Charakterystyka diody prostowniczej a) rzeczywista; b) aproksymujca [1,s.54]


[ ]=Z

ZZ I

UR

Ze wzgldu na straty mocy diody prostownicze dzieli si na elementy: maej mocy P tot max < 1W, redniej mocy 1W P tot max 10W, duej mocy P tot max 10W . Dopuszczalna temperatura zcza dla diod germanowych wynosi ok. 80C, a dla diod krzemowych ok. 150C . Diody impulsowe

Diody te wykorzystywane s gwnie w ukadach impulsowych i przerzutnikowych. Idealna dioda impulsowa powinna dziaa bez jakichkolwiek opnie i nie znieksztaca impulsw. Miar bezwadnoci diody impulsowej jest czas przeczania trr ze stanu przewodzenia do stanu zaporowego. Parametry charakterystyczne to: czas ustalania charakterystyki wstecznej trr, czas ustalania charakterystyki przewodzenia tfr. Diody pojemnociowe

W diodach tych ( warikapach, waraktorach) wykorzystuje si zmiany pojemnoci zcza PN pracujcego w kierunku zaporowym pod wpywem napicia Rys.3.

Parametry charakterystyczne to: pojemno minimalna Ctmin, pojemno maksymalna Cttmax,

wspczynnik przestrajania

Rys.3. Charakterystyka diody pojemnociowej [1,s.58]

Diody pojemnociowe stosuje si w ukadach automatycznego dostrajania, powielania i modulacji czstotliwoci, w ukadach modulatorw amplitudy, we wzmacniaczach i mieszaczach parametrycznych i innych. Diody stabilizacyjne (Zenera) W diodach tych wykorzystuje si waciwoci charakterystyki prdowo-napiciowej w zakresie przebicia- Rys.4. Po przekroczeniu pewnej wartoci napicia wstecznego nastpuje szybki wzrost prdu, przy prawie niezmienionym napiciu, na skutek zjawiska Zenera lub przebicia lawinowego. Oba zjawiska maj charakter cakowicie odwracalny. Parametry charakterystyczne: napicie stabilizacji UZ (napicie Zenera),

rezystancja dynamiczna

rezystancja statyczna

mint

maxt0 C

CK =

[ ]

=Z

ZZ I

Ur


wspczynnik stabilizacji temperaturowy

wspczynnik napicia stabilizowanego UZ.

Stabilizacja jest tym lepsza im bardziej stromy jest przebieg charakterystyki prdowo-napiciowej, a wic im mniejsza jest rezystancja dynamiczna diody. Diody stabilizacyjne umoliwiaj stabilizacj napicia w zakresie od 3 do 300V. W zalenoci od dopuszczalnych strat mocy dzielimy je na diody: maej mocy (P tot max < 1W), redniej mocy (1W< P tot max 10W), duej mocy (P tot max > 10W ).

Rys.4. Dioda stabilizacyjna a) charakterystyka prdowo-napiciowa; b) schemat zastpczy; c) schemat stabilizatora z diod stabilizacyjn [1,s.59] Diody Zenera stosuje si w m.in. ukadach stabilizacji napi, w ogranicznikach amplitudy, w ukadach rde napi odniesienia. Diody tunelowe Na skutek zjawiska tunelowania tzn. przejcia nonikw pomidzy pasmami przy polaryzacji w kierunku przewodzenia charakterystyka prdowo-napiciowa diody tunelowej znacznie rni si od charakterystyk pozostaych diod Rys.5. Parametry charakterystyczne:

prd szczytu IP, prd doliny IV, napicie szczytu UP, napicie doliny UV, napicie przeskoku UPP.

Rys.5. Charakterystyka diody tunelowej [1,s.61]

Diody tunelowe za wzgldu na bardzo krtki czas przejcia tunelowego nonikw wykorzystuje si w zakresie bardzo duych czstotliwoci w ukadach generatorw, przerzutnikw,

Z

Z

Z

Z

UUII

S

=


detektorw i wzmacniaczy. W zakresie napi od UP do UV dioda tunelowa moe by wykorzystywana jako ujemna rezystancja (dynamiczna). 4.1.2. Pytania sprawdzajce

Odpowiadajc na pytania sprawdzisz, czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie s symbole diod stosowanych w ukadach elektronicznych? 2. Jakie s parametry charakterystyczne a jakie graniczne diod prostowniczych? 3. W jakich ukadach stosuje si diody prostownicze? 4. Jakie parametry charakteryzuj diody stabilizacyjne? 5. W jakich ukadach s stosowane diody Zenera? 6. Jak waciwo diod pojemnociowych wykorzystuje si w ukadach elektronicznych? 7. Jakie s parametry diody tunelowej? 8. W jakich ukadach mona wykorzysta diody tunelowe? 9. Ktre diody w ukadach elektronicznych pracuj gwnie w zakresie przewodzenia, a ktre

w kierunku zaporowym? 4.1.3. wiczenia wiczenie 1

Pomiar charakterystyk statycznych IA=f(UAK) diod prostowniczych krzemowych i germanowych oraz diod stabilizacyjnych metod punkt po punkcie .

Sposb wykonania wiczenia: Uwaga: Przed wczeniem zasilania popro nauczyciela o sprawdzenie ukadu pomiarowego! Aby wykona wiczenie powiniene:

1) zapozna si z zasad dziaania oraz rodzajami i parametrami diod prostowniczych i stabilizacyjnych;

2) zapozna si z danymi katalogowymi diod podanych w wiczeniu oraz wypisa w tabeli ich najwaniejsze parametry;

Tabela Parametry katalogowe diod prostowniczych Symbol diody UT0 URRM P tot max IF(AV)

Tabela Parametry katalogowe diod stabilizacyjnych Symbol diody U(BR) P tot max S rZ UZ

3) narysowa ukad pomiarowy; 4) zmontowa ukad pomiarowy do badania diod w kierunku przewodzenia:

a) wyznaczy charakterystyk statyczn diody prostowniczej w kierunku przewodzenia podczajc diod poprzez rezystor ograniczajcy do zasilacza, w obwd anodowy wczy miliamperomierz do pomiaru prdu anodowego IF, a do zaciskw diody woltomierz sucy do pomiaru napicia UAK;

b) zwiksza napicie z zasilacza od 0 a do chwili, gdy wartoci prdu przewodzenia zbliy si do wartoci IF(AV) (pomiary naley zagci gdy prd IF zacznie gwatownie rosn);


5) wykona okoo 15 pomiarw w celu uzyskania odpowiedniej dokadnoci pomiaru, wyniki umieci w tabeli pomiarowej;

Tabela. Pomiary charakterystyk statycznych diod w kierunku przewodzenia

UAK1[V] IA[mA] UAK2[V] IA2[mA] UAK3[V] IA3[mA]

6) przeprowadzi pomiary dla dwch innych diod i wyniki zamieci w tabeli; 7) zmontowa ukad pomiarowy do badania diod w kierunku zaporowym:

a) wyznaczy charakterystyk statyczn diody prostowniczej w kierunku zaporowym -podczy diod w kierunku zaporowym do zasilacza, w obwd katody wczy mikroamperomierz do pomiaru prdu IK, a do zaciskw zasilacza woltomierz do pomiaru napicia UKA;

b) odczyta wartoci prdu zwikszajc napicie z zasilacza od 0 do, jeli to moliwe, URRM lub U(BR) (w przypadku diody Zenera ) co 1V, wyniki umieci w tabeli pomiarowej;

Tabela. Pomiary charakterystyk statycznych diod w kierunku zaporowym

UKA1[V] IK1[A] UKA2[V] IK2[A] UAK3[V] IK3[A]

8) przeprowadzi pomiary dla dwch innych diod i wyniki zamieci w tabeli; 9) narysowa na podstawie pomiarw wykresy I=f(UAK) (dla obu kierunkw przewodzenia) dla

3 przykadowych diod prostowniczych; 10) zaznaczy na wykresie dla diody Zenera napicie stabilizacji; 11) dokona oceny poprawnoci wykonanego wiczenia; 12) sformuowa wnioski na podstawie uzyskanych wynikw pomiarw.

Wyposaenie stanowiska pracy: makiety (trenaery) z diodami rnych typw do pomiaru ich parametrw i wyznaczania

charakterystyk, sprzt pomiarowy i laboratoryjny: elektroniczne mierniki uniwersalne, zasilacze laboratoryjne

stabilizowane, katalogi elementw i ukadw elektronicznych, literatura z rozdziau 6. 4.1.4. Sprawdzian postpw Czy potrafisz: Tak Nie 1) poda parametry charakterystyczne diod prostowniczych oraz ich

przykadowe wartoci?

2) narysowa charakterystyki statyczne diod prostowniczych? 3) poda parametry charakterystyczne diod stabilizacyjnych oraz ich

przykadowe wartoci?

4) narysowa charakterystyki statyczne diod Zenera? 5) zaproponowa ukady pomiarowe do pomiarw charakterystyk diod? 6) rozpozna diody na podstawie wynikw pomiarw? 7) sprawdzi, czy dioda jest sprawna?


4.2. Tranzystory bipolarne BJT 4.2.1. Materia nauczania

Tranzystory bipolarne s elementami, ktre w swojej strukturze zawieraj kombinacje dwch pprzewodnikowych zczy p-n wytworzonych w jednej pytce pprzewodnika niesamoistnego. Uszeregowanie obszarw o rnym typie przewodnictwa (p-n-p lub n-p-n) daje dwa przeciwstawne typy tranzystorw Rys.6. Zasada dziaania obu rodzajw tranzystorw jest taka sama, rnica polega na sposobie polaryzacji zcz i kierunku przepywu prdw. Procesy zachodzce w jednym zczu oddziauj na drugie, a nonikami adunku s i elektrony i dziury.

Rys.6. Model struktury i symbole graficzne tranzystora bipolarnego: a) pnp b) npn [1,s.62] E - emiter, C kolektor, B baza

Wytworzona w pytce pprzewodnika struktura jest umieszczona w hermetycznie zamknitej obudowie metalowej, ceramicznej lub plastikowej chronicej przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz umoliwiajcej odprowadzanie ciepa -Rys.7.

d)

Rys.7. Przykady typowych obudw tranzystorw bipolarnych: a) maej mocy; b) redniej mocy; c) duej mocy; d) przystosowanej do montau powierzchniowego. Dla okrelenia skali umieszczono widok stalwki. [1,s.62] Zewntrzna polaryzacja obu zcz tranzystora pozwala na uzyskanie podanego stanu pracy: aktywnego (zcze emiterowe w kierunku przewodzenia, kolektorowe w kierunku zaporowym), nasycenia (oba zcza w kierunku przewodzenia), zatkania (oba zcza w kierunku zaporowym) lub


inwersyjnego (zcze emiterowe w kierunku zaporowym, zcze kolektorowe w kierunku przewodzenia). Tranzystor moe pracowa rwnie jako klucz elektroniczny, znajdujc si na przemian w zakresach nasycenia i zatkania. Waciwoci tranzystorw opisuj rodziny jego charakterystyk statycznych oraz parametry dynamiczne. Charakterystyki statyczne przedstawiaj zalenoci miedzy staymi lub wolnozmiennymi prdami: emitera IE, bazy IB, kolektora IC i napiciami: baza-emiter UBE, kolektor-emiter UCE i kolektor-baza UCB Rys.9. Charakterystyki te pokazuj zalenoci prdowo-napiciowe tranzystora i nazwane zostay charakterystykami: wejciowymi, wyjciowymi, przejciowymi (prdowymi) i sprzenia zwrotnego. Poniewa mierzone s na wejciu i wyjciu tranzystora, a tranzystor ma tylko 3 wyprowadzenia (E, B, C), jedna z elektrod jest wsplna dla wejcia i wyjcia, co jednoznacznie okrela ukad pracy tranzystora WE, WB, WC Rys.8.

Rys. 8. Ukady pracy tranzystorw oraz strzakowanie prdw i napi: a) ukad wsplnego emitera WE; b) ukad wsplnego kolektora WC; c) ukad wsplnej bazy WB [1,s.150]

Najczciej prezentuje si rodziny charakterystyk tranzystorw w ukadzie WE, rzadziej WB. a) b)

c) d)

Rys.9. Charakterystyki tranzystora bipolarnego w ukadzie WE: a) wyjciowa; b) wejciowa; c) prdowa przejciowa; d) zwrotna (sprzenia zwrotnego) [1,s.66; 1,s.69; 1,s.70]


Charakterystyki wyjciowe stanowi rodzin krzywych IC= f(UCE)| IB=const dla ukadu WE Rys.9a lub IC= f(UCB)| IE=const dla ukadu WB. Mona na nich wyrni kilka zakresw zwizanych z polaryzacj zcz E-B i C-B. Najczciej wykorzystuje si zakres aktywny (zcze E-B w kierunku przewodzenia, zcze C-B w kierunku zaporowym), poniewa tranzystor ma wtedy waciwoci wzmacniajce. Charakterystyczne parametry to: w ukadzie WE: - wielkosygnaowy wspczynnik wzmocnienia prdowego dla UCE=const,

B

CE21 I

Ih = ,

maosygnaowy wspczynnik wzmocnienia prdowego dla UCE 0, B

Ce I

Ih

= = 210 ,

prdy zerowe zcz przy polaryzacji wstecznej ICB0, ICEO, rezystancja wyjciowa dla IB= const,

C

CECE I

Ur

= ,

napicie nasycenia UCEsat, dopuszczalna moc strat PCmax, dopuszczalne napicie UCEmax, dopuszczalny prd IC max. w ukadzie WB: wielkosygnaowy wspczynnik wzmocnienia

prdowego dla UCB=const E

C

IIh = = 21 ,

maosygnaowy wspczynnik wzmocnienia prdowego dla UCB 0,

E

Cb I

Ih

= = 210 ,

prdy zerowe zcz przy polaryzacji wstecznej IEB0, ICB0, rezystancja wyjciowa dla IE= const

C

CBCB I

U r

= ,

dopuszczalny prd IC max, dopuszczalna moc strat PCmax,

Charakterystyki wejciowe przedstawiaj zaleno IB =f(UBE)| UCE=const w ukadzie WE-

Rys.9b i UEB =f(IE)| UCB=const w ukadzie WB. Poniewa zcze baza-emiter jest diod, wic charakterystyka wejciowa jest identyczna jak charakterystyka diody i posiada taki sam parametr tzn. napicie progowe U(T0), poniej ktrego prd bazy jest bardzo may. Warto napicia progowego dla tranzystorw krzemowych zawiera si w zakresie od 0,5 do 0,8V, a dla tranzystorw germanowych od 0,1 do 0,2V.

Charakterystyki prdowe (przejciowe) s graficznym przedstawieniem zalenoci IC=f(IE)| UCB=const dla ukadu WB i IC=f(IB)| UCE=const dla ukadu WE-Rys.9c.

Charakterystyki sprzenia zwrotnego pokazuj zaleno UEB =f(UCB)| IE=const dla ukadu WB i UBE =f(UCE)| IB=const dla ukadu WE-Rys.9d. Parametry tranzystorw bipolarnych w duym stopniu zale od temperatury. Prd ICB0 jest w przyblieniu wykadnicz funkcj temperatury, wspczynnik wzmocnienia prdowego 0


wzrasta o kilka procent na 1K. Parametry dynamiczne tranzystora to parametry rniczkowe i impulsowe.

Parametry rniczkowe s wielkociami opisujcymi waciwoci tranzystora dla maych sygnaw prdu zmiennego. Najczciej uywa si parametrw admitancyjnych y i mieszanych h. Sens fizyczny parametrw h to:

WE

WE11 I

Uh = dla UWY=0 - impedancja wejciowa przy zwartym wyjciu,

WY

WE12 U

Uh = dla IWE=0 - wspczynnik sprzenia zwrotnego przy rozwartym wejciu,

WE

WY21 I

Ih = dla UWY=0 - wspczynnik wzmocnienia prdowego przy zwartym wyjciu,

WY

WY22 U

Ih = dla IWE =0 - admitancja wyjciowa przy rozwartym wejciu.

Przy wszystkich parametrach podaje si dodatkowy indeks (b, e lub c) wskazujcy ukad pracy tranzystora np. h21e . W zakresie maych czstotliwoci parametry te maj charakter rzeczywisty, natomiast dla wielkich czstotliwoci s zespolone, a ich czci rzeczywiste i urojone stanowi funkcje czstotliwoci. Parametry y stosowane s gwnie przy wielkich czstotliwociach. Do parametrw rniczkowych nale rwnie wspczynniki wzmocnienia w ukadach WE i WB oraz rezystancje wejciowe rCE i rCB.

Parametry impulsowe opisuj procesy przejciowe podczas przeczania midzy

stacjonarnymi stanami pracy, tzn. stanem zatkania i stanem nasycenia. Przy przeczaniu tranzystora impulsem prostoktnym wane s czasy: wczania ton (suma czasw opnienia td i narastania tr) oraz wyczania toff (suma czasw magazynowania ts i opadania tf).

Waciwoci czstotliwociowe tranzystora bipolarnego charakteryzuj: czstotliwo f, przy ktrej modu zwarciowego wspczynnika wzmocnienia prdowego

h21b 0 dla tranzystora w ukadzie WB, zmniejszy si o 3dB (2 razy) w stosunku do wartoci przy maej czstotliwoci,

czstotliwo f, przy ktrej modu zwarciowego wspczynnika wzmocnienia prdowego h21e 0 dla tranzystora w ukadzie WE, zmniejszy si o 3dB (2 razy) w stosunku do wartoci przy maej czstotliwoci,

czstotliwo fT, przy ktrej modu zwarciowego wspczynnika wzmocnienia prdowego maleje do jednoci ; fT f 0.

Miedzy tymi czstotliwociami zachodzi relacja: f < fT < f . Ze wzgldu na warto czstotliwoci fT tranzystory dzieli si na elementy:

maej czstotliwoci fT 3 MHz, redniej czstotliwoci 3 MHz < fT 30 MHz, wielkiej czstotliwoci 30 MHz < fT < 300 MHz, bardzo wielkiej czstotliwoci fT 300 MHz.


Tranzystory unipolarne FET Tranzystory te, nazywane te tranzystorami polowymi, stanowi grup kilku rodzajw elementw, ktrych wspln cech jest porednie oddziaywanie pola elektrycznego na rezystancj pprzewodnika lub na rezystancj cienkiej warstwy nieprzewodzcej.

Rys.10. Klasyfikacja tranzystorw unipolarnych Teoretycznie sterowanie prac tranzystora unipolarnego moe odbywa si bez poboru mocy. W dziaaniu elementw bierze udzia tylko jeden rodzaj nonikw adunkw np. elektrony. Tranzystor unipolarny zczowy zbudowany jest z warstwy pprzewodnika typu N (w tranzystorach z kanaem typu N) lub pprzewodnika typu P (w tranzystorach z kanaem typu P) tworzcej kana. Wyprowadzenia zewntrzne kanau i obszarw, do ktrych wdyfundowuje si domieszki przeciwnego typu ni kana tworz trzy elektrody: rdo S, z ktrego noniki adunku wpywaj do kanau, prd rda - IS, dren D, do ktrego dochodz noniki adunku z kanau, prd drenu ID, napicie dren-rdo

UDS., bramka G, jest elektrod sterujc przepywem adunkw pomidzy rdem i drenem, prd

bramki IG, napicie bramka-rdo UGS. rdo i dren tranzystora unipolarnego s polaryzowane tak, aby umoliwi przepyw adunkw wikszociowych przez kana od rda do drenu. Zcze bramka-kana powinno by spolaryzowane w kierunku wstecznym. Dla ustalonego napicia dren-rdo, rezystancja kanau, a wic i prd drenu, jest funkcj napicia bramka-rdo. Sterowanie przepywem prdu w tranzystorze unipolarnym zachodzi na skutek zmian pola elektrycznego (efekt polowy).

tranzystory unipolarne FET

tranzystory zczowe JFET

tranzystory z izolowan bramk IGFET

ze zczem PN PNFET

ze zczem m-p MESFET

MIS,MISFET,MOS,MOSFET

cienkowarstwowe TFT

z kanaem zuboanym

z kanaem wzbogacanym

kana typu P

kana typu N


Rys. 11. Symbo1 i polaryzacja tranzystorw unipolarnych zczowych JFET: a) z kanaem typu N; b) z kanaem typu P [ 1,s.82]

Tranzystory unipolarne zczowe podobnie jak tranzystory bipolarne, charakteryzuj parametry statyczne i dynamiczne. Waciwoci statyczne tranzystora unipolarnego opisuj rodziny charakterystyk przejciowych i wyjciowych Rys.12.

Rys.12. Charakterystyki statyczne tranzystora unipolarnego zczowego typu N: a) przejciowe; b) wyjciowe [1,s.83]

Charakterystyki przejciowe przedstawiaj zaleno prdu drenu od napicia bramka-rdo ID=f(UGS)UDS=const - Rys. 12a. Parametry charakterystyczne to: napicie odcicia bramka-rdo UGSOFF tj. napicie jakie naley doprowadzi do bramki

aby przy ustalonym napiciu UDS. nie pyn prd drenu. W praktyce przyjmuje si, e przy napiciu UGSOFF prd drenu nie przekracza okrelonej wartoci (najczciej 1 lub 10 A);

prd nasycenia IDSS, tj. prd drenu pyncy przy napiciu UGS=0 i okrelonym napiciu UDS.

Charakterystyki przejciowe zale od temperatury, ale istnieje taki punkt A przecicia si charakterystyk dla rnych wartoci temperatury, w ktrym wspczynnik temperaturowy prdu drenu jest rwny zero, co jest zalet tranzystorw unipolarnych, poniewa umoliwia dobr tego punktu jako punktu pracy i uniezalenienie si od temperatury. Charakterystyki wyjciowe podaj zwizek midzy prdem drenu a napiciem dren-rdo ID=f(UDS)UGS=const - Rys. 12b. Na charakterystykach tych wyrnia si trzy zakresy:


zakres liniowy (triodowy) - 1, w ktrym tranzystor zachowuje si jak zwyky pprzewodnikowy rezystor (przy wzrocie napicia UDS. w przyblieniu liniowo ronie prd ID);

zakres nasycenia (pentodowy) 2, w ktrym napicie UDS.w bardzo maym stopniu wpywa na warto prdu drenu, natomiast bramka zachowuje waciwoci sterujce, a napicie przy ktrym zaczyna si zakres nasycenia oznacza si jako UDS sat. W tym zakresie tranzystor pracuje najczciej jako wzmacniacz;

zakres powielania lawinowego 3, z ktrego nie korzysta si w czasie normalnej pracy ze wzgldu na moliwo trwaego uszkodzenia tranzystora.

Przy opisie waciwoci stycznych tranzystora unipolarnego podaje si rwnie parametry: napicie odcicia UGSOFF, prd nasycenia ID SS, prd wyczenia, tj. prd drenu pyncy przy spolaryzowaniu bramki napiciem UGS>UGSOFF

ID OFF

rezystancja statyczna wczenia, tj. rezystancja midzy drenem a rdem tranzystora pracujcego w zakresie liniowym przy UGS=0

r DSon,

rezystancja statyczna wyczenia, tj. rezystancja midzy drenem a rdem tranzystora znajdujcego si w stanie odcicia przy UGS>UGSOFF

r DSoff,

prdy upywu napicia przebicia miedzy poszczeglnymi elektrodami

Wane s rwnie parametry graniczne, ktrych nie naley przekracza. Najwaniejsze parametry graniczne tranzystora to: dopuszczalny prd drenu IDmax, dopuszczalny prd bramki IGmax, dopuszczalne napicie dren-rdo UDSmax, dopuszczalne straty mocy Ptotmax PDmax. W zakresie maych sygnaw przyjmuje si, e prd drenu, oprcz skadowej staej zawiera skadow zmienn o maej wartoci iD


Rys. 13. Ukady pracy tranzystorw oraz strzakowanie prdw i napi: a) ukad wsplnego rda WS; b) ukad wsplnego drenu WD; c) ukad wsplnej bramki WG [1,s.150]

Tranzystory z izolowan bramk MOSFET maj bramk oddzielon cienk warstw izolacyjn od kanau. Dziki temu, teoretycznie, niezalenie od jej polaryzacji, nie pynie przez ni aden prd. Praktycznie w tranzystorach MOSFET prdy bramki s ok. 103 razy mniejsze ni w tranzystorach JFET (dla JFET s rzdu 1pA-10nA), co pozwala na uzyskanie rezystancji wejciowej ukadu 1012-1016 (dla JFET s rzdu 109-1012). Tranzystory te maj dodatkow elektrod podoe, oznaczone symbolem B. Spenia ona podobn rol jak bramka, jest jednak oddzielona od kanau tylko zczem PN. Charakterystyki tranzystorw MOSFET maj przebieg zbliony do charakterystyk tranzystorw JFET Tabela 2.

Tabela 1. Charakterystyki tranzystorw MOSFET [1,s.88]


Tranzystory MOSFET charakteryzuje si przez podanie takich samych parametrw jak tranzystory JFET, a schemat zastpczy po przyjciu pewnych uproszcze jest take identyczny. Cenne zalety tranzystorw unipolarnych w porwnaniu do bipolarnych: dua rezystancja wejciowa, mae szumy w zakresie maych i rednich czstotliwoci, moliwo autokompensacji temperaturowej, odporno na promieniowanie oraz mae wymiary powoduj, e s one coraz powszechniej stosowane w ukadach analogowych i cyfrowych, zwaszcza w ukadach o duej i bardzo duej skali integracji. Naley jednak pamita o pewnym ograniczeniu: nie wolno przekracza maksymalnego dopuszczalnego napicia bramki, gdy prowadzi to do uszkodzenia tranzystora. Szczeglnie niebezpieczne mog by adunki statyczne, ktre mog zniszczy tranzystor polowy ju po dotkniciu. 4.2.2. Pytania sprawdzajce

Odpowiadajc na pytania sprawdzisz czy jeste przygotowany do wykonania wiczenia. 1. Jakie s rodzaje tranzystorw ze wzgldu na budow i sposb sterowania? Podaj ich

symbole oraz oznacz i nazwij elektrody. 2. W jakich stanach moe pracowa tranzystor bipolarny i jaka polaryzacja zcz odpowiada

poszczeglnym stanom? Przedstaw na charakterystykach tranzystora w ukadzie WE. 3. W jakich ukadach moe pracowa tranzystor bipolarny? Podaj prdy i napicia wejciowe

i wyjciowe w kadym ukadzie pracy. 4. Jakie s najwaniejsze parametry statyczne, dynamiczne i graniczne tranzystorw

bipolarnych? 5. Jakie s rodzaje i cechy charakterystyczne tranzystorw unipolarnych? 6. W jaki sposb w tranzystorach unipolarnych zczowych nastpuje sterowanie prdem

wyjciowym? 7. Jakie znasz charakterystyki oraz parametry statyczne, graniczne i maosygnaowe

tranzystorw polowych? 8. Jakie waciwoci tranzystorw unipolarnych powoduj, e s one coraz czciej uywane? 4.2.3. wiczenia wiczenie 1

Badanie tranzystora bipolarnego. Sposb wykonania wiczenia: Pomiar polega na wyznaczeniu charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego

w ukadzie WE: wejciowej IB=f(UBE), wyjciowej IC=f(UCE), przejciowej IC=f(IB).

Uwaga: Przed wczeniem zasilania popro nauczyciela o sprawdzenie ukadu pomiarowego! Aby wykona wiczenie powiniene:

1) zapozna si przed przystpieniem do wiczenia z danymi katalogowymi podanych w wiczeniu tranzystorw i wypisa najwaniejsze parametry oraz oznaczenia kocwek;


2) narysowa ukad pomiarowy do wyznaczania charakterystyk tranzystora w ukadzie WE; 3) zmontowa ukad pomiarowy na podstawie schematu; 4) wyznaczy charakterystyk wejciow tranzystora bipolarnego IB=f(UBE) zmieniajc napicie

zasilacza bazowego od 0 a do wartoci, przy ktrej UBE=0,7V utrzymujc napicie UCE na staym poziomie, zmiany UBE i IB odnotowa w tabeli pomiarowej;

5) wykona przynajmniej 15 pomiarw dla kadej z trzech wartoci UCE dla zapewnienia odpowiedniej dokadnoci;

Tabela Charakterystyka wejciowa tranzystora bipolarnego w ukadzie WE

UCE[V] UBE[V] IB[A]

6) wyznaczy charakterystyk przejciow tranzystora bipolarnego IC=f(IB) zwikszajc prd bazy IB od 0 uwaajc, by prd IC nie przekroczy wartoci dopuszczalnej;

7) wykona przynajmniej 15 pomiarw dla zapewnienia odpowiedniej dokadnoci, wyniki zanotowa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka przejciowa tranzystora bipolarnego w ukadzie WE

IB[A] IC[mA]

8) wyznaczy charakterystyk wyjciow tranzystora bipolarnego IC=f(UCE) zmieniajc napicie

UCE od 0 nie przekraczajc , przy ktrej nastpuje stabilizacja prdu kolektorowego IC, pomiary wykona przy IB1=const;

9) wykona przynajmniej 15 pomiarw dla zapewnienia odpowiedniej dokadnoci i umieci je w tabeli pomiarowej;

10) powtrzy pomiary dla dwch innych prdw IB;

Tabela Charakterystyka wyjciowa tranzystora bipolarnego w ukadzie WE dla IB1= dla IB2= dla IB3= UCE1[V] IC1[mA] UCE2[V] IC2[mA] UCE3[V] IC3[mA]

11) narysowa charakterystyki statyczne tranzystora bipolarnego na podstawie wykonanych

pomiarw: obliczy wzmocnienie prdowe z charakterystyki IC=f(IB); nanie prost pracy na charakterystyk wyjciow oraz odczyta parametry otrzymanych

punktw pracy; 13) dokona oceny poprawnoci wykonanego wiczenia; 14) sformuowa wnioski na podstawie uzyskanych wynikw pomiarw.

Wyposaenie stanowiska pracy: makiety (trenaery) z tranzystorami bipolarnymi rnych typw do pomiaru ich parametrw i

wyznaczania charakterystyk, sprzt pomiarowy: elektroniczne mierniki uniwersalne, zasilacze laboratoryjne stabilizowane, katalogi elementw i ukadw elektronicznych, literatura z rozdziau 6.


wiczenie 2 Badanie tranzystora unipolarnego. Sposb wykonania wiczenia Pomiar polega na wyznaczeniu charakterystyk statycznych:

wyjciowej ID=f(UGS), przejciowej ID=f(UDS), oraz parametrw statycznych tranzystora polowego w ukadzie WS.


1) zapozna si przed przystpieniem do wiczenia z danymi katalogowymi podanych w wiczeniu tranzystorw i wypisa najwaniejsze parametry oraz oznaczenia kocwek;

2) zaproponowa ukady pomiarowe do wyznaczania poszczeglnych charakterystyk tranzystora w ukadzie WS;

Wyznaczanie charakterystyki przejciowej ID=f(UGS): 3) zmontowa ukad pomiarowy na podstawie zaproponowanego schematu; 4) zmienia napicie z zasilacza polaryzujcego bramk tranzystora od 0 a do wartoci, przy

ktrej ID=0, zanotowa w tabeli pomiarowej zmiany UGS i ID, (naley utrzymywa sta warto UDS.);

Tabela Charakterystyka przejciowa tranzystora unipolarnego UGS[V] ID[mA]

5) wykona przynajmniej 15 pomiarw w celu uzyskania odpowiedniej dokadnoci, notujc

wyniki w tabeli pomiarowej Wyznaczanie charakterystyki wyjciowej ID=f(UDS): 6) zmontowa ukad pomiarowy na podstawie zaproponowanego schematu; 7) ustali przed rozpoczciem pomiarw warto UGS=0V; 8) zmienia napicie UDS od 0 a do wartoci, przy ktrej nastpuje stabilizacja prdu drenu ID,

wyniki zapisa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka wyjciowa tranzystora unipolarnego dla UGS1=0V dla UGS2= dla UGS3= UDS1[V] ID1[mA] UDS2[V] ID2[mA] UDS3[V] ID3[mA]

9) wykona przynajmniej 15 pomiarw dla zapewnienia odpowiedniej dokadnoci i umieci je

w tabeli pomiarowej; 10) powtrzy pomiary dla dwch innych napi UGS pamitajc, e UGS ma warto ujemn;

narysowa na podstawie wynikw pomiarw charakterystyki statyczne tranzystora unipolarnego: charakterystyk przejciow ID=f(UGS) dla UDS=const, charakterystyk wyjciow ID=f(UDS) dla UGS=const;

11) obliczy parametry tranzystora na podstawie charakterystyk statycznych; 12) dokona oceny poprawnoci wykonanego wiczenia; 13) sformuowa wnioski na podstawie uzyskanych wynikw pomiarw.


Wyposaenie stanowiska pracy: makiety (trenaery) z tranzystorami polowymi rnych typw do pomiaru ich parametrw

i wyznaczania charakterystyk, sprzt pomiarowy i laboratoryjny: elektroniczne mierniki uniwersalne, zasilacze laboratoryjne

stabilizowane, katalogi elementw i ukadw elektronicznych, literatura z rozdziau 6. wiczenie 3

Projektowanie i symulacja dziaania ukadw z tranzystorami bipolarnymi i unipolarnymi. Sposb wykonania wiczenia W programie symulacyjnym EWBA zrealizowa ukady wykorzystujce tranzystor bipolarny

i polowy jako klucz elektroniczny.

Aby wykona wiczenie powiniene: 1) zapozna si z zasad dziaania i parametrami tranzystorw bipolarnych i unipolarnych; 2) zapozna si z obsug programu symulacyjnego EWBA; 3) zaproponowa ukad wykorzystujcy tranzystor bipolarny jako klucz elektroniczny; 4) zamodelowa ukad w programie symulacyjnym i sprawdzi jego dziaanie; 5) zaproponowa ukad wykorzystujcy tranzystor polowy jako klucz elektroniczny; 6) zamodelowa ukad w programie symulacyjnym i sprawdzi jego dziaanie; 7) zaprezentowa wykonan symulacj i wnioski z wiczenia.

Wyposaenie stanowiska pracy:

komputer PC, oprogramowanie EWB, literatura z rozdziau 6. 4.2.4. Sprawdzian postpw Czy potrafisz: Tak Nie 1)

poda parametry charakterystyczne tranzystorw bipolarnych oraz ich przykadowe wartoci?

2) narysowa charakterystyki statyczne tranzystorw bipolarnych w rnych ukadach pracy ?

3) zaproponowa ukady pomiarowe do pomiarw charakterystyk tranzystorw bipolarnych?

3) poda parametry charakterystyczne tranzystorw polowych oraz ich przykadowe wartoci?

4) narysowa charakterystyki statyczne tranzystorw polowych? 5) zaproponowa ukady pomiarowe do pomiarw charakterystyk tranzystorw

unipolarnych?

6) rozpozna rodzaj tranzystora na podstawie wynikw pomiarw? 7) sprawdzi czy tranzystor jest sprawny?


4.3. Pprzewodnikowe elementy sterowane 4.3.1. Materia nauczania

Pprzewodnikowe elementy sterowane stanowi grup elementw elektronicznych, ktrych cech charakterystyczn jest dwustanowo pracy, co oznacza, e te elementy mog znajdowa si w stanie przewodzenia lub nieprzewodzenia. W stanie przewodzenia pyn przez nie due prdy przy maym spadku napicia, co odpowiada maej rezystancji, a w stanie nieprzewodzenia spadek napicia jest duy, a pyncy prd may, co odpowiada duej rezystancji. Podstaw wikszoci tych elementw jest wielowarstwowa struktura PNPN, a typowym reprezentantem tyrystor - Rys.14.

Rys. 14. Tyrystor: a) symbol; b) c) podstawowa struktura; d) model dwutranzystorowy [1,s.75]

Tyrystor, nazywany take sterowana diod krzemow, jest elementem zbudowanym z czterech warstw pprzewodnikw tworzcych trzy zcza PN. Wyprowadzone na zewntrz trzy kocwki doczone s do dwch skrajnych warstw: anody i katody oraz do wewntrznej warstwy, z reguy P2, nazywanej bramk. Dziki takiej strukturze tyrystor moe by uwaany za poczenie dwch tranzystorw objtych dodatnim sprzeniem zwrotnym. Na charakterystykach prdowo-napiciowych tyrystora mona wyrni polaryzacj w kierunku przewodzenia i polaryzacj w kierunku zaporowym. Charakterystyka tyrystora przy polaryzacji w kierunku wstecznym jest identyczna jak charakterystyka diody krzemowej, natomiast przy polaryzacji w kierunku przewodzenia mona wyrni na niej trzy odcinki Rys.15:

Rys.15. Charakterystyka prdowo-napiciowa tyrystora [1,s.76] 1 - prd bramki IG0, 2 - prd bramki IG=0


odcinek 0B odpowiada stanowi identycznemu z polaryzacj wsteczn, tzn. przez tyrystor pynie may prd (o wartoci zblionej do wartoci prdu wstecznego) pomimo polaryzacji anody napiciem dodatnim w stosunku do katody; stan ten nazywa si stabilnym stanem blokowania;

odcinek BH rozpoczyna si w punkcie B - przegicia charakterystyki, ktra przechodzi w odcinek o ujemnej rezystancji dynamicznej, a koczy w punkcie H, gdzie nastpuje zaczenie tyrystora; napicie U(BO) nazywa si napiciem przeczania, natomiast odpowiadajcy mu prd I(BO) prdem przeczania;

odcinek HA przedstawia charakterystyk tyrystora w stanie przewodzenia (tyrystor przechodzi w stan przewodzenia po przekroczeniu prdu zaczania IHS), ktra ma taki sam ksztat jak charakterystyka zwykej diody krzemowej w stanie przewodzenia.

W stanie zaporowym (zaworowym) tyrystor zachowuje si jak dioda spolaryzowana wstecznie. Zgodnie z PN dla tyrystorw przyjto oznaczenia: UT napicie przewodzenia, UR napicie wsteczne, UD napicie blokowania, I T prd przewodzenia, , I R prd wsteczny, , I D prd blokowania, , UA napicie anodowe, I A prd anodowy. Zaczenie tyrystora, czyli przejcie ze stanu blokowania do stanu przewodzenia moe by zainicjowane gwatownym wzrostem napicia anoda-katoda, wzrostem temperatury, owietleniem struktury tyrystora itp., ale najczciej jest wywoane doprowadzeniem do bramki dodatniego impulsu prdowego. Wyczenie tyrystora, czyli przejcie ze stanu przewodzenia w stan blokowania lub zaporowy, wymaga zmniejszenia prdu anodowego poniej tzw. prdu podtrzymania IH lub zmiany polaryzacji napicia anoda-katoda. Przeczanie tyrystora z jednego stanu w drugi nie zachodzi natychmiast, lecz trwa okrelony czas, ktry jest charakteryzowany przez czasy: zaczenia - tgt i wyczenia - tgf.

Parametry graniczne tyrystora to: powtarzalne szczytowe napicie blokowania UDRM , powtarzalne szczytowe napicie wsteczne URRM , redni prd przewodzenia I T(AV) , okrelajcy dopuszczaln skadow sta prdu

anodowego; powtarzalny szczytowy prd przewodzenia I TRM ; maksymalne dopuszczalne napicie bramki UFgmax, maksymalny dopuszczalny prd bramki IFgmax, maksymalna dopuszczalna moc strat w bramce PFGmax. dopuszczalna temperatura zcza Tjmax Duy wpyw na te parametry maj warunki pracy elementu tzn. temperatura otoczenia, warunki chodzenia, ksztatu i czasu trwania przebiegw napicia i prdu itp. Struktur wielozczow (cztero- lub pieciowarstwow) wykorzystuje si do budowy innych elementw dwustanowych Rys. 16.

Rys.16. Symbole graficzne: a) dynistora; b) dynistora symetrycznego; c) tyrystora wyczalnego; d) tyrystora dwubramkowego; e) tyrystora symetrycznego-triaka [1,s.79]


Dynistor dioda przeczajca - Rys.16a, ma struktur PNPN identyczn jak tyrystor, ale bez wyprowadzonej bramki. Dynistory stosuje si jako elementy sterujce, przeczane przez zmian polaryzacji napicia anoda-katoda i zmniejszenie prdu anodowego poniej prdu podtrzymania. Dynistor symetryczny diak ma charakterystyk w I i III wiartce symetryczn wzgldem punktu zerowego Rys.17a. Diaki stosowane s do wytwarzania impulsw zaczajcych tyrystory oraz w ukadach sterujcych jako szybkie przeczniki reagujce na warto chwilow napicia. Tyrystory wyczalne - Rys.16c GTO, SCS, GCS mog by wyczane ujemnym impulsem w obwodzie bramki, a tyrystory dwubramkowe Rys.16d - dziki dodatkowej elektrodzie sterujcej, dziaajcej podobnie jak bramka, zaczane podanym na ni ujemnym, a wyczane dodatnim impulsem. Podstawowa wada tyrystorw, jak jest moliwo przewodzenia prdu tylko w jednym kierunku, zostaa wyeliminowana w tyrystorach symetrycznych - triakach Rys.16d. Charakterystyka triaka jest symetryczna w I i III wiartce wzgldem zera Rys.17b.

Rys.17. Charakterystyka prdowo-napiciowa a) dynistora symetrycznego diaka; b) triaka

Triaki mona zacza zarwno przy dodatnim, jak i ujemnym napiciu anoda-katoda. Najczciej spotyka si triaki, ktre s przeczane w stan przewodzenia w jednym kierunku dodatnim impulsem prdowym, a w drugim kierunku prdem o polaryzacji ujemnej. Tyrystory stosuje si najczciej w ukadach, w ktrych pyn due prdy i wystpuj do znaczne napicia, np. w energoelektronice, prostownikach sterowanych, napdach elektrycznych, trakcji elektrycznej, w ukadach regulacji o duych mocach itd. 4.3.2. Pytania sprawdzajce

Odpowiadajc na pytania sprawdzisz czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie znasz pprzewodnikowe elementy sterowane? 2. Dlaczego tyrystor nazywa si diod sterowan? 3. W jakich stabilnych stanach pracy moe znajdowa si tyrystor? 4. W jaki sposb mona zaczy, a jak wyczy tyrystor? 5. Jakie s parametry graniczne tyrystorw? 6. Jak dziaaj elementy symetryczne diaki i triaki? Jakie s ich charakterystyki? 7. Gdzie mona zastosowa pprzewodnikowe elementy sterowane?


4.3.3. wiczenia wiczenie 1

Wyznaczenie charakterystyk statycznych i parametrw przeczania tyrystora: charakterystyki blokowania, charakterystyki zaporowej, charakterystyki przewodzenia.

Sposb wykonania wiczenia Charakterystyk prdowo-napiciow tyrystora wyznacza si niezalenie dla trzech jego

stanw pracy: blokowania, przewodzenia i stanu zaporowego. Pomiary polegaj na zmierzeniu wartoci napi i prdw przy zasilaniu badanego elementu napiciem regulowanym. Pomiary mona wykona zarwno dla prdw staych (tylko dla tyrystorw o maych mocach), jak i zmiennych.


1) zapozna si z zasad dziaania oraz rodzajami i parametrami tyrystorw; 2) odszuka w katalogu badane elementy, wypisa ich podstawowe parametry oraz oznaczenia

kocwek; 3) zaproponowa ukady pomiarowe do wyznaczania poszczeglnych charakterystyk; 4) zmontowa ukady pomiarowe;

- charakterystyka blokowania: a) spolaryzowa tyrystor w kierunku przewodzenia przy odczonej bramce; b) wczy mikroamperomierz prdu staego do pomiaru prdu blokowania (IA) w obwd anodowy, a do zaciskw anoda(A)- katoda(K) woltomierz napicia staego do pomiaru napicia anoda-katoda (UAK); c) zwiksza napicie UAK od 0 co 1V uwaajc, aby nie przekroczy dopuszczalnej dla badanego elementu wartoci UDRM, wyniki zanotowa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka blokowania tyrystora UAK[V] IA[A]

- charakterystyka zaporowa: d) spolaryzowa tyrystor w kierunku zaporowym przy odczonej bramce;

wczy mikroamperomierz prdu staego do pomiaru prdu zaporowego (IK)w obwd katodowy, a do zaciskw katoda (K)- anoda (A) woltomierz napicia staego do pomiaru napicia katoda-anoda (UKA);

e) zwiksza napicie UKA od 0 co 1V uwaajc, aby nie przekroczy dopuszczalnej dla badanego elementu wartoci URRM, wyniki zanotowa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka zaporowa tyrystora UKA[V] IK[A]


- parametry przeczania tyrystora: f) spolaryzowa tyrystor w kierunku przewodzenia, w obwd anodowy wpi rezystor ograniczajcy dobrany do parametrw tyrystora (nie wolno przekroczy prdu dopuszczalnego IT(AV)), do pomiaru prdu IA uy miliamperomierza; g) zasili zcze bramka (G)-katoda (K) poprzez rezystor ograniczajcy z drugiego zasilacza, do pomiaru prdu IG uy miliamperomierza prdu staego, zanotowa wyniki pomiaru w tabeli pomiarowej; h) ustali napicie UAK=5V i zwiksza prd bramki (IG) a do momentu zaczenia tyrystora, wyniki zapisywa w tabeli pomiarowej;

Tabela Parametry przeczania tyrystora

UAK[V] IA[uA] IG[mA] UAK'[V] IA'[mA] 5 10 15

gdzie: UAK, IA - parametry przed zaczeniem, UAK',IA'- parametry po zaczeniu, IG- prd bramki powodujcy zaczenie tyrystora.

i) powtrzy pomiary dla innych wartoci napicia anoda-katoda np. UAK=10V oraz 15V, ponownie zanotowa wyniki w tabeli pomiarowej;

- charakterystyka przewodzenia: j) spolaryzowa tyrystor w kierunku przewodzenia, w obwd anodowy wpi rezystor ograniczajcy, dobrany do parametrw tyrystora i poda przez chwil napicie z zasilacza przez rezystor na bramk,, aby zaczy tyrystor; k) mierzy wartoci prdu IA po zaczeniu tyrystora (nie wolno przekroczy prdu dopuszczalnego IT(RV)), zwikszajc napicie UAK, przy staej wartoci prdu bramki, wyniki zanotowa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka przewodzenia tyrystora UAK[V] IA[mA]

- prd podtrzymania tyrystora:

l) spolaryzowa tyrystor w kierunku przewodzenia, zwikszajc napicie UAK i napicie tak aby IA by wikszy od prdu zaczenia zaczy tyrystor, odczy zasilanie bramki UGK=0;

m) obserwowa wskazania miliamperomierza w obwodzie anodowym zmniejszajc napicie UAK, a do skokowego zmniejszenia prdu IA prawie do zera, co oznacza wyczenie tyrystora, warto prdu IA w chwili poprzedzajcej wyczenie tyrystora jest prdem podtrzymania IH;

5) narysowa charakterystyk statyczn tyrystora IA=f(UAK) na podstawie uzyskanych wynikw pomiarowych, zaznaczy na charakterystyce stany pracy oraz najwaniejsze parametry tyrystora;

6) obliczy rezystancje tyrystora dla poszczeglnych stanw pracy i przedstawi wyniki w postaci zestawienia;

7) dokona oceny poprawnoci wykonanego wiczenia; 8) sformuowa wnioski dotyczce pracy tyrystora.


Wyposaenie stanowiska pracy: makiety (trenaery) z tyrystorami rnych typw do pomiaru ich parametrw

i wyznaczania charakterystyk, sprzt pomiarowy: elektroniczne mierniki uniwersalne, zasilacze laboratoryjne stabilizowane, katalogi elementw i ukadw elektronicznych, literatura z rozdziau 6. wiczenie 2

Wyznaczenie charakterystyk statycznych i parametrw przeczania triaka: charakterystyki blokowania, charakterystyki przewodzenia.

Sposb wykonania wiczenia Charakterystyk prdowo-napiciow triaka wyznacza si niezalenie dla jego dwch stanw

pracy: blokowania, przewodzenia. Pomiary polegaj na zmierzeniu wartoci napi i prdw przy zasilaniu badanego elementu napiciem regulowanym. Pomiary mona wykona zarwno dla prdw staych (tylko dla triakw o maych mocach), jak i zmiennych.


1) zapozna si z zasad dziaania oraz rodzajami i parametrami triakw; 2) odszuka w katalogu badane elementy, wypisa ich podstawowe parametry oraz oznaczenia

kocwek; 3) zaproponowa ukady pomiarowe do wyznaczania poszczeglnych charakterystyk; 4) zmontowa ukady pomiarowe; - charakterystyka blokowania:

a) spolaryzowa triak przy odczonej bramce; b) wczy mikroamperomierz prdu staego do pomiaru prdu blokowania (IA) w obwd

anodowy, a do zaciskw anoda (A)- katoda (K) woltomierz napicia staego do pomiaru napicia anoda-katoda (UAK);

c) zwiksza napicie UAK od 0 co 1V uwaajc aby nie przekroczy dopuszczalnej dla badanego elementu wartoci UDRM, wyniki zanotowa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka blokowania tyrystora UAK[V] IA[A]

d) powtrzy pomiary przy odwrotnej polaryzacji napicia anoda-katoda UAK;

- parametry przeczania triaka: e) spolaryzowa triak, w obwd anodowy wpi rezystor ograniczajcy dobrany do

parametrw triaka (nie wolno przekroczy prdu dopuszczalnego IT(AV)), do pomiaru prdu IA uy miliamperomierza;

f) zasili zcze bramka (G)-katoda (K) poprzez rezystor ograniczajcy z drugiego zasilacza, do pomiaru prdu IG uy miliamperomierza prdu staego, zanotowa wyniki pomiaru w tabeli pomiarowej;


g) ustali napicie UAK=5V i zwiksza prd bramki (IG) a do momentu zaczenia triaka, wyniki zapisywa w tabeli pomiarowej;

Tabela Parametry przeczania triaka UAK[V] IA[uA] IG[mA] UAK'[V] IA'[mA] 5 10 15 -5 -10

gdzie: UAK, IA - parametry przed zaczeniem UAK',IA'- parametry po zaczeniu IG- prd bramki powodujcy zaczenie triaka

h) powtrzy pomiary dla innych wartoci napicia anoda-katoda np.UAK=10V oraz 15V,

ponownie zanotowa wyniki w tabeli pomiarowej; i) powtrzy pomiary przy odwrotnej polaryzacji napicia anoda-katoda UAK;

- charakterystyka przewodzenia: j) spolaryzowa triak, w obwd anodowy wpi rezystor ograniczajcy, dobrany do

parametrw elementu i podczy napicie zasilajce bramk, aby zaczy triak; k) mierzy wartoci prdu IA po zaczeniu triaka (nie wolno przekroczy prdu

dopuszczalnego IT(RV)), zwikszajc napicie UAK , przy staej wartoci prdu bramki, wyniki zanotowa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka przewodzenia triaka UAK[V] IA[mA]

l) powtrzy pomiary przy odwrotnej polaryzacji napicia anoda-katoda UAK;

- prd podtrzymania triaka: m) spolaryzowa triak, zwikszajc napicie UAK i napicie bramki UGK, tak aby IA by

wikszy od prdu zaczenia zaczy triak, odczy zasilanie bramki UGK=0; n) obserwowa wskazania miliamperomierza w obwodzie anodowym, a do skokowego

zmniejszenia prdu IA prawie do zera, co oznacza wyczenie triaka, zmniejszajc napicie UAK , warto prdu IA w chwili poprzedzajcej wyczenie triaka jest prdem podtrzymania IH;

5) narysowa charakterystyk statyczn triaka IA=f(UAK) na podstawie uzyskanych wynikw pomiarowych, zaznaczy na charakterystyce stany pracy oraz najwaniejsze parametry triaka;

6) obliczy rezystancje triaka dla poszczeglnych stanw pracy i przedstawi wyniki w postaci zestawienia;

7) dokona oceny poprawnoci wykonanego wiczenia; 8) sformuowa wnioski dotyczce pracy triaka.

Wyposaenie stanowiska pracy: makiety (trenaery) z triakami rnych typw do pomiaru ich parametrw i wyznaczania

charakterystyk,


sprzt pomiarowy: elektroniczne mierniki uniwersalne, zasilacze laboratoryjne stabilizowane, katalogi elementw i ukadw elektronicznych, literatura z rozdziau 6. wiczenie 3

Zastosowanie tyrystorw i triakw w ukadach elektronicznych.

Sposb wykonania wiczenia W programie symulacyjnym EWBA zrealizowa ukad sterowania jasnoci wiecenia

arwki za pomoc zmiany czasu przewodzenia tyrystora. Aby wykona wiczenie powiniene:

1) zapozna si z zasad dziaania i parametrami tyrystorw i triakw; 2) zapozna si z zasad dziaania programu symulacyjnego EWBA; 3) zaproponowa ukad sterowania jasnoci arwki poprzez zmian czasu przewodzenia

tyrystora, wczy miliamperomierz w obwd anodowy w celu pomiaru redniej wartoci prdu IA;

4) zamodelowa ukad zasilajc arwk napiciem przemiennym, podczy generator sygnau prostoktnego na bramk tyrystora;

5) obserwowa zmiany prdu arwki zmieniajc wspczynnik wypenienia impulsw generatora;

6) wycign wnioski dotyczce przyczyn zmian prdu arwki (jasnoci wiecenia); 7) powtrzy symulacj, zamiast tyrystora wczajc do ukadu triak; 8) porwna dziaanie ukadw z tyrystorem i triakiem ze wzgldu na jasno wiecenia

arwki, wyjani rnice; 9) zaprezentowa wykonan symulacj i wnioski z wiczenia.


komputer PC, oprogramowanie EWB, literatura z rozdziau 6. 4.3.4. Sprawdzian postpw Czy potrafisz: Tak Nie 1) poda parametry charakterystyczne tyrystorw oraz ich przykadowe

wartoci?

2) poda parametry graniczne tyrystorw oraz ich przykadowe wartoci? 3) zaproponowa ukady pomiarowe do pomiarw charakterystyk i parametrw

tyrystora?

4) narysowa i wyjani charakterystyki statyczne tyrystora? 5) wyznaczy wartoci napi i prdw przeczania tyrystora? 6) narysowa charakterystyki statyczne triaka? 7) poda przykady praktycznych ukadw wyzwalania tyrystorw? 8) sprawdzi czy tyrystor jest sprawny?


4.4. Elementy optoelektroniczne 4.4.1. Materia nauczania

Elementy optoelektroniczne s to elementy przystosowane do pracy w zakresie widzialnym widma promieniowania elektromagnetycznego. Fotoelementy mog by lampowe lub pprzewodnikowe. W fotoelementach lampowych (fotokomrka, fotopowielacz) wykorzystywane jest zewntrzne zjawisko fotoelektryczne, natomiast w pprzewodnikowych zjawisko fotoelektryczne wewntrzne. Elementy wykorzystywane w optoelektronice mona podzieli na: fotodetektory, fotoemitery (rda promieniowania) i transoptory. Du grup elementw optoelektronicznych stanowi wskaniki odczytowe, do ktrych nale wskaniki pprzewodnikowe ( cyfrowe i alfanumeryczne), wskaniki ciekokrystaliczne oraz starszego typu wskaniki jarzeniowe i elektroluminescencyjne. Symbole graficzne wybranych elementw optoelektronicznych przedstawia Rys. 18.

Rys.18. Symbole pprzewodnikowych elementw optoelektronicznych: a) fotorezystora; b) fotodiody; c) fotodiody lawinowej; d) fotoogniwa; e) fototranzystora; f) diody elektroluminescencyjnej [1,s.436] Pprzewodnikowe detektory promieniowania s elementami fotoczuymi, reagujcymi na

promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym lub podczerwonym. Wykonywane s jako elementy objtociowe (fotorezystory) lub zczowe ze zczem PN (fotodiody, fototranzystory, fototyrystory, fotoogniwa itp.). Z wyjtkiem fotoogniwa, ktre jest przetwornikiem generacyjnym, nale one do przetwornikw parametrycznych, tzn. zmieniaj swoje parametry charakterystyczne pod wpywem padajcego na nie strumienia wiata, ale wymagaj zasilania energia elektryczn z zewntrz. Fotorezystory wykonuje si najczciej z pprzewodnikw samoistnych lub domieszkowanych. Od materiau pprzewodnikowego zaley zakres widmowy wykrywanego promieniowania, czyli zakres dugoci fal, dla ktrego czuo fotorezystora wynosi co najmniej 10% czuoci maksymalnej. Charakterystyki fotorezystora: widmowa Rys.19a, prdowo-napiciowa Rys.19b oraz owietlenia Rys.19c, s nieliniowe.

a) b) c)

Rys.19. Charakterystyki fotorezystora: a) widmowa; b) prdowo-napiciowa; c) owietlenia [1,s.440]


Wadami fotorezystorw s: dua bezwadno (graniczna czstotliwo pracy jest rzdu 10Hz), zaleno rezystancji ustalonej od przeszoci elementu oraz znaczna wraliwo temperaturowa. Specjalne konstrukcje fotorezystorw z wysokorezystywnego krzemu lub germanu umoliwiaj prac z sygnaami o czstotliwoci kilku MHz. Ze wzgldu na du czuo i prosty ukad pomiarowy fotorezystory s wykorzystywane do pomiaru temperatury i ostrzegania w systemach przeciwpoarowych, do wykrywania zanieczyszcze w rzekach i zbiornikach wodnych, do detekcji strat ciepa przez izolacj termiczn budynkw, do badania zasobw ziemi z samolotw i satelitw oraz do celw wojskowych. Fotodioda jest najprostszym optoelementem wykorzystujcym zcze PN. W czasie normalnej pracy jest spolaryzowana zaporowo, a jej charakterystyka prdowo-napiciowa jest zbliona do charakterystyki zwykej diody w kierunku zaporowym Rys.20. Przy braku owietlenia pynie przez fotodiod niewielki prd ciemny, a po owietleniu dodatkowo prd fotoelektryczny, co powoduje, e cakowity prd jasny owietlonego zcza znacznie wzrasta.

Rys.20. Charakterystyki prdowo-napiciowe fotodiody [1,s.442]

Prd fotodiody wzrasta proporcjonalnie do mocy promieniowania Pe , a czuo elementu na moc promieniowania (stosunek zmiany prdu do mocy padajcego promieniowania) jest staa w szerokim zakresie.

Zaletami fotodiod s: dua czstotliwo pracy ( do kilkuset MHz) i staa czuo na moc promieniowania. Fotodiody lawinowe i PIN charakteryzuj si znacznie wiksz czuoci i szybkoci dziaania ni zwyke fotodiody. W fotodiodach PIN dwa silnie domieszkowane obszary P i N s rozdzielone szerok warstw pprzewodnika samoistnego I, w ktrym, padajce promieniowanie generuje dodatkowe noniki poruszajce si z du prdkoci, dziki silnemu polu elektrycznemu istniejcemu przy polaryzacji zaporowej. W fotodiodach lawinowych wykorzystuje si wewntrzne zjawisko fotoelektryczne oraz zjawisko lawinowego powielania nonikw, ktre powoduje wzmocnienie prdu fotoelektrycznego. Fotodiody s stosowane w ukadach pomiarowych wielkoci elektrycznych i nieelektrycznych, np. do pomiarw odlegoci, wymiarw, czstotliwoci i amplitudy drga, napre, ste roztworw, w urzdzeniach komutacji optycznej, w ukadach zdalnego sterowania oraz w szybkich przetwornikach A/C. Fototranzystor ma czuo wielokrotnie wiksz ni czuo fotodiody, poniewa prd wytworzony pod wpywem promieniowania jest wzmacniany. Zasada dziaania i budowa fototranzystora jest podobna do tranzystora bipolarnego, ale sterowanie odbywa si poprzez zmian owietlenia bazy. Charakterystyk prdowo-napiciow fototranzystora przedstawia Rys. 21. Wad fototranzystora jest niezbyt dua czstotliwo graniczna rzdu kilkudziesiciu kHz. Gwne obszary zastosowa fototranzystorw to ukady automatyki i zdalnego sterowania, ukady


pomiarowe wielkoci elektrycznych i nieelektrycznych, przetworniki A/C, ukady czy optoelektronicznych, czytniki tam i kart kodowych itp.

Rys.21. Charakterystyki wyjciowe fototranzystora w ukadzie WE [1,s.447] Fotoogniwo jest elementem generacyjnym (nie wymaga polaryzacji zewntrznym napiciem), w ktrym pod wpywem promieniowania powstaje napicie fotoelektryczne Up. Prd zwarciowy, rwny prdowi fotoelektrycznemu, jest proporcjonalny do natenia owietlenia, natomiast

napicie Up jest nieliniow (logarytmiczn) funkcj mocy promieniowania Rys.22. Rys.22. Charakterystyki prdowo-napiciowe fotoogniwa [1,s.445] Fotoogniwa dzieli si na: fotoogniwa pomiarowe i fotoogniwa zasilajce. Pierwsze pracuj jako rda sygnaw sterowane promieniowaniem w ukadach pomiaru mocy promieniowania, a drugie jako baterie soneczne. Pprzewodnikowe rda promieniowania fotoemitery przeksztacaj energi elektryczn w energi promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym i podczerwieni. Diody elektroluminescencyjne LED pracuj przy polaryzacji w kierunku przewodzenia, a typowe charakterystyki napiciowo-prdowe przypominaj charakterystyki zwykych diod w tym kierunku Rys.23. Rnica polega na innej wartoci napicia progowego. Kolor wiecenia diody LED zaley od rodzaju uytego pprzewodnika, a konkretnie domieszkowania. Czstotliwoci graniczne diod elektroluminescencyjnych wynosz od kilku do kilkunastu MHz. Stosuje si je jako sygnalizatory stanu urzdzenia (wczony/wyczony), wskaniki w windach i telefonach, wskaniki poziomu, jako elementy podwietlajce skale i przeczniki, w czach


wiatowodowych, a take w urzdzeniach zdalnego sterowania i in. Diody LED s najbardziej rozpowszechnionymi elementami optoelektronicznymi.

Rys.23. Charakterystyki diody LED: a) napiciowo-prdowe; b) wiatoci [1,s.452] Diody OLED to elementy zbudowane z materiaw organicznych, wykorzystujce bardzo efektywne procesy fluorescencji i fosforescencji, dziki czemu wiec one duo janiej ni tradycyjne diody LED (PHOLED), a take mog wytwarza czyste wiato biae (WOLED). Zastosowanie technologii polimerowej do ich produkcji pozwala na umieszczanie materiaw wieccych na dowolnych, rwnie elastycznych, powierzchniach. Transoptory to pprzewodnikowe elementy optoelektroniczne skadajce si co najmniej z jednego fotoemitera i jednego fotodetektora, sprzonych optycznie i umieszczonych we wsplnej obudowie. Rne rodzaje transoptorw przedstawia Rys.24.

Rys.24. Schematy transoptorw: a) z fotodiod; b) z fototranzystorem; c) z fototyrystorem; d) z fotodarlingtonem; e) z fotodiod i tranzystorem; f) z bramk NAND [1,s.456] Parametry transoptora zale od waciwoci jego elementw skadowych, tzn. diody LED i fotodetektora. Najwaniejszym parametrem transoptora jest wspczynnik wzmocnienia prdowego. Transoptor pozwala na przesyanie sygnaw elektrycznych z wejcia na wyjcie bez pocze galwanicznych obwodw wejciowego i wyjciowego np. w technice wysokich napi, technice pomiarowej i automatyce, w sprzcie komputerowym i telekomunikacyjnym. Peni on take rol bezstykowych potencjometrw oraz przekanikw optoelektronicznych, a take wycznikw kracowych, czujnikw pooenia, wskanikw poziomu itp. w ukadach sygnalizacyjnych i zabezpieczajcych. Wskaniki su do wywietlania informacji w postaci cyfr, liter i znakw pomocniczych. Obecnie najczciej wykorzystywane s wskaniki pprzewodnikowe i ciekokrystaliczne.


Wskanik pprzewodnikowy to zestaw diod LED umieszczonych we wsplnej obudowie. Ze wzgldu na budow mona wyrni wskaniki segmentowe (cyfrowe) - Rys. 25a i mozaikowe (alfanumeryczne) - Rys.25b.

Rys.25. Struktury wskanikw pprzewodnikowych: a) segmentowe; b) mozaikowe [1,s.458] Wskaniki ciekokrystaliczne LCD wykorzystuj waciwoci ciekych krysztaw, ktre zmieniaj swoj przeroczysto, sterowane za pomoc niewielkich pl elektrycznych. Wskaniki LCD nie s rdami wiata i musz by owietlane wiatem zewntrznym lub wewntrznym. Wad tych elementw jest konieczno zasilania napiciem przemiennym oraz dua bezwadno, natomiast podstawow zalet bardzo may pobr mocy. 4.4.2. Pytania sprawdzajce

Odpowiadajc na pytania sprawdzisz czy jeste przygotowany do wykonania wicze. 1. Jakie znasz elementy optoelektroniczne? Podaj ich przeznaczenie. 2. Co to jest prd ciemny fotorezystora? 3. Przy jakiej polaryzacji normalnie pracuje fotodioda? 4. Dlaczego fototranzystor moe by sterowany sabszym promieniowaniem ni fotodioda? 5. Co to jest prd jasny fotodiody? 6. Jak jest polaryzowana dioda LED w czasie pracy? 7. Od czego zaley kolor wiecenia diody LED? 8. Z jakich optoelementw mog by zbudowane transoptory? 9. Czym rni si wywietlacze diodowe od wskanikw LCD? 4.4.3. wiczenia wiczenie 1 Wyznaczanie charakterystyk statycznych i owietleniowych fotoelementw.

Sposb wykonania wiczenia Pomiary charakterystyk prdowo-napiciowych fotoelementw wyznacza si dla ich

normalnych stanw pracy. Pomiary polegaj na zmierzeniu wartoci napi i prdw przy zasilaniu badanego elementu napiciem regulowanym oraz owietleniu promieniowaniem o regulowanej jasnoci.

Uwaga: Przed pomiarami ustal dopuszczalne dla danego elementu natenie owietlenia! Przed wczeniem zasilania popro nauczyciela o sprawdzenie ukadu pomiarowego!

Aby wykona wiczenie powiniene:

1) zapozna si z zasad dziaania oraz rodzajami i parametrami optoelementw; 2) odszuka w katalogu badane elementy, wypisa ich podstawowe parametry oraz oznaczenia

kocwek;


3) zaproponowa ukady pomiarowe do wyznaczania poszczeglnych charakterystyk: - charakterystyka diody LED:

a) zmontowa ukad pomiarowy do pomiaru charakterystyki diody LED w kierunku przewodzenia, dobierajc rezystor ograniczajcy prd diody IF tak, aby nie przekroczy dopuszczalnej wartoci, do pomiaru prdu IF naley uy miliamperomierza prdu staego, a do pomiaru napicia UAK woltomierza napicia staego;

b) zwiksza napicie zasilajce a do momentu ustalenia prdu pyncego przez diod na wartoci nominalnej, typowej dla danej diody LED, podanej w katalogu, notowa w tabeli zmiany napicia UAK oraz prdu IF;

c) wykona co najmniej 15 pomiarw pamitajc o zagszczeniu ich, gdy prd zaczyna gwatownie rosn, wyniki zapisa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyki diod LED

dioda 1 dioda 2 dioda 3 UAK1[V] IA1[mA] UAK2[V] IA2[mA] UAK3[V] IA3[mA]

d) powtrzy pomiary dla dwch innych diod, wyniki ponownie zanotowa w tabeli,

kadorazowo opisujc kolor badanej diody; - charakterystyka fotodiody:

e) zmontowa ukad pomiarowy do pomiaru charakterystyki fotodiody w kierunku zaporowym, do pomiaru prdu IR naley uy miliamperomierza prdu staego, a do pomiaru napicia UAK woltomierza napicia staego, a do pomiaru natenia owietlenia E - luksomierza;

f) zwiksza napicie polaryzujce diod od 0 do 10V co 1V przy zaciemnieniu elementu (E=0), wyniki (UAK i I) zanotowa wyniki w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka fotodiody

E1= E2= E3= UAK1[V] IR[mA] UAK2[V] IR2[mA] UAK3[V] IR3[mA]

g) powtrzy pomiary dla co najmniej dwch innych nate owietlenia,wyniki zanotowa;

- charakterystyki fotorezystora: h) zmontowa ukad pomiarowy do wyznaczania charakterystyki owietleniowej

fotorezystora, do pomiaru prdu IR naley uy miliamperomierza prdu staego, do pomiaru napicia UR woltomierza napicia staego, a do pomiaru natenia owietlenia E luksomierza;

i) zwiksza natenie owietlenia od 0 do np.500 lx przy ustalonej wartoci napicia UR np.10V, wyniki zanotowa w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka owietleniowa i prdowo-napiciowa fotorezystora

UR[V] E[lx] IR[mA] R[]

j) dokona obliczenia R dla kadego pomiaru, wyniki umieci w tabeli; k) zmontowa ukad pomiarowy do wyznaczania charakterystyki prdowo-napiciowej

fotorezystora, do pomiaru prdu IR naley uy miliamperomierza prdu staego, do


pomiaru napicia UR woltomierza napicia staego, a do pomiaru natenia owietlenia E luksomierza;

l) zmieniajc napicie, przy ustalonej wartoci natenia owietlenia E, odczyta warto prdu IR, wyniki zapisa w tabeli;

- charakterystyka fototranzystora: m) zmontowa ukad pomiarowy do wyznaczania wyjciowej charakterystyki prdowo-

napiciowej fototranzystora, , dobra rezystor ograniczajcy prd kolektorowy IC, tak aby nie przekroczy dopuszczalnej wartoci, do pomiaru prdu IR naley uy miliamperomierza prdu staego, do pomiaru napicia UR woltomierza napicia staego, a do pomiaru natenia owietlenia E luksomierza;

n) zwiksza napicie zasilacza UCE a do momentu ustabilizowania si prdu kolektora przy ustalonej wartoci natenia owietlenia np. E=30 lx, pamitajc o nie przekroczeniu prdu dopuszczalnego ICmax , wyniki (zmiany IC I UCE) zanotowa w tabeli;

Tabela Charakterystyka fototranzystora

E1= E2= E3= UCE1[V] IC1[mA] UCE2[V] IC2[mA] UCE3[V] IC3[mA]

o) wykona co najmniej 15 pomiarw, pamitajc o ich zagszczeniu, gdy prd IC zaczyna

gwatownie rosn; p) powtrzy pomiary dla dwch innych nate owietlenia E, wyniki umieci w tabeli; - charakterystyka transoptora: q) zmontowa ukad pomiarowy do pomiaru charakterystyki przejciowej transoptora

z fototranzystorem, dobierajc rezystor ograniczajcy prd kolektorowy IC oraz prd wejciowy IFI tak aby nie przekroczy dopuszczalnych wartoci, do pomiaru prdu IFI naley uy miliamperomierza prdu staego, a do pomiaru napicia UAK i UCE woltomierze napicia staego;

r) zanotowa zmiany prdu IA zwikszajc napicie zasilajce obwd wejciowy UAK i prdu IC w tabeli pomiarowej;

Tabela Charakterystyka przejciowa transoptora IA[mA] IC[mA]

4) oceni poprawno wykonania wiczenia; 5) stworzy w programie Excell i wydrukowa charakterystyki statyczne badanych

optoelementw wykorzystujc otrzymane wyniki pomiarw, zaznaczy na nich parametry charakterystyczne oraz zakresy pracy: diod LED IA = f(UAK), fotodiody IR = (UR) przy rnych wartociach natenia owietlenia, fotorezystora R = f(E), fototranzystora IC = f(UCE) przy rnych wartociach natenia owietlenia, transoptora IC = f(IA);

6) sformuowa wnioski dotyczce dziaania fotoelementw.


Wyposaenie stanowiska pracy: makiety (trenaery) z optoelementami rnych typw do pomiaru ich parametrw

i wyznaczania charakterystyk, sprzt pomiarowy: elektroniczne mierniki uniwersalne, zasilacze laboratoryjne

stabilizowane, luksomierz, katalogi elementw i ukadw elektronicznych, komputer PC, program Excel, literatura z rozdziau 6.

wiczenie 2

Zastosowanie optoelementw w ukadach elektronicznych.

Sposb wykonania wiczenia W programie symulacyjnym EWBA zrealizowa rne typy transoptorw

Aby wykona wiczenie powiniene:

1) zapozna si z zasad dziaania i parametrami optoelementw; 2) zapozna si z obsug programu symulacyjnego EWBA; 3) zaproponowa ukad transoptora np. wykorzystujc diod LED i fotodiod; 4) zamodelowa ukad, wczajc miliamperomierze w obwody wejciowy i wyjciowy w celu

pomiaru prdw; 5) wycign wnioski dotyczce wzmocnienia; 6) powtrzy symulacj dla innych typw transoptora np. dioda LED - fotorezystor, dioda LED

fototranzystor; 7) porwna dziaanie ukadw uwzgldniajc wzmocnienie, wyjani rnice; 8) zaprezentowa wykonan symulacj i wnioski z wiczenia.


komputer PC, oprogramowanie EWB, literatura z rozdziau 6. 4.4.4. Sprawdzian postpw Czy potrafisz: Tak Nie 1) rozrni fotoelementy na podstawie wygldu i liczby kocwek? 2) narysowa charakterystyki statyczne optoelementw w zakresach normalnej

pracy?

3) poda parametry charakterystyczne optoelementw oraz ich przykadowe wartoci?

4) zaproponowa ukady pomiarowe do pomiarw charakterystyk diod? 5) rozpozna fotoelementy na podstawie wynikw pomiarw? 6) przedstawi ukady praktyczne wykorzystujce optoelementy? 7) sprawdzi, czy optoelement jest sprawny?


4.5. Wzmacniacze tranzystorowe 4.5.1. Materia nauczania Podstawow funkcj wzmacniacza jest wzmocnienie sygnau, przy zachowaniu nie zmienionego jego ksztatu. Wzmocnienie to odbywa si kosztem energii doprowadzonej ze rda zasilania.

Rys.26. Schemat oglny wzmacniacza [1,s.144]

Klasyfikacji wzmacniaczy mona dokona ze wzgldu na rne kryteria: rodzaj wzmacnianego sygnau: napiciowe, prdowe, mocy, pasmo przenoszonych czstotliwoci:staoprdowe, dolnoprzepustowe, grnoprzepustowe,

szerokopasmowe, selektywne, itd. Rys.27, zastosowane elementy: tranzystorowe, lampowe, na ukadach scalonych, liczba stopni wzmacniajcych: jednostopniowe, wielostopniowe, itd. Rys.35.

Podstawowe parametry wzmacniaczy to: wzmocnienie: napiciowe, prdowe i mocy, dolna i grna czstotliwo graniczna oraz pasmo przenoszonych czstotliwoci, rezystancja wejciowa i wyjciowa, sprawno energetyczna, znieksztacenia liniowe i nieliniowe. Waciwoci wzmacniacza okrela si rwnie na podstawie charakterystyk czstotliwociowych: amplitudowej i fazowej. Do wanych wielkoci charakteryzujcych wzmacniacze nale rwnie stao parametrw i stabilno.

Rys.27. Charakterystyki amplitudowe wzmacniacza: a) prdu staego; b) szerokopasmowego; c) selektywnego; grnoprzepustowego [1,s.148]

We wzmacniaczach rzeczywistych powstaj znieksztacenia: liniowe, wywoane

niejednakowym przenoszeniem przez wzmacniacz sygnaw o rnych czstotliwociach oraz nieliniowe wywoane przez nieliniowo charakterystyk statycznych niektrych elementw wzmacniacza. W efekcie stosowania elementw nieliniowych charakterystyka przejciowa wzmacniacza odbiega od teoretycznej linii prostej.


Podstawowa funkcja wzmacniaczy - zwikszanie mocy sygnaw moe by zrealizowana przez zastosowanie w ukadzie elementw czynnych np. tranzystorw bi- lub unipolarnych. Poniewa dla wzmacnianego sygnau wzmacniacz stanowi czwrnik, a tranzystory posiadaj tylko trzy wyprowadzenia konieczne jest uycie jednej z elektrod rwnoczenie na wejciu i wyjciu. Sposb wczenia tranzystora Rys.8 i Rys.13, wpywa na waciwoci wzmacniacza Tabela 3 i Tabela 4. Praktyczne zastosowania znalazy trzy ukady pocze dla tranzystorw bipolarnych - WE, WC i WB i dwa dla tranzystorw polowych WS i WD.

Ukad wsplnego emitera WE (OE) ukad, w ktrym emiter stanowi elektrod wspln dla obwodu wejciowego i wyjciowego, sygna wejciowy doprowadzany jest midzy emiter i baz, a obcienie jest wczone pomidzy kolektor i emiter.

Ukad wsplnego kolektora WC (OC) ukad, w ktrym kolektor stanowi elektrod wspln dla obwodu wejciowego i wyjciowego, sygna wejciowy doprowadzany jest midzy baz i kolektor, a obcienie jest wczone pomidzy emiter i kolektor.

Ukad wsplnej bazy WB (OB) ukad, w ktrym baza stanowi elektrod wspln dla obwodu wejciowego i wyjciowego, sygna wejciowy doprowadzany jest midzy emiter i baz, a obcienie jest wczone pomidzy kolektor i baz. Najpowszechniej stosowan konfiguracj wzmacniaczy zbudowanych na tranzystorach bipolarnych jest ukad o wsplnym emiterze Rys.28a.

Rys. 28. Wzmacniacz w ukadzie WE; a) schemat; b) ilustracja dziaania [1,s.151]

rda napi staych EC i EB su do polaryzacji zcz emiterowego i kolektorowego tranzystora, tak aby znajdowa si on w stanie aktywnym. Sygna wejciowy doprowadzany jest pomidzy baz i emiter, a sygna wyjciowy pobierany z kolektora. Zmiana prdu bazy spowoduje zmian prdu kolektora, a poniewa charakterystyki tranzystora w zakresie aktywnym maj przebieg prawie poziomy mona przyj, e prd IC zaley tylko od IB, a nie zaley od UCE. Korzystajc z II prawa Kirchoffa dla obwodu wyjciowego mona stwierdzi, e zmiana prdu kolektora spowoduje zmian napicia wyjciowego UCE w ten sposb, e wzrost IC spowoduje zmniejszenie UCE, a zmniejszenie IC zwikszy napicie UCE. Poniewa IE IC, oznacza to, e ukad WE odwraca faz sygnau. Dziaanie wzmacniacza przy wejciowym sygnale sinusoidalnym przedstawia Rys. 28b, a punkt Q jest punktem pracy ukadu, ktrego pooenie


zaley od wartoci napi i prdw staych. polaryzujcych tranzystor. Parametry ukadu WE zostay zebrane w tabeli 2. Ukad o wsplnym kolektorze WC Rys.29a, nazywany jest wtrnikiem emiterowym, poniewa napicie wyjciowe UCB wtruje napiciu wejciowemu, tzn. pomijajc niewielkie zmiany napicia UBE , UWY UWE, co oznacza rwnie, e ukad nie odwraca fazy. Pozostae parametry wzmacniacza w ukadzie WC zestawiono w Tabeli 2. Ukad o wsplnej bazie WB obecnie wykorzystywany jest gwnie we wzmacniaczach wielkich czstotliwoci, ze wzgldu na stabilno pracy i znacznie szersze ni pozostae ukady pasmo przenoszonych sygnaw.

Rys.29. Schematy wzmacniacza z tranzystorami bipolarnymi: a) w ukadzie WC; b) w ukadzie WB [1,s.155]

Podsumowujc, mona stwierdzi, e due wzmocnienie napiciowe wykazuj ukady WE i WB, due wzmocnienie prdowe charakteryzuje ukady WE i WC, najwiksze wzmocnienie mocy posiada ukad WE, a najlepsze waciwoci czstotliwociowe ukad WB. Ze wzgldu na impedancje (najwiksz wejciow i najmniejsz wyjciow) najlepsze waciwoci posiada ukad WC, co powoduje, e jest czsto stosowany jako ukad dopasowujcy.

Tabela 2 Parametry podstawowych ukadw wzmacniajcych z tranzystorem bipolarnym [1,s.154]


Odpowiednikami konfiguracji WE, WC i WB dla tranzystorw unipolarnych s ukady WS, WD i WG, ale ukadu wsplnej bramki praktycznie nie stosuje si Rys.30.

Rys. 30. Schematy wzmacniaczy z tranzystorami unipolarnymi; a) ukad WS; b) ukad WD [1,s.158] Podstawowe parametry wzmacniaczy zbudowanych na tranzystorach polowych zawiera Tabela 3.

Tabela 3 Parametry podstawowych ukadw wzmacniajcych z tranzystorami unipolarnymi [1,s.159]

Analiza danych w tabelach pozwala porwna ukady WS i WD, ale take porwna ukady

zrealizowane na tranzystorach bipolarnych z ukadami na tranzystorach polowych. Ukad WS ma due wzmocnienie napiciowe, ale mniejsze ni WE w podobnym ukadzie, wtrnik rdowy WD ma, podobnie jak WC, wzmocnienie napiciowe mniejsze od jednoci i nie odwraca fazy. Rezystancja wejciowa obu ukadw na tranzystorach polowych jest bardzo dua (znacznie wiksza ni w ukadach z tranzystorami bipolarnymi), przy czym dla WD znacznie wiksza ni WS. Wtrnik rdowy, podobnie jak wtrnik emiterowy, spenia wymagania ukadu dopasowujcego. Ze wzgldu na bardzo due wartoci rezystancji wejciowej i mae szumy, wzmacniacze z tranzystorami unipolarnymi s najczciej stosowane jako stopnie wejciowe ukadw wielostopniowych.


Aby wzmacniacz mg spenia swoje podstawowe zadanie, tzn. wzmacnia sygnay, musz by stworzone odpowiednie warunki do przenoszenia sygnau przez ukad. Realizowane jest to przez odpowiedni polaryzacj elektrod tranzystorw, tzn. ustalenie statycznego punktu pracy elementu za pomoc obwodw zasilajcych. Wybr i stabilizacja punktu pracy jest bardzo istotna, poniewa nawet niewielkie zmiany mog skutkowa wyran zmian niektrych parametrw wzmacniacza np. wzmocnienia, rezystancji wejciowej, rezystancji wyjciowej. Zalenie od pooenia punktu pracy na charakterystyce wyjciowej wzmacniacze dzieli si na klasy: A, AB, B oraz C.

Klasa A charakteryzuje si tym, e prd wyjciowy pynie przez cay okres sygnau wejciowego, a wic kt przepywu prdu 2= 2. Statyczny punkt pracy Q tranzystora ley na prawie prostolinijnym odcinku charakterystyki przenoszenia IC = f(UBE) Rys.31a.

Rys. 31. Pooenie statycznego punktu pracy Q wzmacniaczy; a) klasy A; b) klasy B; c) klasy C [1,s.161] W klasie B prd pynie w przyblieniu tylko przez p okresu sygnau wejciowego, wic kt

przepywu prdu 2 . Punkt pracy ley w pobliu granicy odcicia prdu, wic ukad przenosi tylko jedn plfal sygnau wejciowego - Rys.31b. Aby wzmacniacz mg przenosi ca sinusoid sygnau wejciowego konieczne jest zastosowanie drugiego elementu aktywnego dla drugiej pfali.

W klasie C punkt pracy ley w zakresie odcicia, tzn. kt przepywu prdu 2 < , co oznacza, e sygna wyjciowy jest znacznie znieksztacony, a przenoszona jest tylko cz jednej pfali - Rys.31c.

Klasa AB jest klas poredni pomidzy klasami A i B, a kt przepywu prdu zawiera si pomidzy a 2.

We wzmacniaczach napiciowych stosuje si gwnie klas A, we wzmacniaczach mocy klas B i AB, a we wzmacniaczach w.cz. klas C. Oznacza to odpowiedni dobr spoczynkowego punktu pracy Q, czyli ustalenia waciwych wartoci IC i UCE, poniewa warto UBE jest w przyblieniu staa i dla tranzystorw krzemowych wynosi 0,6-0,7V. Przy wyborze punktu pracy w zakresie aktywnym stosuje si szereg kryteriw, np. uzyskanie maksymalnego zakresu dynamicznego lub maksymalnej mocy wyjciowej.

Sposb zasilania tranzystora jest okrelony sposobem polaryzacji zcz: zcza emiterowego w kierunku przewodzenia i zcza kolektor-baza, zaporowo. Mona to zrobi w kilku rnych ukadach: ukadzie polaryzacji staym prdem bazy, ukadzie potencjometrycznym (z dzielnikiem napicia na bazie) i ukadzie ze staym prdem emitera. Ukady te nie zapewniaj jednak staoci punktu pracy. Mniejsz niestao uzyskuje si w ukadach przedstawionych w Tabeli 4.


Poprawa staoci punktu pracy nastpuje kosztem zmniejszenia wzmocnienia dla sygnaw staych. Dla sygnaw zmiennych wad t usuwa si poprzez wczenie kondensatorw rwnolegle do rezystorw emiterowych Tabela 4, ukad 1 i 2, lub bazowych Tabela 4, ukad 3.

Tabela 4 Wpyw ukadu polaryzacji tranzystora na niestao punktu pracy [1,s.164]

Pooenie wybranego punktu pracy tranzystora bipolarnego silnie zaley od temperatury ze wzgldu na zaleno temperaturow prdu zerowego tranzystora ICB0, napicia baza-emiter UBE i wspczynnika wzmocnienia prdowego . Dryft temperaturowy prdu kolektora wynika z sumy zmian tych parametrw tranzystora i jest rzdu A/K. Nawet najlepsza stabilizacja punktu pracy nie zabezpiecza cakowicie przed wpywem zmian temperatury na prd kolektora, dlatego konieczne jest stosowanie nieliniowych elementw kompensujcych zmiany prdu ICB0 i napicia UBE Rys.32.

Rys. 32. Schematy ukadw kompensacji temperaturowej tranzystora bipolarnego: a) kompensacja diodowa zmian ICB0; b) kompensacja diodowa zmian UBE; c), d) kompensacja tranzystorowa [1,s.166]


Zasilanie tranzystorw unipolarnych jest prostsze ni tranzystorw bipolarnych poniewa w normalnych warunkach pracy praktycznie nie pynie prd elektrody sterujcej, czyli bramki. Najprostszy ukad zasilania stosowany jest dla tranzystorw zczowych JFET Rys.33a. Taki sposb polaryzacji bramki nazywa si polaryzacj automatyczn, gdy wzrost prdu drenu powoduje zwikszanie ujemnego potencjau bramki wzgldem rda i zahamowanie wzrostu prdu.

Rys.33. Zasilanie tranzystora unipolarnego JFET: a) schemat ukadu; b) pooenie punktu pracy na charakterystykach wejciowych i wyjciowych [1,s.169] W ukadach elektronicznych sprzenie zwrotne polega na przekazywaniu czci sygnau wyjciowego, z wyjcia na wejcie, gdzie sumuje si on z sygnaem wejciowym, zmieniajc waciwoci ukadu.

Rys. 34. Schemat wzmacniacza ze sprzeniem zwrotnym [1,s.176]

Sygnay X mog by napiciami, prdami lub innymi wielkociami fizycznymi. Sprzenie zwrotne zmienia warto wzmocnienia, przy czym zalenie od rodzaju wprowadzonej zmiany mona wyrni trzy przypadki: 1. Jeeli 1-K > 1 nastpuje zmniejszenie wzmocnienia, a sprzenie nazywa si ujemnym. 2. Jeeli 0


Zalety te uzyskuje si kosztem zmniejszenia wzmocnienia i stabilnoci ukadu w pewnych zakresach czstotliwoci. Rodzaj i waciwoci sprzenia zwrotnego zale od sposobu pobierania sygnau z wyjcia oraz sposobu podawania go na wejcie. Mona w zwizku z tym wyrni sprzenia: napiciowe i prdowe, ze wzgldu na sposb pobierania sygnau z wyjcia oraz sprzenia: szeregowe i rwnolege, ze wzgldu na sposb wprowadzenia sygnau na wejcie wzmacniacza. Wpyw rnego typu sprze zwrotnych na parametry wzmacniacza przedstawia Tabela 6.

Tabela 5 Wpyw ujemnego sprzenia zwrotnego na parametry wzmacniacza [2,s.57]

Rodzaj sprzenia Parametr

szeregowe prdowe szeregowe napiciowe rwnolege prdowe rwnolege napiciowe

wzmocnienie napiciowe

maleje maleje stae stae

wzmocnienie prdowe

stae stae maleje maleje

impedancja wejciowa

wzrasta wzrasta maleje maleje

impedancja wyjciowa

wzrasta maleje wzrasta maleje

Wzmocnienia zarwno napiciowe , jak i prdowe jednostopniowych wzmacniaczy s

niezbyt due, wic gdy potrzebne s wiksze wzmocnienia, stosuje si wzmacniacze wielostopniowe Rys.35. Liczba stopni wzmacniajcych zaley od wymaganego wzmocnienia, szerokoci pasma, stabilnoci ukadu itp.

Rys. 35. Kaskadowe poczenie stopni wzmacniajcych: 1 wzmacniacz wstpny; 2 wzmacniacz poredni; 3 wzmacniacz wyjciowy [1,s.148] Wzmocnienie takiego wzmacniacza jest iloczynem wzmocnie poszczeglnych stopni, a na przesunicie fazowe caego ukadu skada si algebraiczna suma przesuni fazowych poszczeglnych stopni. Czsto stosowane s ukady wzmacniaczy dwutranzystorowych np. ukad Darlingtona , wzmacniacz rnicowy, kaskoda itd. Rys.36.

Rys.36. Ukady wzmacniaczy wielostopniowych: a) ukad Darlingtona; b) wzmacniacz rnicowy [1,s.171,174]


Kolejne stopnie wzmacniaczy wielostopniowych mog by poczone ze sob bezporednio, co umoliwia wzmacnianie przebiegw wolnozmiennych cznie ze skadow sta lub posiada sprzenie pojemnociowe eliminujce

5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów

Education

Transcript of 5. Montowanie układów analogowych i pomiary ich parametrów