دانشگاه بیرجند فهرست:

Transcript

1

2 فهرست: آزمایش 1 :منحنی مشخصه دیود با استفاده از روش نقطه یابی و اسیلوسکوپ... 1 آزمایش 2 : کاربرد دیود )یکسو کننده ها(... 6 آزمایش 3 : کاربردهای دیود در مدار های جهش برش و چند برابر کننده های ولتاژ آزمایش 4 : دیود زنر آزمایش 5 : صافی های منبع تغذیه آزمایش 6 :منحنی مشخصه های ترانزیستور آزمایش 7 : تقویت کننده امیتر مشترک آزمایش 8 : تقویت کننده بیس و کلکتور مشترک آزمایش 9 : رسم منحنی مشخصه های FET 1

3 آز ا ش 1 نحنی شخصه د د با استفاده از روش نقطه ابی و اسیل سک پ قد ه: تعر ف کلی د د دیود عنصری است با دو پایه که مقاومت آن بستگی به جهت و مقدار جریان آن دارد. VD در کلیه آزمایشها برای اندازه گیری جریان در یک شاخه از مدار مثال جریان دیود در مسیر آن یک مقاومت قرار داده و با اندازه گیری ولتاژ دو سر مقاومت و با استفاده از فرمول Iجریان = V را محاسبه می کنیم. R برای سادگی محاسبه در صورت امکان مقدار مقاومت را 10 n اهم انتخاب می کنیم )n عدد صحیح(. برای مثال اگر مقاومت فوق الذکر یک کیلو اهم باشد ( 3 10( عدد ولتاژ خوانده شده معادل جریانی برحسب میلی آمپر خواهد بود. البته مقدار مقاومت نباید آنقدر زیاد باشد که مشخصات مدار را تغییر بدهد. هنگامیکه دیود در بایاس موافق باشد مقاومت کمی از خود نشان می دهد و وقتی که دیود در بایاس مخالف باشد مقاومت باالیی از خود نشان می دهد در بایاس موافق جریان دیود مقدار حداکثری دارد و چنانچه جریان آن از این مقدار بیشتر شود باعث سوختن دیود می شود. مقدار این جریان بستگی به نوع دیود دارد بین چند میلی آمپر تا چندین کیلو آمپر تغییر می کند. همچنین برای ولتاژ دو سر دیود در بایاس مخالف نیز حداکثری وجود دارد. و چنانچه ولتاژ از آن حد بگذرد نوعی تخلیه الکتریکی در دیود انجام گرفته و باعث افزایش جریان و داغ شدن دیود و سوختن آن می شود. 2

4 انواع دیود و شکل های آن DIODE ZENER DIODE SCHOTTKY DIODE TUNNEL DIODE LIGHT EMITTING DIODE PHOTO DIODE VARICAP DIODE SILICON CONTROLLED RECTIFIER DIODE 1 -آز ا ش: 1. تست دیود: مولتی متر دیجیتال را بر روی حالت تست دیود قرار داده و با کمک ترمینالهای COM و کمتر از 0.7 خواهیم دید و در بایاس مخالف عدد 1 را نشان می دهد اگر در بایاس موافق باشد عددی 2.با استفاده از مدار زیر جریان دیود را به ازاء ولتاژهای ( D V( که در جدول )1( داده شده اندازه گیری کنید. 1KΩ 100Ω 100Ω 3

5 V D (mv) I D (ma) ID=V100Ω/100Ω )جدول 1 ( 3.در صورت لزوم مقاومت R را از مدار حذف کنید. الف با استفاده از مقادیر فوق منحنی جریان دیود را برحسب ولتاژ دو سر آن رسم کنید. ب- ولتاژ شروع هدایت دیود ( T V( را تعیین و یادداشت نمائید. ج- آیا جنس دیود مورد آزمایش سیلیسیم است یا ژرمانیم چرا 2- بدست آوردن نحنی شخصه د د با استفاده از اسیل سک پ برای این منظور ولتاژ دو سر دیود را به محور افقی اسیلوسکوپ می دهیم سپس به حالت معکوس در می آوریم و ولتاژ دو سر R را که متناسب با جریان دیود است به محور عمودی می دهیم. ولتاژ ورودی باید مقدار متغییری باشد برای اینکه منحنی روی صفحه اسیلوسکوپ نلرزد باید فرکانس آن از 55 هرتز بیشتر باشد. ( موج ورودی می تواند سینوسی دندانه اره ای یا مثلثی باشد ) الف مدار زیر را ببندید و منحنی مشخصه دیود را با مدرج کردن محورهای افقی و عمودی اسیلوسکوپ ببندید. این آزمایش را با دو نوع دیود ( سیلیسیم و ژرمانیم( انجام دهید. 1KΩ CH-Y V=5sin100πt CH-X ب- این منحنی ها را روی کاغذ میلی متر رسم کنید. ج- تفاوت شکل بدست آمده با منحنی بدست آمده از طریق نقطه یابی چیست 4

6 س االت: 1.با استفاده از منحنی مشخصه دیودها مقاومت استاتیکی هر یک را به ازای Iحساب D = 2mA کنید. 2.مقاومت دینامیکی را برای هر کدام در I D = 2mA بدست آورید. 5

7 آز ا ش 2 کاربرد د د) کس سازی( چرا کس سازی برق شهری برق AC است ولی اکثر وسایل خانگی نیاز به برق DC دارند. )تمام ترانزیستور ها و به طور کلی ICها از برق DC استفاده می کنند.( برای به دست آوردن یک ولتاژ DC مناسب استفاده از مراحل زیر مرسوم است: 1.تبدیل سطح ولتاژ AC به مقدار مورد نیاز توسط یک ترانسفورمر 2.استغاده از یک مدار یکسو ساز )نیم موج یا تمام موج( )از خروجی این مرحله می توان برای یک مصرف کنندهی غیر حساس استفاده کرد.( 3.استفاده از یک صافی خازنی 4.استفاده از رگالتور یا تنظیم کننده یادآوری: اسیلوسکوپ یک پیک سنج است یعنی Vm را اندازه گیری می کند مولتی متر AC یک موثر سنج است یعنی Vrms متر DC یک متوسط سنج است یعنی VDC الف: محاسبه ی Vrms برای یک سینوسی کامل: را اندازه می گیرد. را اندازه می گیرد مولتی F rms = 1 T T f2 (t). dt 0 = 1 T T V m 2 sin 2 (wt)dt 0 = V m 2, w = 2πf, T = 1 f Vm با توجه به اینکه شکل کلی ولتاژ هایی که ما با آنها سر و کار داریم به صورت Vmsin(wt) است کافی است برای محاسبه ی مقدایر مذکور را به وسیله ی اسیلوسکوپ اندازه بگیریم و در فرمول های مربوطه قرار دهیم. مقادیر rms و DC برای چند شکل موج معمول: سینوسی کامل: V rms = 1 T T V m 2 sin 2 (wt)dt 0 = V m 2 VDC = 1 T T V msin (wt)dt 0 = 0 6

8 سینوسی یکسو شده ی نیم موج: T 2 V rms = 1 T V m 2 sin 2 (wt)dt 0 = V m 2 T 2 V DC = 1 T V msin (wt)dt 0 = V m π ب: محاسبه ی VDC برای شکل موج سینوسی: F DC = 1 T T f(t). dt 0 = 1 T T V msin (wt)dt 0 نکته: در کوپالژ AC مقدار DC موج حذف شده و فقط مقدار DC آن نمایش داده می شود ولی در کوپالژ AC مقدار AC و DC موج با هم جمع شده و شکل کامل موج نمایش داده می شود شرح آ ز ا ش کس ساز نیم ج 1. مدار زیر را بسته و شکل موج ترانس را قبل و بعد از دیود با مشخص کردن دامنه و حفظ رابطه زمانی رسم کنید. 220 V 12V 1KΩ تذکر : در رسم منحنی ها دوره تناوب دامنه خط صفر)زمین( مشخص شود و در صورت امکان با رسم زیر هم آنها محور زمان را برای همه نمودار ها یکسان در نظر بگیرید DC تذکر: کوپالژ اسیلوسکوپ در حالت 7

9 الف- مقدا ولتاژ DC موجود در شکل موج خروجی چقدر است ب- حداکثر ولتاژ معکوس دو سر دیود را اندازه بگیرید. ج- جوابهای تئوری و عملی را مقایسه کنید و اگر اختالفی وجود دارد علت آن را بیان کنید. د- شکل موج دو سر دیود را زیر شکل موج های قبل رسم کنید و محور زمان را برای همه نمودار ها یکسان درنظر بگیرید. 2. جهت دیود مدار را در مدار فوق عوض کنید و شکل موج خروجی را زیر شکل موجهای قبل با رعایت یکسان بودن محور زمان رسم کنید. 3. اگر بجای یک دیود دو دیود بطور سری قرار دهیم شکل موج خروجی) VO ( )VAB( را با بستن مدار زیر مشاهده و رسم کنید. A B 220 V 12V 1KΩ الف- چه تغییری در ولتاژ خروجی مشاهده می شود ب- آیا این گونه بستن دیودها کاربردی دارد ج- شکل موج بین دو نقطه B و )VAB( A را با شکل آزمایش )1( مقایسه کنید. کس ساز تمام ج : 4. مداری مطابق شکل زیر را بسته و شکل موج خروجی را با مشخص کردن دامنه آن را رسم کنید. الف- مقدار DC شکل موج خروجی چقدر است 8

10 D1 D2 220 V 12V D3 D4 1KΩ ب- شکل موج دو سر D1 را مشاهده و با مشخص کردن دامنه و رعایت یکسان بودن محور زمان نمودار با شکل موج خروجی آن را رسم کنید. ج-حداکثر ولتاژ معکوس دو سر دیودها چقدر است 5. برای یکسوساز تمام موج می توان از ترانسفورماتور با سر وسط نیز استفاده کرد. مدار مطابق شکل زیر را بسته و شکل موج خروجی آن را رسم کنید. D1 12V 220 V 1KΩ 12V الف- شکل موج دو سر D1 را رسم و دامنه آن را با ولتاژ دو سر دیود D1 قسمت 4- ب مقایسه کنید. ب-حداکثر ولتاژ معکوس دو سر دیود ها در این مدار چقدر است ج-مقدار DC شکل موج خروجی را مشخص کنید. 9

11 آز ا ش 3 کاربردهای د د در دارهای جهش برش و چند برابرکننده های ولتاژ تذکر: در آزمایشهای زیر توجه داشته باشید که خازن ها را با پالریته صحیح به مدار وصل کنید و کوپالژ اسیلوسکوپ در وضعیت DC باشد. -1 مدار مقابل را ببندید و شکل موج خروجی را باتوجه به خط صفر رسم کنید. این مدار چه عملی را انجام می دهد 100uf 220 V 12V - 2- دارهای برش. 2-1 مدار زیر را ببندید و شکل موج خروجی را بامشخصات کامل رسم کنید. نام مدار چیست 10KΩ V=4sin1000πt 2V. 2-2 جهت منبع 2 ولتی را عوض کنید و آزمایش را تکرار کنید مدار زیر را ببندید و شکل موج خروجی را با مشخصات کامل رسم کنید. نام مدار چیست 10

12 - - آزمایشگاه الکترونیک )1(. 2-4 جهت منبع 2 ولتی را عوض کنید و آزمایش را تکرار کنید. V=4sin1000πt 10KΩ 2V 3- چند برابر کننده های ولتاژ. 3-1 مدار مقابل را ببندید. 220 V 12V 100uf 100uf الف- ولتاژ خروجی را مشاهده و رسم کنید. ب- این ولتاژ چند برابر مقدار ماکزیمم ولتاژ ثانویه مبدل است. 3-2 مدار مقابل را ببندید uf 220 V 12V C1 100uf - C2 ولتاژ دو سر خازن C 2 را مشاهده کنید. 11

13 الف- این ولتاژ چند برابر ولتاژ ثانویه مبدل است ب- مزیت این مدار بر مدار مرحله 3-1 چیست ج- مقاومت 15 کیلو اهم را به دو سر C 2 وصل کنید و اثر آن را بر روی شکل موج خروجی ببینید. د- مرحله )ج( را برای مقاومت های 3.9KΩ و 100KΩ تکرار کنید و تغییرات در خروجی را توضیح دهید مدار زیر را ببندید و ولتاژ دو سر خازنهای Cو 1 Cو 2 Cو ( 3 C) 1 C 3 را اندازه گیری و یادداشت کنید - 100uf - 100uf 220 V 12V C1 100uf C3 - C2 الف- هرکدام از این ولتاژ ها چند برابر ولتاژ ماکزیمم ثانویه مبدل است ب- این مدار چه کاری انجام می دهد سوال: مدار برش دو طرفه ای با سطح ولتاژ 4.5 و 2.8- طراحی کنید.)ولتاژ آستانه هدایت برابر 0.6V می باشد.( 12

14 آز ا ش 4 د د زنر مدار شکل 1 را با دیود زنر ببندید و مطابق شکل آن را به کانالهای X,Y اسیلوسکوپ وصل کرده و اسیلوسکوپ را در حالت های X,Y قرار دهید.) کانال X را به حالت معکوس در آورید.( دامنه سیگنال ورودی را ماکزیمم و فرکانس را 100Hz انتخاب کنید. بدین ترتیب منحنی مشخصه دیود بر روی صفحه اسیلوسکوپ ظاهر می شود. منحنی مذکور را با مقیاس رسم نمائید. CH-X Vs 1KΩ CH-Y )شکل 1( الف- ولتاژ شکست دیود مذکور را بدست اورید. ب- وجه مشترک و تفاوت بین این شکست و شکست دیود معمولی جیست دارهای برش دو سطحی ب سیله د د زنر مدار شکل )2( را ببندید. فرکانس ورودی را به 100Hz تقلیل داده و دامنه ماکزیمم را اختیار کنید. 1. شکل موج خروجی و مشخصه انتقالی مدار را رسم کنید. 10KΩ F=100hz Z 1 Z 2 )شکل 2 ( 2. با اتصال کوتاه کردن دو سر دیود زنر شماره 1 13

15 الف- ولتاژ ورودی و خروجی را روی صفحه اسیلوسکوپ آورده و آنها را رسم کنید. ب- با قرار دادن اسکوپ در حالت X-Y منحنی مشخصه مدار را رسم کنید. 3. با برداشتن دیود زنر شماره 2 آزمایشهای )الف( و )ب( را تکرار نموده و فقط مشخصه انتقالی را رسم نمائید. رگ الت ر زنر الف- مدار مقابل را ببندید. 12V 100UF - 390Ω 5.6V 470Ω 220 V 12V = V nl V Fl V Fl 100 ب- درصد رگوالسیون مدار را تعیین کنید. درصد رگوالسیون ج- مقاومت 475 اهم را با مقاومتهای 225 اهم و یک کیلو اهم تعویض کنید و با اندازه گیری ولتاژهای خروجی در صد رگوالسیون مدار را بدست آورید. 14

16 آز ا ش 5 صافی های نبع تغذ ه - 1 مدار مقابل را ببندید. الف- شکل موج خروجی را با مقیاس رسم کنید و مقدار DC و پیک تا پیک )PEAK TO PEAK( و ولتاژ ضربان یا تضاریس )RIPPLE( را اندازه بگیرید. 220 V 12V 330uf - 470Ω ب- ضریب ضربان چقدر است ج- درصد رگوالسیون را حساب کنید. برای این کار ولتاژ بی باری و ولتاژ بار کامل) 470kΩ ( را اندازه بگیرید. د- شکل موج دو سر دیود را در حالت بی باری روی اسیلوسکوپ مشاهده و از روی آن ولتاژ اوج معکوس )PIV( دیود را مشخص کنید. 2- به جای خازن 330μf خازن 100μf را قرار دهید و شکل موج ولتاژ خروجی را با شکل موج مرحله اول مقایسه کنید. 3 -حال بجای صافی خازنی مرحله) 1 ( از صافیπ )مدار زیر( استفاده کنید و مراحل )1( را برای این مدار انجام دهید. 47Ω 220 V 12V 100uf - 100uf - 470Ω الف- مزایا و معایب این مدار را نسبت به مدار مرحله )1( ذکر کنید. 4- مدار زیر را ببندید و مقادیر مرحله) 1 و 2 ( را برای آن بدست آورید و با یکدیگر مقایسه کنید. 220 V 12V Ω 330uf -

17 س ال: منبع تغذیه طراحی کنید که با آن بتوان ولتاژهای DC مثبت و منفی تهیه نمود. پس از طراحی مدار را ببندید و آزمایش نمائید. ترانس 220V به 12V با فرکانس برق شهر 50Hz می خواهیم یک بار 1A با ضریب ریپل %3 را تغذیه کنیم. مطلوبست ظرفیت خازن مورد نیاز را بدست آورید

18 آز ا ش 6 نحنی شخصه های ترانز ست ر روش آز ا ش: 1- بوسیله اهم متر نوع و پایه های ترانزیستور داده شده را مشخص کنید. 2- مدار مقابل را ببندید و با ترسیم شکل موج دو سر بیس و امیتر و اندازه گیری) V( γ جنس ترانزیستور را مشخص کنید. 100Ω B C E BC107 V=2sin200πt رسم نحنی شخصه ورودی ترانز ست ر الف- مدار مقابل را ببندید. 10KΩ B C E 1KΩ BC107 V BB V CC I c = V Rc R c ب- با تغییر منبع ولتاژ V BB و اندازه گیری ولتاژ ( BE V( و ثابت نگه داشتن )4.5v V( CE = جدول زیر را کامل کنید. توجه داشته باشید که با هر تغییر ( BE V( مجددا) V( CE را از طریق ( CC V( تنطیم نمائید. 17

19 V CE = 4.5v VBE IB تذکر: برای اندازه گیری I B ولتاژ دو سر مقاومت 10KΩ را بر مقاومت آن تقسیم کنید. ج- روی کاغذ میلیمتری منحنی مشخصه ورودی ترانزیستور یعنی I B بر حسب V BE به ازای V CE ثابت را رسم کنید. نحنی شخصه خروجی الف- در مدار قبل با تغییر V CE و ثابت نگه داشتن V BE =.0 6v و اندازه گیری I C جدول زیر را تکمیل کنید. I c = V Rc R c V BE = 0. 6v VCE IC ب- به کمک جدول باال منحنی مشخصه خروجی ترانزیستور یعنی تغییرات رسم کنید. I C برحسب V CE به ازای V BE ثابت را روی یک کاغذ میلیمتری β dc ج- در نقطه کار 6v V BE = 0. و V CE = 5v یعنی نسبت را بدست آورید و α را محاسبه نمائید. I C I B د- در مدار آزمایش BE V را برابر 5.7 ولت تنظیم کنید با اندازه گیری ولتاژ کنید. و- ولتاژ V BE = 0v و V CE = 10v را تنظیم نمائید. با اندازه گیری V CE و جریان I C V CE و I C وضعیت ترانزیستور را از نظر نقطه کار مشخص وضعیت ترانزیستور را مشخص کنید. 18

20 رسم منحنی مشخصه خروجی ترانزیستور بوسیله اسیلوسکوپ مدار مقابل را ببندید. منحنی مشخصه های ترانزیستور را در حالت های 6v V BE = 0. 63v V BE = 0. 62v V BE = 0. 59v V BE = 0. با مقیاس رسم کنید 1KΩ B C E BC Ω CH-Y V BB V=4sin200πt CH-X 19

21 روش آز ا ش: آز ا ش 7 تق ت کننده ا یتر شترک با مشخص بودن مقادیر نقطه کار.V BE = 0. 65v, V CC = 10v, V CE = 5v, I C = 1mA -1 برای ترانزیستور BC107 مقادیر R C, R E, R 2, R 1 را محاسبه کنید. 2- مدار شکل آزمایش را پس از محاسبه عناصر مجهول آن سوار کنید. 3- اکنون با کمک اسیلوسکوپ دامنه ورودی V in با کمک رابطه A v = V out V in را با اندازه مناسب انتخاب کرده و موج خروجی را با اسیلوسکوپ بدست آورده و بهره ولتاژ را محاسبه کنید. )موج خروجی بدون اعوجاج باشد( A i = i out i in 4- اکنون الزم است که با اندازه گیری i out, i in و با استفاده از رابطه برای اندازه گیری سپس کنید( i in i in بهره جریان را بدست آورید. یک مقاومت یک کیلو اهمی را بطور سری با مدار ورودی )نقاط )A-B قرار داده مقدار افت ولتاژ آن را اندازه بگیرید را محاسبه کنید. برای اندازه گیری i out نیز تنها کافی است که ولتاژ خروجی را بر مقاومت R C بخش کنید چرا Z in = V in 5- با توجه به رابطه مقدار مقاومت ورودی را حساب کنید و با روش پتانسیومتر نیز مقاومت ورودی رابدست آورید. I in 6- امپدانس خروجی مدار را به روش پتانسیومتر پیدا کنید)پتانسیومتر را با خروجی موازی کنید و با تغییر آن ولتاژ خروجی را نصف 7- با استفاده از اسیلوسکوپ دو کاناله اختالف فاز ورودی و خروجی را بدست آورید. Z o VCC=10V Vs C1 I2 I1 R2 R1 B C E RC C2=1uf BC107 CE RE VOUT XCE=0.1RE VRE=0.1VCC F1=1KHZ I1=7IB B= مقاومت ورودی و خروجی و بهره مدار را به روش تئوری نیز بدست آورید. 20

22 آز ا ش 8 1- تق ت کننده بیس شترک الف- مداری با داده های آزمایش قبل که طرح شده است مطابق شکل زیر ببندید. ب- با اتصال ولتاژ ورودی با فرکانس 1KHz و دامنه مناسب مقاومت خروجی بهره جریان و بهره ولتاژ تقویت کننده بیس مشترک را بدست آورید. VCC=10V R2 RC 1uf VOUT B C BC107 E C2=1uf R1 10uf RE Vin 2 -تق ت کننده کلکت ر شترک الف- مدار باال را مطابق شکل زیر تغییر دهید. VCC=10V R2 RC 10uf Vs 1uf B C E BC107 C2=1uf VOUT R1 RE 21

23 ب- با اتصال ولتاژ ورودی با فرکانس 1KHz و دامنه مناسب مقاومت ورودی و خروجی بهره جریان و بهره ولتاژ تقویت کننده کلکتور مشترک را بدست آورید. 22

24 آز ا ش 9 رسم نحنی شخصه هایFET الف- رسم منحنی مشخصه خروجی I D = f(v GS ), FET ب- رسم منحنی مشخصه انتقالی I D = f(v GS ), FET انجام آزمایش: مدار زیر را ببندید و جداول آزمایش را بطور دقیق و کامل پر کرده با استفاده از کاغذ شطرنجی نمودارهای خروجی انتقالی را بطور کامل رسم نمائید. 100Ω G D S 2N3819 V GG با تغییر ولتاژ منبع V DD و مقادیر مختلف ولتاژ V GS مطابق جدول زیر I D را اندازه گیری نمائید و جدول را تکمیل کنید.) بعد از هر اندازه گیری چند لحظه منبع تغذیه را خاموش نمائید.( الزم به یادآوری است که طرح مدار سورس مشترک آزمایش شماره) 1 ( بستگی به دقت شما در رسم منحنی مشخصه( I D = f(v GS خواهد داشت. V GS V Ds

25 V GS I D (mv) 24