Univerzitet u Nišu Elektronski fakultet PRAKTIKUM ZA LABORATORIJSKE VEŽBE IZ PREDMETA POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE (IV semestar modul EKM) Aneta Prijić Miloš Marjanović
SPISAK VEŽBI 1. Ispravljačka diodna kola 2. Kola za odsecanje i postavljanje naponskog nivoa 3. BJT kao prekidač 4. BJT kao pojačavač 5. JFET kao izvor konstantne struje i pojačavač 6. MOS invertor
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe VEŽBA 1 Ispravljačka diodna kola UVODNE NAPOMENE Vežba prikazuje jednostrana i dvostrana ispravljačka kola bez i sa kapacitivnim filtrom. Analizira se uticaj vrednosti opterećenja i filtarskog kondenzatora na oblik izlaznog napona. Za rad je potrebno: Izvor naizmeničnih signala (signal generator ili generator impulsa) Diode opšte namene (1N4002) Grecov spoj u integrisanom kućištu Otpornici 1K, 10K, 100K Kondenzatori 1µF i 2,2µF Osciloskop Voltmetar Proto-pločica Žice i kablovi za povezivanje 1
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe Student: Broj indeksa: Datum: VEŽBA 1 Ispravljačka diodna kola Jednostrani ispravljač bez kapacitivnog filtra UPUTSTVO ZA RAD 1) Konstruisati ispravljačko kolo sa diodom kao na slici. 2) Postaviti izvor signala v IN tako da daje sinusni signal amplitude V p-p =8V (V A =4V) i frekvence f IN =100Hz sa ofsetom V IN =0V (v IN =V IN +v in =V A sin2πf IN t). 3) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ). 4) Uočiti razliku između ova dva signala i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. V/div: t/div: V A : V AOUT: f IN : f OUT : 2
Za koliko je amplituda napona na izlazu manja od amplitude ulaznog napona, odnosno za koliko je izlazni signal umanjen u odnosu na ulazni signal? V=V A -V AOUT =v IN -v OUT = Kolika je frekvenca izlaznog signala u odnosu na frekvencu ulaznog signala? f OUT = f IN Koliko je vreme neprovođenja diode? t= 5) Okrenuti polaritet diode. Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ) i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. V/div: t/div: V A : V AOUT: f IN : f OUT : 3
Jednostrani ispravljač sa kapacitivnim filtrom 1) Vratiti polaritet diode. 2) Paralelno otporniku R1 vezati kondenzator C1=1µF. 3) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ) i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. Uočiti razliku u obliku izlaznog signala u odnosu na ispravljač bez filtra. V/div: t/div: V A : V AOUT: f IN : f OUT : 4) Menjati vrednosti R1 i C1 prema vrednostima iz tabele i posmatrati šta se dešava sa izlaznim signalom. 5) Odrediti vremensku (RC) konstantu kola za svaku od kombinacija iz tabele kao i pad izlaznog napona tokom pražnjenja kondenzatora (V ripple ). R1(kΩ) 1 10 10 100 C1(µF) 1 1 2.2 2.2 RC konstanta Vripple (V) 4
Dvostrani ispravljač bez kapacitivnog filtra 1) Konstruisati dvostrano ispravljačko kolo (sa Grecovim spojem) kao na slici. (Obratiti pažnju na izvode integrisanog Grecovog spoja). 2) Postaviti izvor signala v IN tako da daje sinusni signal amplitude V p-p =8V (V A =4V) i frekvence f IN =100Hz sa ofsetom V IN =0V (v IN =V IN +v in =V A sin2πf IN t). 3) Posmatrati na osciloskopu napon na otporniku R1 (v R1 ). (Koristiti MATH funkciju osciloskopa koja oduzima 2 signala). 4) Skicirati njegov oblik na priloženom dijagramu. V/div: t/div: V A : V AR1: f IN : f R1 : Za koliko je amplituda napona na otporniku manja od amplitude ulaznog napona (V A =4V), odnosno za koliko je signal na potrošaču umanjen u odnosu na ulazni signal? V=V A -V AR1 =v IN -v R1 = 5
Kolika je frekvenca signala na otporniku R1 u odnosu na frekvencu ulaznog signala? f R1 = f IN Koliko je vreme neprovođenja dioda? t= Dvostrani ispravljač sa kapacitivnim filtrom 1) Paralelno otporniku R1 vezati kondenzator C1=1µF. 2) Posmatrati na osciloskopu napon na otporniku R1 (v R1 ) i skicirati njegov oblik na priloženom dijagramu. Uočiti razliku u obliku napona na otporniku R1 u odnosu na ispravljač bez filtra. V/div: t/div: V A : V AR1: f IN : f R1 : 6
3) Menjati vrednosti R1 i C1 prema vrednostima iz tabele i posmatrati šta se dešava sa signalom na otporniku R1. 4) Odrediti vremensku (RC) konstantu kola za svaku od kombinacija iz tabele kao i pad izlaznog napona tokom pražnjenja kondenzatora (V ripple ). R1(kΩ) 1 10 10 100 C1(µF) 1 1 2.2 2.2 RC konstanta Vripple (V) 5) Vratiti vrednosti otpornika i kondenzatora na R1=1 kω i C1=1µF. 6) Menjati frekvencu izvora prema vrednostima iz tabele i posmatrati šta se dešava sa signalom na otporniku R1. Odrediti Vripple za svaku od posmatranih frekvenci. f(hz) 100 500 1k 10k Vripple (V) 7) KRAJ 7
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe VEŽBA 2 Kola za odsecanje i postavljanje naponskog nivoa UVODNE NAPOMENE Vežba prikazuje rad kola za odsecanje naponskog nivoa klipere, kola za postavljanje naponskog nivoa klampere i kola za regulaciju napona sa Zenerovom diodom. Pri tome se razmatraju pozitivni (odsecaju pozitivni deo naponskog signala) i negativni (odsecaju negativni deo naponskog signala) kliperi u paralelnoj konfiguraciji. Pozitivni klamperi postavljaju naponski nivo signala na višu vrednost od ulazne a negativni klamperi postavljaju naponski nivo signala na nižu vrednost od ulazne. Kod kola za regulaciju napona sa Zenerovom diodom razmatraju se opsezi vrednosti otpornosti opterećenja i ulaznog izvora napajanja pri kojima kolo ispravno funkcioniše. Takođe vežba omogućava analizu kola za umnožavanje naponskog nivoa (udvostručavač, utrostručavač). Za rad je potrebno: Izvor naizmeničnih signala (signal generator ili generator impulsa) Izvor jednosmernog napona Diode opšte namene (1N400x) 3kom. Zenerova dioda (ZPD6.2) Otpornici 220Ω, 1KΩ, 100KΩ Dekadna kutija Kondenzatori 1µF 3kom, 10µF Osciloskop Voltmetri Proto-pločica Žice i kablovi za povezivanje 1
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe Student: Broj indeksa: Datum: VEŽBA 2 Kola za odsecanje i postavljanje naponskog nivoa UPUTSTVO ZA RAD Pozitivni kliperi 1) Konstruisati paralelno pozitivno klipersko kolo kao na slici. 2) Postaviti izvor signala v IN tako da daje sinusni signal amplitude V p-p =8V (V A =4V) i frekvence f IN =100Hz sa ofsetom V IN =0V (v IN =V IN +v in =V A sin2πf IN t). 3) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ). 4) Uočiti razliku između ova dva signala i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. V/div: t/div: v INmax : v OUTmax : v INmin : v OUTmin : v INp-p : v OUTp-p : T IN : T OUT : 2
Koje vrednosti napona ulaznog signala odseca ovo kolo? Kolika je frekvenca izlaznog signala u odnosu na frekvencu ulaznog signala? f OUT = f IN 5) U kolo klipera ubaciti DC izvor vrednosti 2V kao na slici. 6) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ) i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. V/div: t/div: v INmax : v OUTmax : v INmin : v OUTmin : v INp-p : v OUTp-p : T IN : T OUT : Koje vrednosti napona ulaznog signala odseca ovo kolo? Po čemu se ova vrednost razlikuje od vrednosti dobijene u tački 4)? 3
Negativni kliperi 1) Konstruisati paralelno negativno klipersko kolo kao na slici. 2) Postaviti izvor signala v IN tako da daje sinusni signal amplitude V p-p =8V (V A =4V) i frekvence f IN =100Hz sa ofsetom V IN =0V (v IN =V IN +v in =V A sin2πf IN t). 3) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ). 4) Uočiti razliku između ova dva signala i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. V/div: t/div: v INmax : v OUTmax : v INmin : v OUTmin : v INp-p : v OUTp-p : T IN : T OUT : Koje vrednosti napona ulaznog signala odseca ovo kolo? Kolika je frekvenca izlaznog signala u odnosu na frekvencu ulaznog signala? f OUT = f IN 5) U kolo klipera ubaciti DC izvor vrednosti 2V kao na slici 4
6) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ).i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. V/div: t/div: v INmax : v OUTmax : v INmin : v OUTmin : v INp-p : v OUTp-p : T IN : T OUT : Koje vrednosti napona ulaznog signala odseca ovo kolo? Po čemu se ova vrednost razlikuje od vrednosti dobijene u tački 4)? Pozitivni klamperi 1) Konstruisati pozitivno klampersko kolo kao na slici. 2) Postaviti izvor signala v IN tako da daje sinusni signal amplitude V p-p =8V (V A =4V) i frekvence f IN =100Hz sa ofsetom V IN =0V (v IN =V IN +v in =V A sin2πf IN t). 3) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ). 4) Uočiti razliku između ova dva signala i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. 5
V/div: t/div: v INmax : v OUTmax : v INmin : v OUTmin : v INp-p : v OUTp-p : T IN : T OUT : Za koju vrednost napona je izlazni signal pomeren u odnosu na ulazni signal? Kolika je RC konstanta ovog kola? Da li ona ispunjava uslov da je 5 puta veća od periode ulaznog signala? 5) Promeniti vrednost kondenzatora na 10µ. Zbog čega sada signali imaju lepši izgled? Negativni klamperi 1) Okrenuti polaritet diode i konstruisati negativno klampersko kolo kao na slici. 2) Postaviti izvor signala v IN tako da daje sinusni signal amplitude V p-p =8V (V A =4V) i frekvence f IN =100Hz sa ofsetom V IN =0V (v IN =V IN +v in =V A sin2πf IN t). 3) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (v IN ) i napon na izlazu kola (v OUT ). 4) Uočiti razliku između ova dva signala i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. 6
V/div: v INmax v INmin t/div: v OUTmax v OUTmin v INp-p v OUTp-p f IN : f OUT : Za koju vrednost napona je izlazni signal pomeren u odnosu na ulazni signal? Kolo za regulaciju napona sa Zenerovom diodom 1) Konstruisati kolo sa Zenerovom diodom 6V2 kao na slici. 2) Postaviti vrednost napona DC izvora na 0V i zatim lagano povećavati vrednost do 15V. 3) Pratiti vrednost izlaznog i ulaznog napona i popuniti vrednosti u priloženoj tabeli. VIN (V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 VOUT (V) Koja je minimalna vrednost ulaznog napona za koju ovo kolo radi kao regulator napona? 7
Ako je maksimalna snaga disipacije ove diode P max =225mW koliki je maksimalni napon koji sme da se dovede na ulaz a da dioda ne pregori? 4) Postaviti vrednost napona DC izvora V IN na fiksnu vrednost od 10V, a umesto otpornika R postaviti dekadnu kutiju. 5) Menjati vrednost otpornosti R i voltmetrom meriti vrednost izlaznog napona. Popuniti priloženu tabelu. R (KΩ) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 3 5 V OUT (V) Koja je minimalna vrednost otpornosti potrošača (R) za koju ovo kolo radi kao regulator napona? Množači napona 1) Konstruisati kolo množača napona kao na slici. 8
2) Postaviti izvor signala v IN tako da daje sinusni signal amplitude V p-p =8V (V A =4V) i frekvence f IN =100Hz sa ofsetom V IN =0V (v IN =V IN +v in =V A sin2πf IN t). 3) Na osciloskopu posmatrati: a. napon između - izvoda izvora i anode diode D2, (udvostručavač), b. napon između + izvoda izvora i anode diode D3, (utrostručavač) Koje su uočene vrednosti DC napona: a. udvostručavača b. utrostručavača 4) KRAJ 9
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe VEŽBA 3 BJT kao prekidač UVODNE NAPOMENE Vežba prikazuje rad bipolarnog tranzistora kao prekidača i invertora. Pokazuje se uticaj otpornosti u kolektoru i bazi tranzistora na prenosnu karakteristiku invertora odnosno na efikasnost prekidača. Vremena koja opisuju prekidačke karakteristike BJT-a su t d vreme kašnjenja signala (od prestanka ulaznog signala do dostizanja 10% vrednosti izlaznog signala). t r vreme porasta signala (od dostizanja 10% do dostizanja 90% vrednosti izlaznog signala). t s vreme skladištenja (od dolaska ulaznog signala do opadanja na 90% vrednosti izlaznog signala). t f vreme opadanja signala (od 90% do 10% vrednosti izlaznog signala). t ON vreme uključenja BJT-a. t OFF vreme isključenja BJT-a. Za rad je potrebno: Izvor naizmeničnih signala (signal generator ili generator impulsa) Izvor jednosmernog napona BJT opšte namene (2N3904) Otpornici 680Ω, 1KΩ, 3.3KΩ Dekadna kutija Osciloskop Voltmetar Proto-pločica Žice i kablovi za povezivanje 1
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe Student: Broj indeksa: Datum: VEŽBA 3 BJT kao prekidač UPUTSTVO ZA RAD BJT kao prekidač 1) Konstruisati prekidačko kolo sa BJT-om kao na slici. 2) Postaviti izvor signala V1 na vrednost od 4.5V, a izvor VIN menjati u opsegu od 0 do 5V prema vrednostima iz date tabele. Za svaku od vrednosti očitati na unimeru napon na izlazu kola (VOUT). VIN (V) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) 3) Skicirati dobijenu zavisnost izlaznog napona od vrednosti napona VIN. 2
Koja je minimalna vrednost ulaznog napona za koju BJT radi kao zatvoreni prekidač? VINmin= 4) Umesto otpornika R1 postaviti promenljivu otpornost (dekadnu kutiju). Menjati njegovu vrednost na osnovu liste: 100Ω, 300Ω, 500Ω, 1kΩ, 3kΩ i 5kΩ. Za svaku vrednost otpornosti menjati napon (VIN), očitati na unimeru napon na izlazu kola (VOUT) i popuniti priložene tabele. R1=100Ω, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) 3
R1=300Ω, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R1=500Ω, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R1=1kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R1=3kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R1=5kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) Skicirati dobijene zavisnosti izlaznog napona VOUT od vrednosti napona VIN za svaku vrednost otpornosti R1. Za koju najmanju vrednost otpornika R1 se može smatrati da kolo radi kao prekidač? R1min= 5) Umesto fiksirane vrednosti otpornika R2 postaviti promenljivu otpornost (dekadnu kutiju). Menjati njegovu vrednost na osnovu liste: 1kΩ, 3kΩ, 5kΩ, 10kΩ, 30k, 50k. Za svaku vrednost otpornosti menjati napon (VIN), očitati na unimeru napon na izlazu kola (VOUT) i popuniti priložene tabele. 4
R2=1kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R2=3kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R2=5kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R2=10kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R2=30kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) R2=50kΩ, VIN (V) 0 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 3.0 4.0 5.0 VOUT (V) Skicirati dobijene zavisnosti izlaznog napona od vrednosti napona VIN za svaku vrednost otpornosti R2. 5
Za koju najveću vrednost otpornika R2 se može smatrati da kolo radi kao prekidač? R2max= Vremenski odziv BJT-a kao prekidača 1) Postaviti signal generator na ulaz VIN i setovati tako da daje pravougaone impulsne signale amplitude 5V, frekvence f=10khz sa faktorom ispune signala 50%. 2) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (VIN) i napon na izlazu kola (VOUT). 3) Uočiti razliku između ova dva signala i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. 6
V/div: t/div: v INmax : v OUTmax : v INmin : v OUTmin : v INp-p : v OUTp-p : T IN : T OUT : 4) Odrediti vreme kašnjenja izlaznog signala t d, vreme porasta signala t r, vreme skladištenja naelektrisanja - t s i vreme opadanja signala t f. Na osnovu ovih vremena odrediti vreme uključenja - t ON i vreme isključenja - t OFF BJT-a. t d = t s = t r = t f = t ON = t OFF = 5) KRAJ 7
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe VEŽBA 4 BJT kao pojačavač UVODNE NAPOMENE Vežba prikazuje rad bipolarnog tranzistora kao pojačavača malih signala (AC signali koji se pojačavaju imaju znatno manju amplitudu od DC napona polarizacije tranzistora) u konfiguraciji sa zajedničkim emitorom. Ova konfiguracija se koristi kao naponski pojačavač. Primenjuje se u kolima kod kojih izvor signala ima malu otpornost i kada je opterećenje velika otpornost. Posmatra se zavisnost izlaznog signala od amplitude (postojanje izobličenja) i frekvence (smanjenje pojačanja) ulaznog signala. Razmatra se i uticaj otpornosti u emitoru tranzistora i vrednosti otpornosti opterećenja na naponsko pojačanje. Za rad je potrebno: Izvor naizmeničnih signala (signal generator ili generator impulsa) Izvor jednosmernog napona BJT opšte namene (2N3904) Otpornici 4.7KΩ, 47KΩ, 10KΩ Potenciometar 1KΩ Dekadna kutija Kondenzatori 1µF, 100µF Osciloskop Voltmetar Proto-pločica Žice i kablovi za povezivanje 1
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe Student: Broj indeksa: Datum: VEŽBA 4 BJT kao pojačavač UPUTSTVO ZA RAD Radna tačka i naponsko pojačanje pojačavača 1) Konstruisati pojačavačko kolo sa BJT-om kao na slici. 2) Postaviti promenljivu otpornost R5 na vrednost na polovini potenciometra od 1kΩ (na 500Ω). 3) Postaviti signal generator na ulaz V_in i setovati tako da daje signale sinusnog oblika amplitude V p-p =200mV (V A =100mV) i frekvence f IN =1kHz. 4) Očitati pomoću unimera napon na bazi, emitoru i kolektoru tranzistora (radna tačka). V C = V B = V E = 2
5) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (V_in) i napon na izlazu kola (V_out). 6) Uočiti razliku između ova dva signala i skicirati njihove oblike na priloženom dijagramu. Na osnovu prikaza ulaznog napona (V_in) i izlaznog napona (V_out) odrediti naponsko pojačanje pojačavača. v in(p-p) = v out(p-p) = A v = V/div(IN): V/div(OUT): v INmax : v OUTmax : v INmin : v OUTmin : v INp-p : v OUTp-p : Uticaj amplitude i frekvence ulaznog signala na karakteristike pojačavača 1) Menjati amplitudu ulaznog signala na osnovu vrednosti iz tabele, za svaku očitati amplitudu izlaznog signala i odrediti naponsko pojačanje. v in(p-p) (mv) 200 400 600 800 1000 1200 v out(p-p) (V) A v Za koju najmanju vrednost amplitude ulaznog signala se uočava izobličenje izlaznog signala zbog ulaska tranzistora u zasićenje, a za koju istovremeno i izobličenje zbog zakočenja tranzistora? v in1 = v in2 = 2) Postaviti amplitudu ulaznog signala na V p-p =200mV, a menjati njegovu frekvencu na osnovu vrednosti iz tabele. Za svaku vrednost očitati amplitudu izlaznog signala i odrediti naponsko pojačanje. f in (Hz) 1k 10k 100k 1M 2M 5M 10M v out(p-p) (V) A v Do koje frekvence se ne uočava smanjenje naponskog pojačanja ovog kola? f inmax = 3
Uticaj otpornosti u emitoru tranzistora i otpornosti opterećenja na karakteristike pojačavača 1) Postaviti signal generator tako da daje signale sinusnog oblika amplitude V p-p =200mV i frekvence f IN =1kHz. 2) Menjati položaj obrtnog potenciometra tako da deo koji odgovara otpornosti R5 ima vrednosti iz tabele. Za svaku vrednost očitati amplitudu izlaznog signala i odrediti naponsko pojačanje. R5(Ω) 100 200 300 400 500 700 900 v out(p-p) (V) A v Kako se menja pojačanje pojačavača sa promenom vrednosti dela otpornika koji nije premošćen by-pass kondenzatorom (otpornik R5)? 3) Postaviti vrednost R5 na 500 Ω. Na izlaz pojačavača V_out postaviti dekadnu kutiju kao otpornost opterećenja čiju vrednost menjati na osnovu tabele. Za svaku vrednost očitati amplitudu izlaznog signala i odrediti naponsko pojačanje. R L (Ω) 1k 2k 5k 10k 50k 100k 200k 500k 1Meg v out(p-p) (V) A v Kako se menja pojačanje pojačavača sa promenom vrednosti opterećenja? 4) KRAJ 4
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe VEŽBA 5 JFET kao izvor konstantne struje i pojačavač UVODNE NAPOMENE U vežbi se analiziraju prenosne karakteristike n-kanalnog JFET-a i odredjuju vrednosti njegovog napona isključenja i maksimalne struje. Vežba takođe prikazuje rad n-kanalnog JFET tranzistora kao izvora konstantne struje sa automatskim napajanjem i pojačavača malih signala u konfiguraciji sa zajedničkim drejnom (sors folover). Za rad je potrebno: Izvor naizmeničnih signala (signal generator ili generator impulsa) 2 izvora jednosmernog napona (kontrolisani izvor i ispravljač sa promenljivim izlazom) JFET opšte namene (BS245C) Otpornici 1MΩ, 2.2KΩ Obrtni potenciometar 1K Kondenzatori 1µF, 2.2µF Dekadna kutija Osciloskop Unimer Proto-pločica Žice i kablovi za povezivanje 1
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorisjke vežbe Student: Broj indeksa: Datum: VEŽBA 5 JFET kao izvor konstantne struje i pojačavač UPUTSTVO ZA RAD Prenosne karakteristike n-kanalnog JFET-a 1) Konstruisati kolo sa JFET-om kao na slici. 2) Multimetar postaviti u kolo tako da meri struju drejna. Postaviti vrednost napona V1 na 12V, a vrednost napona V2 menjati prema vrednostima iz tabele. Za svaku od vrednosti očitati na unimeru vrednost struje kroz drejn JFET-a i popuniti tabelu. V2 (V) 0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0 ID (ma) V2 (V) -4.5-5.0-5.5-6 -6.5-7 ID (ma) 2
3) Na osnovu vrednosti iz tabele nacrtati zavisnosti struje drejna od napona na gejtu za datu vrednosti napona na drejnu. (Prenosna karakteristika JFET-a). Odrediti vrednost napona V GS za koju se tranzistor isključuje i vrednost struje I DSS. V GS(OFF) = I DSS = JFET kao izvor konstantne struje 1) Konstruisati kolo izvora konstantne struje sa JFET-om kao na slici, gde je otpornost RS dekadna kutija, a RD promenljivi potenciometar opsega 1kΩ. Multimetar postaviti u kolo tako da meri struju drejna. 2) Otpornost RS postaviti na vrednost 300Ω. Okretanjem šrafa na potenciometru menjati otpornost RD i posmatrati vrednost struje drejna pri ovim promenama. Da li struja ima konstantnu ili promenljivu vrednost? Kolika je ta vrednost? 3
I D = 3) Ponoviti postupak za vrednosti RS iz liste 500Ω, 1kΩ, 2kΩ, 5kΩ i popuniti priloženu tabelu. RS (Ω) 300 500 1k 2k 5k I D (ma) JFET kao pojačavač sa zajedničkim drejnom (Source-Follower) 1) Konstruisati kolo sors folovera sa JFET-om kao na slici. 2) Postaviti na ulaz kola generator impulsa tako da daje sinusni signal sa ofsetom 0V, amplitude V pp =200mV i frekvence f=10khz. Kao otpornost RS postaviti dekadnu kutiju i na njoj menjati otpornost prema vrednostima iz liste 330Ω, 1kΩ, 5kΩ, 10kΩ, 50k. Posmatrati na osciloskopu vrednost napona Vout. 3) Za svaku od vrednosti otpornosti RS iz liste odrediti amplitudu izlaznog signala i vrednost naponskog pojačanja prema tabeli: RS (Ω) 330 1k 5k 10k 50k v out(pp) (mv) Av Koja je najmanja vrednost otpornosti RS iz liste za koju kolo radi kao sors folover (naponsko pojačanje blisko 1)? RS min = 4) KRAJ 4
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe VEŽBA 6 MOS invertor UVODNE NAPOMENE Vežba prikazuje rad MOS tranzistora kao invertora. Osnovnu konfiguraciju predstavlja NMOS invertor sa pasivnim opterećenjem (otpornikom). Najefikasnija konfiguracija je CMOS (Complementary MOS) invertor koji predstavlja elementarno kolo u digitalnim sistemima. Sastoji se od uparenih NMOS i PMOS tranzistora na čije se izvode gejta dovodi ulazni signal dok se izlazni signal uzima sa izvoda drejna tranzistora. Prenosna karakteristika MOS invertora je data na slici sa označenim naponskim nivoima važnim za njegovo pravilno funkcionisanje. Stanje niskog naponskog nivoa do vrednosti V L se smatra stanjem logičke 0, dok se stanje visokog naponskog nivoa iznad vrednosti V H smatra stanjem logičke 1. Između ovih vrednosti je nedefinisano stanje odnosno prelazni režim invertora. U idealnom slučaju V OH =V DD i V OL =0V. Margine šuma: NM H =V OH -V IH NM L =V IL -V OL U vremenskom domenu kašnjenje izlaznog signala u odnosu na ulazni signal je definisano kao na slici: t phl kašnjenje izlaznog signala pri prelazu iz stanja visokog naponskog nivoa (logičke 1) u stanje niskog naponskog nivoa (logičke 0). t plh kašnjenje izlaznog signala pri prelazu iz stanja niskog naponskog nivoa (logičke 0) u stanje visokog naponskog nivoa (logičke 1). Za rad je potrebno: Izvor naizmeničnih signala (signal generator ili generator impulsa), izvori jednosmernog napona, NMOSFET (BS170) i PMOSFET (BS250), otpornici 100Ω, 500Ω, 1KΩ, 10KΩ ili dekadna kutija, osciloskop, voltmetar, proto-pločica, žice i kablovi za povezivanje 1
POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE Laboratorijske vežbe Student: Broj indeksa: Datum: VEŽBA 6 MOS invertor UPUTSTVO ZA RAD NMOS invertor sa pasivnim opterećenjem 1) Konstruisati kolo NMOS invertora kao na slici. 2) Za vrednost otpornosti R1 postaviti promenljivu otpornost (dekadnu kutiju). Menjati njegovu vrednost na osnovu liste: 100Ω, 500Ω, 1kΩ, 10kΩ. Za svaku vrednost otpornosti menjati ulazni napon (VIN), očitati na unimeru napon na izlazu kola (VOUT) i popuniti priložene tabele. R1=100Ω, VIN (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.5 4 4.5 5 VOUT (V) 2
R1=500Ω VIN (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.5 4 4.5 5 VOUT (V) R1=1kΩ VIN (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.5 4 4.5 5 VOUT (V) R1=10kΩ VIN (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.5 4 4.5 5 VOUT (V) 3) Na istom grafiku skicirati dobijene zavisnosti izlaznog napona VOUT od vrednosti napona VIN za svaku vrednost otpornosti R1 (prenosne karakteristike invertora). Za koju najmanju vrednost otpornika R1 iz liste se može smatrati da kolo radi kao invertor? R1min=. Odrediti margine šuma ovog NMOS invertora za R1=10kΩ. V IL = V IH = V OL = V OH = NM L = NM H = 3
CMOS invertor 1) Umesto otpornika R1 postaviti PMOS tranzistor tako da se formira kolo CMOS invertora kao na slici. 2) Menjati ulazni napon (VIN), očitati na unimeru napon na izlazu kola (VOUT) i popuniti priloženu tabelu. VIN (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.5 4 4.5 5 VOUT (V) 3) Skicirati dobijenu zavisnost izlaznog napona od vrednosti napona VIN (prenosna karakteristika invertora) Odrediti margine šuma ovog CMOS invertora. V IL = V IH = V OL = V OH = NM L = NM H = 4
Vremenski odziv CMOS invertora 1) Postaviti signal generator na ulaz VIN i setovati tako da daje pravougaone impulsne signale amplitude 5V, frekvence f=50khz sa faktorom ispune signala 50%. 2) Posmatrati na osciloskopu napon na ulazu (VIN) i napon na izlazu kola (VOUT). 3) Uočiti razliku između ova dva signala. 4) Odrediti t phl kašnjenje izlaznog signala pri prelazu iz logičke 1 u logičku 0 i t plh kašnjenje izlaznog signala pri prelazu iz logičke 0 u logičku 1. t phl = t plh = 5) KRAJ 5