Gradniki elektronskih sistemov laboratorijske vaje. Vaja 1 Lastnosti diode. Ime in priimek: Smer:.. Datum:... Pregledal:...

Transcript

1 Gradniki elektronskih sistemov laboratorijske vaje Vaja 1 Lastnosti diode Ime in priimek:. Smer:.. Datum:... Pregledal:... Naloga: Izmerite karakteristiko silicijeve diode v prevodni smeri in jo vrišite v diagram I(U). S pomočjo izmerjenih vrednosti napetosti pri I 1 = 20 µa in I 2 = 1 ma izračunajte tok nasičenja I S in konstanto λ. Enačba za karakteristiko diode v prevodni smeri je: I = I S.e λu ; λ = 1/U T = q/kt Dobljene izračunane vrednosti I(U) vrišite v isti diagram. Enačba diode predstavlja premico v logaritemskem merilu. Izračunajte zaporedno notranjo upornost diode s pomočjo razlike izmerjene in izračunane napetosti na diodi pri toku I 3 = 50 ma skozi diodo. Shema: Opis meritve: S spreminjanjem baterijske napetosti U b nastavljamo željen tok skozi diodo. Tok nasičenja I S in konstanto λ izračunamo z rešitvijo sistema dveh enačb: I 1 = I S e λu 1 in I 2 = I S e λu 2 Pri večjih tokovih moramo upoštevati serijsko omsko upornost diode: R S = (U 3izm U 3izr ) / I 3

2 Rezultati: I d 5µA 10 µa 20 µa 50 µa 100 µa 200 µa 500 µa 1mA 2mA 5mA 10mA 20mA 50mA 100mA U d λ =.. ; I S = ; R S =. ;

3 Vaja 2 Lastnosti diode Naloga: Določite čas kopičenja t S, prehodni čas t f in skupni zakasnilni čas t rr silicijeve diode, če spremenimo tok skozi diodo od +4 ma do -4 ma. Čase preklopa odčitajte na zaslonu osciloskopa. Shema: Opis meritve: Pri pozitivnem impulzu generatorja teče tok v prevodni smeri, nato hipoma obrnemo smer toka v zaporno smer. Zaradi nakopičenih nosilcev v polprevodniku teče tok v zaporni smeri s konstantno vrednostjo, nato pa pade proti vrednosti zapornega toka I S (proti vrednosti 0). S pomočjo osciloskopa registriramo časovni potek toka kot padec napetosti na uporu R (R = 1kΩ). Na funkcijskem generatorju nastavite pravokotni signal s frekvenco med 20kHz in 200kHz tako, da bo prehodne čase možno čim bolje odčitati. Amplitudo U g in enosmerni nivo pravokotnega signala nastavite tako, da bo zagotovljen tok skozi diodo I F = 4 ma in I R = -4mA (z osciloskopom merimo tok posredno preko padca napetosti na uporu R). Rezultati: t s =. t f =. t rr =.

4 Vaja 3 Hibridni parametri bipolarnega tranzistorja Za bipolarni tranzistor izmerite hibridna parametra h 11e in h 21e pri kolektorskih tokovih I C podanih v tabeli. Rezultate meritev in izračune podajte tabelarično. Grafično podajte normirane vrednosti H e. Normirane vrednosti hibridnih parametrov izračunajte pri toku I C = 1 ma. Shema: Opis meritve: Hibridne parametre, ki veljajo pri majhnih izmeničnih signalih, merimo tako, da z relativno majhnim izmeničnim signalom u g = 30 mv pp vsilimo diferencialno majhne premike delovne točke ( U CE nekaj mv in I C nekaj µa). Omenjene odmike izmerimo kot izmenični signal u CE oziroma i C. Z dobljenimi rezultati meritev izračunamo parametre na osnovi enačb hibridnih parametrov. u 1 = i 1.h 11 + u 2.h 12 i 2 = i 1.h 21 + u 2.h 22 in sicer h 11 = u i 1 1 u 2 = 0 h 12 = u u 1 2 i 1 = 0 h 21 = i i 2 1 u 2 = 0 h 22 = i u 2 2 i 1 = 0 Z visoko omskim nastavljivim uporom R B nastavljamo različne delovne točke tranzistorja oziroma kolektorski tok I C. Z osciloskopom nastavimo in izmerimo amplitudo vhodne sinusne napetosti u G od vrha do vrha, nato izmerimo še amplitudi preostalih napetosti u BE in u CE. Izmerjene vrednosti uporabimo pri izračunu parametrov. u BE u CE R h 11 = R N h 21 = u u u u R g BE g BE N I

5 Normirane vrednosti H dobimo z izrazom: H 11E = h11( I C ) h (1mA) 11 H 21E = h 21( I C ) h (1mA) 21 Rezultati: I C U g U BE U CE h 11 h 21 H 11 H 21 R N R I (ma) (mv) (mv) (mv) (Ω) (kω) (Ω) 0,1 10kΩ 110Ω 0,3 10kΩ 110Ω 1,0 1kΩ 110Ω 3,0 1kΩ 110Ω 10,0 1kΩ 110Ω 30,0 1kΩ 101Ω

6 Vaja 4 Karakteristike in parametri unipolarnega tranzistorja Naloga: Izmerite in narišite karakteristike I D = f(u DS ) za različne napetosti U GS (0 U GS U P ) in I D = f(u GS ) karakteristiko pri konstantni napetosti U DS = 10V. Iz izmerjenih vrednosti določite napetost zadrgnjenja U P in tok nasičenja I DSS ter primerjajte izmerjene vrednosti z analitičnimi. Izmerite strmino parameter g 21 pri različnih tokovih I D in konstantni napetosti U DS = 10V. Strmino v istih delovnih točkah določite še grafično (iz karakteristike I D = f(u GS ) in analitično ter rezultate podajte v tabeli. Shema: Merjenje karakteristik Merjenje parametra g 21 (strmine) Opis meritve: Karakteristike I D = f(u GS ) (U GS = konstantna) delimo v dve področji: o linearno področje (0 < U DS < U GS U P ) o področje nasičenja (U DS > U GS U P ); r d 0

7 Karakteristiko I D = f(u GS ) pri U DS je konstantna (U DS = 10V) merimo samo pri eni napetosti U DS, ker je zanimiva samo v področju nasičenja. Omejena je z dvema karakterističnima mejnima točkama: I DSS (tok nasičenja) in U P ( napetost zadrgnjenja). Strmina parameter g je določena kot odvod karakteristike I D = f(u GS ) v delovni točki. di D (U g 21 = g = du GS GS ) D ma V in je pri majhnih signalih ali odmikih delovne točke enaka: g = i u D GS D = I U D GS D ma V Pri meritvi karakteristike I D = f(u DS ) z visoko omskim nastavljivim uporom R 2 nastavimo napetost na vratih (Gate), s spreminjanjem napetosti U DD pa spreminjamo napetost U DS in pri tem odčitavamo tok I D. Pri meritvi karakteristike I D = f(u GS ) pa ob konstantni napetosti U DS = 10 V spreminjamo napetost U GS z nastavljivim uporom R 2. Pri meritvi parametra g z malimi izmeničnimi signali, priklopimo na vrata majhno sinusno napetost u g = 30 mv s frekvenco f = 1 khz. Razlika napetosti u G - u S, ki jo izmerimo z osciloskopom je krmilna napetost u GS. Napetost u S na uporu R S, s katerim nastavljamo tok delovne točke I D, pa je posledica izmeničnega toka i D. Tako parameter g določimo z izrazom: g = us u u g S 1 R S ma V Rezultati: Tabela meritve I D = f(u DS ) Tabela meritve I D = f(u GS ) I D (ma) U GS I D U DS U GS =0V U GS =0,25V U GS =0,5V U GS =0,75V (V) (ma) 0 0 I DSS = 0,5 0,2 1,0 0,4 1,5 0,6 2,0 0,8 2,5 1,0 5 1,2 7,5 1,4 10 U P = I DSS /1000

8 Karakteristika meritve I D = f(u DS ) Karakteristika meritve I D = f(u GS ) I DSS =. U P = Tabela meritev parametra g I D u G u S R S g mer g graf g anal (ma) (mv) (mv) (Ω) (ma/v) (ma/v) (ma/v)

9 Vaja 5 Karakteristike in parametri MOSFET-a tranzistorja z induciranim kanalom Naloga: Izmerite in narišite karakteristike I D = f(u DS ) za razne napetosti U GS, in karakteristiko I D = f(u GS ) pri napetosti U DS = 5 V. Iz izmerjene karakteristike I D = f(u GS ) določite napetost praga U T ter grafično določite (strmino) vrednost parametra g 21 pri napetosti U GS = 2,4 V in U GS = 2,8 V. Napetost praga izračunajte tudi analitično. Shema: Opis meritve: Karakteristiko I D = f(u DS ) (U GS = konstantna) delimo v dve področji: o linearno področje pri 0 < U DS < (U GS -U T ) o področje nasičenja pri U DS > U GS -U T S spreminjanjem upornosti R 2 nastavimo napetost U GS, s spreminjanjem baterijske napetosti U DD pa spreminjamo napetost U DS in pri tem odčitavamo tok I D. Karakteristiko I D = f(u GS ) merimo samo v področju nasičenja pri konstantni napetosti U DS (U DS > U DSS > U GS -U T ). Za to karakteristiko je značilna mejna točka U GS = U T. Izberemo napetost U DS = 5 V, ki je dovolj velika, da je tranzistor v področju nasičenja. Spreminjamo napetost U GS in pri tem odčitavamo tok I D. Pri tokovih večjih od 50 ma je potrebno najprej nastaviti napetost U GS, nato pa za kratek čas priključimo napetost U DS da lahko odčitamo tok I D. (zaradi prevelike disipacije moči) Napetost praga U T razberemo iz karakteristike I D = f(u GS ). Prav tako iz te karakteristike grafično določimo parameter g 21 tako, da odvod nadomestimo z diferenčnim količnikom: g 21 = di du DS GS D I U DS GS D ma V

10 Za parameter g 21 v področju nasičenja velja enačba, kjer je C snovno geometrijska konstanta: ε ε µ W g 21 = C( U GS U T ); C = r o n d l Če strmino določimo v dveh delovnih točkah, lahko napetost praga U T in konstanto C določimo iz sistema enačb: g 21,1 = C( U GS1 U T ), g 21,2 = C( U GS2 U T ) Rezultati: Tabela meritve I D = f(u DS ) Tabela meritve I D = f(u GS ) I D (ma) U GS I D U DS U GS = 2,4V U GS = 2,6V U GS = 2,8V (V) (ma) 0,1 1,4 0,2 1,6 0,3 1,8 0,4 2,0 0,5 2,2 0,6 2,3 0,8 2,4 1,0 2,5 2,0 2,6 5,0 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2

11 Karakteristika meritve I D = f(u DS ) Karakteristika meritve I D = f(u GS ) Iz karakteristike I D - U GS določite napetost praga U T in strmino pri napetostih U GS = 2,4 V in U GS = 2,8 V U T =.., g 21 (U GS = 2,4V) =, g 21 (U GS = 2,8V) =, Napetost praga U T in konstanta C izračunana analitično: U T =.., C =..,

12 Vaja 6 Lastnosti ojačevalnika z tranzistorjem Naloga: Izmerite ojačenje ojačevalnika s tranzistorjem v orientaciji s skupnim emitorjem (E). Ojačenje izmerite z in brez upora R E. S pomočjo upora R N na vhodu vezja izmerite vhodno upornost R vh vezja z in brez upora R E. S pomočjo upora R BR vezanega kot breme ojačevalnika izmerite izhodno upornost R izh vezja. Meritve opravite pri baterijski napetosti U b = 15 V in toku I b med 8 ma in 12 ma. Shema meritve ojačanja: A I b u vh R V J1 J2 C V RB B RC C E C oc u izh V Ub 15V f = 1kHz RE J3 Shema meritve vhodne upornosti: RE J3 RB RC Shema meritve izhodne upornosti: A I b u vh R V J1 J2 C V RB B RC C E C oc u izh u BR RBR Ub 15V f = 1kHz RE J3

13 Opis meritve: Za merjenje napetostnega ojačenja A u na vezju postavimo povezave tako, da bo vezje delovalo kot ojačevalnik s skupnim emitorjem. Preverimo, če je baterijski tok ampermetra med 8 ma in 12 ma. Meritev opravimo z in brez upora R E. Ojačenje A u je razmerje med izhodno u izh in vhodno napetostjo u vh. Na vhod priključimo sinusno napetost u vh take amplitude, da izhodna napetost u izh ne bo prekrmiljena. Obe veličini u vh in u izh izmerimo z enim od kanalov osciloskopa. Frekvenca vhodnega sinusnega signala naj bo približno 1kHz. A = u u izh vh ; A (db) = 20 log A Za merjenje vhodne upornosti vezju na vhodu dodamo nastavljiv upor R N (uporovna dekada). Upornost R N nastavimo na takšno vrednost, da bo amplituda napetosti u vh padla na polovico napetosti generatorja u g. Takrat je vhodna upornost R vh enaka upornosti R N. Pri tej meritvi smo zanemarili vpliv upornost R B, ob predpostavki, da je mnogo večja od R vh. Meritev vhodne upornosti R vh opravite z in brez upora R E. R vh = R V u vh = ½ u g Pri merjenju izhodne upornosti R izh prvotnemu vezju dodamo bremensko upornost R BR (uporovno dekado). Nastavimo jo na takšno vrednost, da bo amplituda izhodne napetosti u BR padla na polovico napetosti, ko na izhodu nimamo bremenskega upora R BR. R izh = R b u BR = ½ u izh Rezultati: Ojačenje brez upora R E Ojačenje z uporom R E u vh u izh A A [db] u vh u izh A A [db] (mv) (V) (db) (mv) (V) (db) Ojačenje izračunano analitično z enačbo: R C = 1 kω ; R E = 100 Ω ; I b = ma Brez upora R E : Z uporom R E : R C A = ; rd = rd U T ; IE = I b A = I E r d R C + R E R R C E A =.. A =.

14 Primerjaj in komentiraj rezultate ojačanja A izmerjena z meritvijo, z rezultati dobljeni z analitičnim izračunom. Komentar: Vhodna upornost ojačevalnika z R E : Vhodna upornost ojačevalnika brez R E : R vh = R N =.. R vh = R N =.. Izhodna upornost ojačevalnika: R izh = R BR =