ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET U BEOGRADU ODSEK ZA ELEKTRONIKU Radioje Đurić Milan Ponjaić OSNOI ELEKTRONIKE PRIRUČNIK ZA LABORATORIJSKE EŽBE JEP 78- Beograd, 5.
SADRŽAJ. UODNA LABORATORIJSKA EŽBA. ISPITIANJE KARAKTERISTIKA DIODE 5 3. STATIČKE KARAKTERISTIKE BIPOLARNOG TRANZISTORA 3 4. OSNONE POJAČAAČKE SPREGE SA BIPOLARNIM TRANZISTOROM 5. STATIČKE KARAKTERISTIKE MOS TRANZISTORA I STEPEN SA ZAJEDNIČKIM SORSOM 3 6. DIFERENIJALNI POJAČAAČ 4 7. IŠESTEPENI POJAČAAČI 47 8. ELEKTRIČNE KARAKTERISTIKE KORIŠĆENIH POLUPROODNIČKIH KOMPONENTI 56 9. LITERATURA 6
UOD Sadržaj laboratorijskih ežbi iz Osnoa elektronike usklađen je sa nastanim planom i programom iz istoimenog predmeta na Odseku za elektroniku. ežbe su prediđene da pruže praktično obrazoanje iz gradia pokrienog oim predmetom. Izođenjem ežbi studenti proeraaju stečena teorijska znanja, i stiču početna praktična znanja o elektronskim komponentama, instrumentima i opremi u modernoj elektronskoj laboratoriji. ežbe su koncipirane tako, da se u prom delu rezimiraju neophodna teorijskih znanja za izradu ežbi, a potom dolaze eksperimenti na maketama i na kraju PSPIE simulacija. Uodna laboratorijska ežba služi da se kandidati upoznaju sa postupkom rada u laboratoriji, prailima ezanim za bezbednost ljudi i opreme, instrumentima i komponentama. Laboratorijske ežbe su tematski ezane za osnone poluproodničke komponente: diodu, bipolarni tranzistor i MOSFET. Pra ežba bai se ispitianjem karakteristika poluproodničkih dioda, statičkih i dinamičkih karakteristika. U drugoj ežbi se određuju statičke karakteristike bipolarnog tranzistora. U trećoj ežbi se obrađuju osnone pojačaačke sprege sa bipolarnim tranzistorom. Četrta ežba se bai određianjem statičkih karakteristika MOS tranzistora. U njoj se obrađuje i stepen sa zajedničkim sorsom. Peta ežba ima za temu diferencijalni pojačaač. U njoj se određuju parametri diferencijalnog pojačaača sa bipolarnim tranzistorima. Šesta ežba pruža mogućnost eksperimentalnog rada sa išestepenim pojačaačima. U njoj su obrađena da dostepena pojačaača. Pri dostepeni pojačaač ima ulazni stepen u spoju sa zajedničkim emitorom, a izlazni u spoju sa zajedničkim kolektorom. Drugi dostepeni pojačaač ima ulazni stepen sa zajedničkim drejnom i izlazni stepen sa zajedničkim emitorom. ežbe se izode u paroima, sa ciljem da se kod studenata razija timski rad u rešaanju praktičnih problema. Saki student je dužan da pre dolaska u laboratoriju prouči ežbe i uputsta za opremu. Osim uodne, se ostale ežbe se izode na maketama. Priključianje izora za napajanje, generatora, unierzalnih mernih instrumenata i osciloskopa obalja se prema ma na maketi i uputstima za ežbu. Aktiiranje (deaktiiranje) pojedinih deloa makete obalja se pomoću kratkospojnika. Izdaanje oog priručnika je finansirano korišćenjem sredstaa Tempus projekta JEP 78-. Priručnik je urađen prema koncepciji koju su autori razradili zajedno sa predmetnim nastanikom i recezentom prof. dr Draganom asiljeićem. Sugestije i primedbe pažljiih čitalaca će biti primljene sa zahalnošću. U Beogradu 4.. 5. Autori
. PONAŠANJE U LABORATORIJI Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike UODNA LABORATORIJSKA EŽBA.. Opšte preporuke u ezi ponašanja u laboratoriji: a) izbegaati šetanje između stoloa u toku ežbe, zbog smanjenja nepotrebne guže; b) konzumiranje hrane u laboratoriji nije dozoljeno; c) ne razgoarati i komentarisati preglasno. d) oblačiti se prikladno za laboratorijske ežbe da deloi odeće ne bi upadali u instrumente i makete; e) mobilne telefone držati isključene... Opšte preporuke u ezi rada u laboratoriji: a) pažljio odabrati instrumente s obzirom na rstu i opseg merenja; b) instrumente postaiti stabilno i poezati sigurnim spojeima; c) proeriti spojee kao i merna područja, pre poezianja na maketu; d) saku zapaženu neispranost smesta jaiti dežurnom u laboratoriji, zbog uođenja u laboratorijsku knjigu. Strogo je zabranjeno: a) skidanje, premeštanje ili obaljanje bilo kakih drugih promena na maketama, ma i upozorenjima koje su drugi postaili, bez dozole ili prisusta dežurnog u laboratoriji; b) poršan, nepažlji i neodgooran rad kod merenja; c) namerno, neodgoorno, nepažljio ili lakoumno oštećenje uređaja, instrumenata ili predmeta u laboratoriji; d) namerno skrianje ili neprijaljianje nastalih šteta i primećenih neispranosti; e) spajanje, prespajanje, premeštanje instrumenata sa drugih stoloa; f) skidanje sondi sa osciloskopa i signal generatora; g) podešaanje preklopnika za slabljenje signala na sondama osciloskopa. Nepridržaanje oih praila, u zaisnosti od nastale štete i stepena prestupa, polači kao konsekencu udaljenje sa ežbe, diskalifikaciju sa kompletnih ežbi i, u krajnjem slučaju, prijau disciplinskoj komisiji..4. Studenti su olašćeni da uključe instrumente i napajanja tek po direktnom odobrenju dežurnog, uz pridržaanje dobijenih pismenih i usmenih uputstaa. Ukoliko na maketi postoji iše nezaisnih kola na koja se napajanje posebno doodi, priključenje napajanja na sako kolo posebno zahtea odobrenje dežurnog.. PRAILA O BEZBEDNOSTI LJUDI I OPREME.. Strujni udar nastaje najčešće dodirianjem proodnih predmeta poezanih na napon jane mreže, što nastaje kao posledica slučajnog kara instrumenta, nepažljiog rukoanja opremom i instrumentima i nepridržaanja praila o bezbednosti. a) Šuko utikači instrumenata i šuko utičnice na razodnoj kutiji, najčešća su mesta gde se zbog nepažljiog postupanja može dožieti strujni udar. Ukoliko je uz dozolu dežurnog u laboratoriji potrebno uključiati ili isključiati mrežno napajanje, raditi to uz maksimalne mere opreza. Ogoljene priključke na šuko utikačima i utičnicama NIKAKO ne dirati rukama. b) Instrumenti poezani na napon mreže su osciloskop, generator signala i izor za napajanje. U slučaju kara metalni neizoloani deloi instrumenata mogu se naći na potencijalu od. Zbog toga treba izbegaati dodirianje golim rukama metalnih neizoloanih deloa instrumenata sa njihoe zadnje strane... Mehaničke porede a) Porede alatom ili laboratorijskim priborom. Ukoliko se koristi alat (pinceta, šrafciger, klešta) potrebno ih je koristiti sa razumnim oprezom, jer može doći do posekotina, ogrebotina, oštećenja instrumenata, laboratorijskog materijala ili odeće. Isto aži i za sonde osciloskopa i instrumenata, šestare, lenjire i tehničke oloke. b) Porede usled pada ili udara. Nastaju kao posledica šetanja kroz laboratoriju u toku ežbi i postojanja mehaničkih prepreka (torbe, jakne, pomerene stolice) ili nepažljiog ponašanja (sedenje na iici stolice, ljuljanje na stolici itd.). Da bi se take porede smanjile na najmanju moguću meru, potrebno je jakne i torbe odložiti na unapred određeno mesto, stolice složiti nakon zaršetka ežbi, a tokom ežbi se ponašati skoncentrisano i profesionalno. Saku ozbiljniju poredu treba prijaiti dežurnom radi eidencije, a zatim se uputiti u studentsku polikliniku radi saniranja porede. Naplata osiguranja nije moguća bez lekarskog uerenja. Praa u ezi naplate osiguranja regulisati u studentskoj službi. 3. UPOZNAANJE SA LABORATORIJSKOM OPREMOM 3. Izor za napajanje. Izor za napajanje sadrži tri podesie baterije. Koristi se za obezbeđenje jednosmernog napajanja električnih kola koja su predmet ispitianja u ežbama. Si izlazni priključci izora su galanski odojeni od jane mreže. Trenutno podešena rednost izlaznog napona sake baterije kao i izlazna struja, mogu se ideti na displeju izora. 3. Generator signala. Njegoa uloga je generisanje pobudnih signala za kola koja se mere. Ima podesiu izlaznu otpornost, a izlaz mu je galanski odojen od jane mreže. Posebno je potrebno obratiti pažnju na izlaznu otpornost jer ona može prouzrokoati sistemske greške u merenjima. Može da generiše različite talasne oblike, sa podesiom amplitudom, učestanošću i srednjom rednošću. Detaljnije informacije o radu generatora, mogu se naći na www.agilent.com/find/33a. 3.3 Osciloskop. Namenjen je za posmatranje signala u remenskom domenu kao i za posmatranje funkcionalnih zaisnosti između da signala. Ulazne sonde osciloskopa su preko mase spojene za uzemljenje jane mreže. Ukoliko se koriste obe mase na sondama, oditi strogo računa da se uek poežu na tačke istog potencijala u kolu da se preko njih ne bi ostario neželjeni kratak spoj. Pošto se tačka poezianja masa kratko spaja sa uzemljenjem jane mreže, oditi računa da se tačka poezianja masa nekim drugim putem ne poeže na potencijal koji može biti različit u odnosu na potencijal uzemljenja jane mreže. Sonde osciloskopa mogu imati preklopnik za podešaanje slabljenja signala : ili :. Potrebno je uskladiti slabljenje podešeno na sondi sa prikazianjem na osciloskopu isključio podešaanjem osciloskopa! Preklopnik na sondama ne pomerati bez prethodne konsultacije sa dežurnim nastanikom. Detaljnije informacije o radu osciloskopa, mogu se naći na http://www.tektronix.com. 3.4 AO-metar. AO-metar je unierzalni instrument, baterijski napajan, gde se konfiguracijom priključaka i odgoarajućih kontrola ostaruje funkcija oltmetra, ampremetra i ommetra. Instrument ne sme da se konfiguriše u režim ampermetra, a da se u kolo poeže kao oltmetar jer to doodi do kratkog spajanja tačaka različitog potencijala. 3.5 P računar. Namenjen je za računarsku simulaciju električnih kola korišćenjem studentske erzije programa SPIE. Kratko uputsto za rad sa opremom i korišćenje PSPIE-a može se naći na site-u Odseka za elektroniku http://tnt.etf.bg.ac.yu.
4. ZADATAK Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 3. Pritiskom na prekidač sa oznakom Power uključiti izor za napajanje. Podesiti rednost napona na izlazima izora jednosmernog napona na rednosti i u odnosu na zajedničku masu (OM).. Konfigurisati AO-metar u režim merenja napona (priključci OM i ). Korišćenjem oltmetra, merenjem napona na izlaznim priključcima izora za napajanje erifikoati podešene rednosti napona na izlazu izora za napajanje. Izmerene rednosti napona su: = [] i = []. 3. Isključiti izor za napajanje. I R 4. Podesiti AO-metar u režim merenja struje (priključci OM i A). Potom poezati izor za A R ampermetar u kolo prema slici. napajanje kω 5. Uključiti izor za napajanje i na ampermetru očitati rednost struje Slika Poezianje ampermetra u kolo za merenje struje. I =. R 6. Isključiti izor za napajanje, a potom i unierzalni AO-metar. 7. Uključiti generator signala i proeriti da li na displeju generatora piše Output Off (taster Output ne treba da setli). Oo znači da je napon generisan u generatoru signala odojen od njegoih izlaznih priključaka. Ukoliko oo nije slučaj aktiirati taster Output. 8. Koristeći tastere kojim se pokreću opcije Freq, Ampl i Offset podesiti prostoperiodični napon na izlazu generatora signala na rednost G () sin ( π ) t = t. 9. Uključiti osciloskop i podesiti ga u režim za prikazianje remenskih dijagrama (pritiskom na taster Display, a potom sa FORMAT merenja podesiti na YT). Pri kanal osciloskopa (H) podesiti za D merenja (pritiskom na taster H MENU podesiti da je opcija oupling podešena na D). Preklopnicima za podelu po naponskoj i remenskoj osi podesiti da su naponska i remenska podela,5/di i μs/di, respektino.. Poezati pri kanal osciloskopa tako da meri napon na izlazu generatora signala. Potom sa Output spojiti napon iz generatora signala na ulaz osciloskopa i izmeriti amplitudu i periodu oog napona m = ; T =. Ukoliko grafik na displeju osciloskopa ne miruje pokrenuti opcije za sinhronizaciju osciloskopa. Aktiiranjem tastera TRIG MENU podesiti Source na H, a potom aktiirati i taster SET To 5%. Merenje amplitude i perioda obalja se pritiskom na taster Measure, a potom podesiti da se na kanalu H prikazuje merenje razlike maksimalne i minimalne rednosti napona (Type Pk-Pk). Amplituda merenog napona jednaka je poloini oe rednosti. Sa Back se ratiti u meni za podešaanje i podesiti još jedno merenje na kanalu H, merenje perioda ulaznog napona (Type Period). Na displeju osciloskopa treba da se pojae obe merene rednosti. Radi ispranog merenja poećati podelu po remenskoj osi na μs/di.. Podesiti signal generator da generiše napon pri neprilagođenom potrošaču ZOUT. Oo se podešaa redoslednim pokretanjem sledećih opcija na signal generatoru: Utility, Output Setup High Z i Done. Uočiti promenu amplitude napona na osciloskopu i objasniti razlog.. Podesiti prostoperiodični napon na izlazu generatora signala na rednost t = sin π t. G () ( ) 4 3. Na osciloskopu izmeriti amplitudu, srednju rednost (Type Mean) i period napona iz prethodne tačke. m = ; G = ; T =. 4. Pritiskom na taster Output odojiti generator od kola, a zatim podesiti da generator signala H osciloskop GND nf prostoperiodični napon na njegoom izlazu R ima nultu srednju rednost, amplitudu i kω učestanost khz. 5. Poezati kolo prema šemi sa slike. Pritiskom na taster Output doesti napon iz generatora signala u kolo. Merenjem kašnjenja signala od ulaza do izlaza Δ t može se odrediti fazni pomeraj ϕ = π fδ t = [ ]. H Slika Kolo za merenje faznog pomeraja. generator signala H osciloskop GND H X Kašnjenje je najlakše izmeriti merenjem razlike remena prolazaka kroz nulu (bilo uzlaznog, bilo silaznog) signala na oba kanala osciloskopa. oditi računa o znaku faznog pomeraja. 6. Pritiskom na taster Output odojiti generator od kola, a zatim ga podesiti da generiše prostoperiodični napon nulte srednje rednosti, amplitude 4 i učestanosti khz. 7. Poezati kolo prema šemi sa slike 3. Pritiskom na taster Output doesti napon iz signal generatora na ulaz kola. 8. Na osciloskopu podesiti da naponska pokazianja na oba kanala budu /di, a remensku podelu podesiti na us/di. 9. Potom osciloskop prebaciti u režim za snimanje prenosnih karakteristika (zaisnost napona na kanalu H u funkciji napona na kanalu H). Oo se postiže pritiskom na taster Display, a potom sa FORMAT merenja podesiti na XY.. Dobijeni dijagram ucrtati na grafik prikazan na slici 4. Y /di = R kω Slika 3. Kolo za snimanje prenosne karakteristike. X Y R kω /di = Slika 4 Eksperimentalno određena prenosna karakteristika kola sa slike 3.
.TEORIJSKA OSNOA Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 5 EŽBA ISPITIANJE KARAKTERISTIKA DIODE U oblasti rada diode izan proboja, strujno-naponska statička karakteristika diode, prema referentnim smeroima na slici., je: gde je: i D D ( π ) D S D / T ( ) I = I e, Dp D IS -inerzna struja zasićenja I n S = qni A. N d L p N a L n -5 Kod dioda za male snage oa struja je reda A termički napon T = kt / q= 5,7 m@3 K Otpornost diode za male signale u okolini mirne radne tačke Q je: Slika. Pozitini smeroi za strujno-naponsku karakteristiku. rd = did / d. D Q Na osnou strujno-naponske karakteristike diode je: did d ( / ) ( DQ / D I T T ) IDQ IS = ( I ( S S e )) = e =, dd d Q D Q T T odakle se dobija dinamička otpornost diode u okolini zadate mirne radne tačke: r T d = =. did / dd I Q DQ IS Kada je I DQ >> IS dinamička otpornost diode je: rd T / IDQ. Dinamička otpornost diode se meri u kolu prikazanom na slici.. Radna tačka diode postalja se izborom struje strujnog izora I DQ. Na ulaz kola doodi se prostoperiodični napon g = m sin ft. Prema slici.3 amplituda promenljie komponente napona na diodi je: r d dm = m, dm DQ. rd R Na osnou oe rednosti i amplitude napona pobudnog generatora određuje se otpornost diode za male signale u okolini zadate mirne radne tačke: r dm d = R = R / g R D Slika. Kolo za merenje dinamičke otpornosti diode. ( ) m dm m dm I DQ D g R r d d Slika.3 Ekialentna šema za male signale kola sa slike.. 6. OPIS EŽBE.. Određianje statičke karakteristike diode Za snimanje statičke karakteristike diode I I ( ) = koriste se šeme prikazane na slici.4 i D D D.5 za merenja tačku po tačku i šema na slici.6 za snimanje statičke karakteristike pomoću osciloskopa. Šema sa slike.4 koristi se pri direktnoj polarizaciji diode, dok se šema sa slike.5 koristi pri inerznoj polarizaciji. Merni instrumenti su postaljeni tako da sojim unutrašnjim otpornostima najmanje utiču na grešku merenja. Kolo se napaja iz jedne baterije za napajanje B =, koju treba priključiti na maketu. Merenje napona i struje obalja se unierzalnim AO-metrom. I R D R I D A A 5Ω 5Ω B R D D B R D kω D kω Slika.4 Kolo za snimanje statičke karakteristike diode ID = f ( D ) u prom kadrantu. Na slici.6 prikazana je šema koja se koristi za snimanje statičke karakteristike diode pomoću osciloskopa. Prim kanalom osciloskopa meri se napon na diodi H, dok se na drugi kanal doodi napon na otpornosti R 3, koji je proporcionalan negatinoj rednosti struje diode H = R3iD. Da bi se dobio prai podatak o struji, na drugom kanalu osciloskopa treba uključiti opciju za inertoanje napona. Postaljajući osciloskop za XY merenja (zaisnost napona na jednom kanalu od napona na drugom kanalu), na ekranu osciloskopa će se prikazati strujno-naponska karakteristika diode. eličina struje diode dobija se na osnou poznate otpornosti R 3 i izmerenog napona. g R 3 5Ω D Osciloskop H H ( in) Slika.6 Kolo za snimanje statičke karakteristike diode pomoću osciloskopa... Određianje dinamičke otpornosti diode Slika.5 Kolo za snimanje statičke karakteristike diode ID = f ( D ) u trećem kadrantu. Određianje zaisnosti dinamičke otpornosti diode u funkciji struje direktne polarizacije obalja se prema šemi eza sa slike.7. Na ulaz kola se doode jednosmerni izor čiji je napon B = i prostoperiodični napon amplitude gm = m i učestanosti f = khz sa signal generatora. Pomoću potenciometra R 4 podešaa se željena struja diode u mirnoj radnoj tački koja se očitaa pomoću ampermetra. Otpornik R 5 određuje maksimalnu rednost struje ispitne diode. Na osciloskopu se očitaa amplituda promenljie komponente napona na diodi. XY H
B g Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 7 R 5 R 4 kω kω A R g 47μF 5Ω D Pribor, instrumenti i materijal maketa DIODA jednosmerni izor za napajanje od signal generator da unierzalna AO-metra osciloskop P sa instaliranim PSPIE programom. 3. ZADATAK I D Osciloskop. Na maketu priključiti jednosmerni izor za napajanje B = i signal generator. Ampermetar i oltmetar priključiti u kolo za merenje statičkih karakteristika diode tačku po tačku.. Dioda čija se strujno-naponska karakteristika određuje je Šotki dioda sa oznakom D (N589). Na maketi na prekidaču SW postaiti kratkospojnike tako da su spojeni priključci 3 i 4, odnosno i. Oim se postiže direktna polarizacija ispitne diode D. 3. Na maketi na prekidaču SW postaiti kratkospojnik tako da su spojeni priključci i 3. Oim se postiže raspored mernih instrumenata kao na slici.4. 4. Uključiti izor za napajanje. 5. Promenom položaja potenciometra R snimiti zaisnost struje diode u funkciji napona na diodi. Rezultate uneti u sledeću tabelu D [ m] 5 8 4 5 6 7 8 9 I D [ ma] D [ m] 5 5 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 I D [ ma] Slika.7 Kolo za merenje dinamičke otpornosti diode. 6. Na osnou rezultata iz tabele ucrtati strujno-naponsku karakteristiku diode na grafik prikazan na slici.8. 8 5 4 3 9 8 7 6 5 4 3 9 8 7 6 5 4 3 I D [ma] 3 4 5 6 7 8 9 3456789345678 Slika.8 Eksperimentalno određena strujno-naponska karakteristika diode N589 pri direktnoj polarizaciji. 7. Isključiti izor za napajanje. Da bi se dioda D inerzno polarisala potrebno je kratkospojnike na maketi na prekidaču sa oznakom SW postaiti da budu spojeni priključci i 3, odnosno i 4. Potom na prekidaču SW postaiti kratkospojnik tako da su spojeni priključci i. Oim se postiže konfiguracija kola za snimanje strujno-naponske karakteristike diode pri inerznoj polarizaciji, slika.5. 8. Uključiti izor za napajanje. Promenom položaja potenciometra R snimiti zaisnost struje diode u funkciji napona na diodi pri inerznoj polarizaciji. Rezultate uneti u sledeću tabelu. D [ ] -,5 - - -3-4 -5-6 -8 - - I D [ μa] 9. Na osnou rezultata iz prethodne tabele ucrtati strujno-naponsku karakteristiku diode na grafik prikazan na slici.9..5 I D [μa].5.5 3 3.5 4 4.5 D [] 5 9 8 7 6 5 4 3 Slika.9 Eksperimentalno određena strujno-naponska karakteristika diode N589 pri inerznoj polarizaciji. D [m]
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 9. Isključiti bateriju za napajanje i odspojiti ampermetar i oltmeter iz kola.. Na maketi na prekidaču SW3 postaiti kratkospojnik tako da su spojeni priključci i 4. Oim je u kolo za automatsko određianje strujno-naponske karakteristike diode, slika.6, postaljena dioda sa oznakom D (N4).. Sa prekidača SW4 ukloniti kratkospojnike, a na mesto prediđeno za priključianje osciloskopa priključiti oba kanala. Uključiti osciloskop, a zatim na njemu podesiti da je drugi kanal inertoan (H IN). 3. Uključiti signal generator, a tasterom Output podesiti da je izlaz generatora odojen iz kola. Podesiti generator tako da generiše prostoperiodični napon amplitude gm =, srednje rednosti G = i učestanosti f = Hz. 4. Pritiskom na taster Output na ulaz kola za snimanje strujno-naponske karakteristike doesti napon iz signal generatora. Potom osciloskop podesiti za XY merenja (DISPLAY XY), a zatim snimiti strujno-naponsku karakteristiku diode N4. Dobijeni grafik ucrtati na sliku.. 7. Pritiskom na taster Output odojiti generator od kola. Na prekidaču SW3 prebaciti kratkospojnik tako da budu spojeni priključci 3 i 6. Oim je u kolo spojena Zener dioda D4 (BZX 3.9). 8. Pritiskom na taster Output na ulaz kola se doodi isti signal kao u tački 3. Dobijenu karakteristiku na ociloskopu ucrtati na grafik prikazan na slici.. ma/di = ma/di = /di = Slika. Eksperimentalno određena strujno-naponska karakteristika Zener diode BZX 3.9. /di = Slika. Eksperimentalno određena strujno-naponska karakteristika diode N4. 5. Pritiskom na taster Output odojiti generator od kola. Na prekidaču SW3 postaiti kratkospojnik tako da budu spojeni priključci i 5. Oim je u kolo spojena LED dioda D3 (LED, Light-Emitting Diode). 6. Pritiskom na taster Output na ulaz kola se doodi isti signal kao u tački 3. Dobijenu karakteristiku na ociloskopu ucrtati na grafik prikazan na slici.. ma/di = /di = Slika. Eksperimentalno određena strujno-naponska karakteristika LED diode. 9. Uporediti karakteristike testiranih dioda po naponu praga proođenja, naponu pri kome dolazi do proboja i inerznoj struji zasićenja.. Pritiskom na taster Output odojiti generator od kola, a zatim ga podesiti da generiše prostoperiodični napon amplitude gm = m i učestanosti khz. Na prekidaču SW4 postaiti kratkospojnike tako da su spojeni priključci i 4, odnosno i 3. Postaiti osciloskop i ampermetar prema slici.7.. Uključiti izor za napajanje od, a zatim pritiskom na taster Output doesti napon iz signal generatora u kolo. Osciloskop postaiti da prikazuje remenske dijagrame (DISPLAY YT) i podesiti ga za A merenja. Promenom položaja potenciometra podešaati jednosmernu struju diode N448, a zatim očitati amplitudu promenljie komponente napona na diodi. Na osnou unutrašnje otpornosti generatora Rg = R = 5Ω izračunati otpornost diode za male signale r d. Rezultate uneti u sledeću tabelu. D [ ma] I,,3,4,5,8 3 5 8 dm [ m] rd [ Ω ]. Na osnou prethodne tabele, na grafik sa slike.3 ucrtati zaisnosti otpornosti diode u funkciji r = r I. Obratiti pažnju da su ose u logaritamskoj razmeri. struje direktne polarizacije ( ) d d D
I Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike rd [ Ω] DODATAK 5 AMPERMETAR - IN DIR 5 5 KON NAPAJANJE 3 R SW KRATKOSPOJNIK ZA NAPON KRATKOSPOJNIK ZA POLARIZAIJU DIODE 5R SW R D K 3 4 N587 OLTMETAR - -,,,5 5 I D [ ma] Slika.3 Zaisnost otpornosti diode N448 u funkciji struje direktne polarizacije. 3. Isključiti izor za napajanje i signal generator. 4. SIMULAIJA dc R 5 R 5 R3 5 Z=3.9 D DN589 D DN4 D3 DN748 Slika.4 Kolo za simulaciju strujno-naponske karakteristike diode.. Koristeći PSPIE napraiti simulaciju i odrediti statičku karakteristiku dioda N589, N4 i N748. Dobijene rezultate uporediti sa slikama.8-.. Pri simulaciji koristiti kolo prikazano na slici.4. Parametri u D SWEEP analizi su: Sweep ariable oltage source Sweep type Linear -,, m. Da bi se dobila strujno-naponska karakteristika pojedinih dioda potrebno je postaiti urrent Marker na anodu željene diode, a zatim u programu PROBE podesiti da nezaisna promenljia bude napon na toj diodi. Oo se podešaa u prozoru PROBE redoslednim pokretanjem sledećih opcija: Plot Axis Settings Axis ariable, a potom izabrati napon na željenoj diodi (D:), (D:) ili (D3:). KON GENERATOR G H R5 3 KRATKOSPOJNIK ZA TIP DIODE k 6 OSILOSKOP H D3 D4 LED BZX 3.9 G- SW4 3 GND 4 R3 G OSILOSKOP H 5R - H IN G- SW3 4 D N4 5 Slika.5 Električna šema makete DIODA. R4 k 47U/6 D6 N448 AMPERMETAR - H OSILOSKOP H GND 3. Koristeći PSPIE napraiti simulaciju pomoću koje se određuje arijacija statičkih karakteristika dioda iz tačke sa temperaturom. Za simulaciju koristiti kolo sa slike.4. Pored zadatih parametara u tački potrebno je pri zadaanju D analize aktiirati i Temperature (Sweep), a potom zadati temperature (u ) -5 5 85. 4. Ako se temperatura ambijenta promeni od 5 do 85, odrediti promenu napona na diodi N589 pri ulaznom naponu od i promenu inerzne struje zasićenja pri ulaznom naponu od - Δ = i Δ =. D I S 5. Ako se temperatura ambijenta promeni od 5 diodi N748 pri ulaznom naponu od - do 85, odrediti promenu napona na Zener Δ =. Z
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 3 4 EŽBA STATIČKE KARAKTERISTIKE BIPOLARNOG TRANZISTORA 3 I [ma] I B5 A. STATIČKE KARAKTERISTIKE BIPOLARNOG TRANZISTORA U SPOJU SA ZAJEDNIČKIM EMITOROM I B5 > I B4 > I B3 > I B > I B I B4 I B3 A.TEORIJSKA OSNOA: Na slici.a je prikazan bipolarni NPN tranzistor u spoju sa zajedničkim emitorom, sa podesiim naponom BE, dok je na slici.b prikazan bipolarni NPN tranzistor u spoju sa zajedničkim emitorom, sa podesiom strujom I B. U zaisnosti od jednosmernog napona na bazi i kolektoru, struja kolektora će imati rednost BE T S I = Ie gde je I S inerzna struja zasićenja, a T = kt/q 6m na. Statička karakteristika tranzistora I = I( BE), za fiksno E, prikazana je na slici.. Za merenje zaisnosti I( E) koristi se kolo sa slike.b, gde se kao parametar uzima struja I B. Pomoću njega se dobija izlazna statička karakteristika tranzistora u spoju sa zajedničkim emiterom I( E) za konstantne rednosti struje I B. Na slici.3 je prikazan primer jedne take karakteristike. I γ.55.6 BE Slika. Statička prenosna karakteristika I ( BE ) za konstantno E. B BE E I E Slika.a Principijelna šema za određianje statičke karakteristike I ( BE ). I B B E I E Slika.b Principijelna šema za određianje statičke karakteristike I ( E ) pri konstantnoj struji baze. A = 9 > A A. OPIS EŽBE 5 Slika.3 Statička izlazna karakteristika I ( E ) sa strujom baze kao parametrom. Na slikama.4a,.4b i.4c, prikazana su kola koja služe za merenje statičkih karakteristika bipolarnog tranzistora. Kolo na slici.4a služi za merenje statičke prenosne karakteristike I( BE) za konstantnu rednost napona E. Pomoću potenciometra P se doodi napon na bazu tranzistora dok se pomoću osciloskopa meri napon BE. Ampermetrom se meri struja kolektora koja zaisi od napona na bazi. eksperimentalno Kolo na slici.4b služi za merenje zaisnosti I( E) pri konstantnoj struji baze. Struja baze se drži približno konstantnom pomoću elike otpornosti u baznom priključku, meri se kao pad napona na Rs kω D otporniku R, a podešaa se pomoću potenciometra P. Na jedan kraj R R 3 otpornika R 3 se preko diode D doodi kω Ω () priključak generatora signala, dok se (-) priključak doodi na emitor P B h tranzistora. Signal iz generatora treba 5kΩ da bude prostoperiodični sa srednjom rednošću koja je jednaka amplitudi E signala. Kanal (X) poezuje se sondom na emitor tranzistora čime se I B I B B P 5kΩ XY 5 E [] R A 47kΩ B BE E Slika.4a Šema kola za određianje prenosne karakteristike I ( BE ). Generator signala Osciloskop meri negatina rednost napona E. Kanal (Y) sondom se poezuje na kraj Slika.4b Šema aparature za automatsko merenje statičke izlazne karakteristike I otpornika R 3, čime se meri struja ( E ) sa konstantnom strujom baze. kolektora kao pad napona na otporniku R 3. Ako se kanal inertuje a prikazianje na osciloskopu podesi na XY režim, dobiće se zaisnost Y(X) a to je I( E). Uloga diode D je da spreči doodjenje negatinog napona na kolektor tranzistora čime se izbegaa rad tranzistora u inerznom aktinom režimu u slučaju pogrešnog podešaanja signalnog generatora. h
Pribor, instrumenti i materijal Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 5 Maketa STATIČKE KARAKTERISTIKE BIPOLARNOG TRANZISTORA stabilisani izor napajanja unierzalni AO-metar generator signala osciloskop A3. ZADATAK A3.. Merenje zaisnosti I ( ) BE. Ukoliko na sondi osciloskopa postoji preklopnik, proeriti da li je u položaju :. Proeriti da li su kanali h i h osciloskopa prilagođeni sondi :. Podesiti sonde i preklopnik AOmetra na režim merenja struje (ampermetar), opseg ma. Sonde AO metra priključiti na maketi na mesto za merenje struje, priključak Kon, saglasno slici.4a. Masu osciloskopa poezati na negatian kraj baterije, merna tačka na maketi označena sa h (ispod tranzistora Q ), a sondu kanala poezati na bazu tranzistora Q, merna tačka b (između Kon i P ). Napon na bazi meriti pomoću osciloskopa biranjem opcije za digitalno merenje srednje rednosti. Podizati napon na bazi tranzistora počeši od do trenutka kada kolektorska struja dostigne 3mA. Postepenim smanjianjem napona na bazi, ucrtaajući tačku po tačku direktno na dijagram, snimiti karakteristiku I ( ). Na kraju snimanja ostaiti napon na bazi od! I [ma] 4 35 3 5 5 5 BE 3 4 5 6 7 8 BE[m] Slika.5 Statička prenosna karakteristika I ( BE ) za konstantno E.. Na osnou snimljene karakteristike odrediti napon BE = γ posle kojeg struja kolektora naglo počinje da raste. γ = [] 6 A3. Merenje zaisnosti I ( ) pri konstantnoj struji baze. E. Podesiti sonde i preklopnik AO-metra na režim merenja napona (oltmetar). Sonde AO metra priključiti na maketi na mesto za merenje napona, priključak Kon3, saglasno slici.4b. Masu osciloskopa poezati na kolektor tranzistora Q, merna tačka GND (ispod Q ), sondu kanala na emitor, merna tačka označena sa h (ispod Q ), a sondu kanala poezati na kolektor Q, merna tačka h (iznad diode D ). Poezati generator signala na maketu, Kon4, saglasno slici.4b. Podesiti generator signala tako da generiše prostoperiodičan signal amplitude 5, srednje rednosti 5 (offset 5) i učestanosti 5Hz. Podesiti prikazianje na osciloskopu na XY format. Podesiti kanal na 5m/Di a kanal na /Di. Inertoati kanal. Doesti početak karakteristike u donji lei ugao ekrana. Za struje baze 5μA, 8μA, μa, 5μA, 9μA, snimiti karakteristiku I( E). Za saku struju baze izmeriti rednost napona BE i upisati u tabelu. Na kraju merenja smanjiti struju baze na A! Ic[ ma] 4 35 3 5 5 5 3 4 5 6 7 8 9 E[] Slika.6 Statička izlazna karakteristika I ( ) pri konstantnoj struji baze. Tabela. rednosti napona BE za različite struje baze I B =5μA I B =8μA I B =μa I B =5μA I B =9μA BE. Pomoću karakteristike snimljene u tački, odrediti i grafički prikazati zaisnost koeficijenta strujnog pojačanja β F od struje kolektora, β ( I ) = I ( I ) / I za E = 5. β F 45 35 5 5 5 E F B B 5 5 5 3 35 4 I [ma] Slika.7 Zaisnost koeficijenta strujnog pojačanja β F od struje kolektora.
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 7 3. Za struju baze od 8μA i napon E = 5 odrediti parametre tranzistora za male signale ne uzimajući u obzir Erlije efekat. g = m [s] β = r = π [ Ω ] B. STATIČKE KARAKTERISTIKE BIPOLARNOG TRANZISTORA U SPOJU SA ZAJEDNIČKOM BAZOM B.TEORIJSKA OSNOA: Na slici.8 je prikazan NPN tranzistor u spoju sa zajedničkom bazom i strujnim izorom u emiteru.. Na slici.9 je prikazana familija kriih I = f( ) gde je kao struja emitora parametar. I [ma] B I E5 I E4 I E3 I E I E B [ ] γ 4 6 8 B. OPIS EŽBE Na slici. je prikazana šema za merenje zaisnosti I ( ) pri konstantnoj struji emitera. Koristi se baterija od. Struja emitera se meri kao pad napona na otporniku R 4, a podešaa se pomoću potenciometra P 3. Na jedan kraj otpornika R 6 se doodi priključak generatora signala, dok se priključak doodi na bazu tranzistora. Signal iz generatora treba da bude prostoperiodični sa srednjom rednošću koja je jednaka amplitudi signala umanjenoj za jedan olt. Generator se priključuje na B B R5 Ω R4 Ω P 3 5kΩ B R 6 Ω h XY Generator signala Osciloskop maketu, Kon6. Kanal (X) poezuje se sondom na bazu tranzistora, merna tačka h iznad R 6, čime se meri negatina rednost napona B. Kanal (Y) sondom se poezuje na kraj otpornika R 6, merna tačka h ispod Kon6, čime se meri struja kolektora kao pad napona na otporniku R 6. Ako se kanal inertuje a prikazianje na osciloskopu podesi na XY režim, dobiće se zaisnost Y(X), odnosno I ( ). B I E I B Slika.8 Principijelna šema kola za određianje zaisnosti I ( B ) pri konstantnoj struji emitora. Slika.9 Statička karakteristika I ( B ) sa strujom emitora kao parametrom. h Slika. Šema aparature za automatsko merenje statičke izlazne karakteristike I ( B ) sa konstantnom strujom emitora. 8 Pribor, instrumenti i materijal maketa STATIČKE KARAKTERISTIKE BIPOLARNOG TRANZISTORA stabilisani izor napajanja generator signala unierzalni AO-metar osciloskop B3. ZADATAK Merenje zaisnosti I ( ) B. Poezati instrumente na maketu prema slici.. Podesiti generator signala tako da se na izlazu generiše prostoperiodičan signal amplitude 5, srednje rednosti 4 (offset 4) i učestanosti 5Hz. Podesiti prikazianje na osciloskopu na XY format. Masu osciloskopa poezati na GND ispod Kon6. Kanal (X) poezuje se sondom na bazu tranzistora, merna tačka h iznad R 6, kanal (Y) sondom se poezuje na kraj otpornika R 6, merna tačka h ispod Kon6. Oba kanala postaiti na podelu /Di. Za konstantne struje emitora ma, 5mA, ma, 8mA i 5mA snimiti zaisnost I( B). Na kraju merenja maksimalno smanjiti struju emitera i ratiti inertoani kanal u normalno stanje. Ic [ma] 4 35 3 5 5 5 3 4 5 6 7 8 9 B []. Odrediti rednost napona praga γ. Slika. Statička kartakteristika I ( B ). = γ [].
. SIMULAIJA. Merenje zaisnosti I ( ) BE Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 9 Nacrtati šemu sa slike.a. Koristiti tranzistor B337-6/PLP. Korišćenjem D analize snimiti jednosmernu prenosnu karakteristiku I( BE) za rednosti.4 < BE <.75 sa korakom od m za nekoliko temperatura ambijenta -5 < t< 75 gde se t menja sa korakom od. E je konstantno i iznosi. I [ma] 4 35 3 5 5 5 3 4 5 6 7 8 BE [m] Slika. Statička prenosna karakteristika I ( BE ) sa temperaturom kao parametrom.. Merenje zaisnosti I ( ) za konstantne struje baze E Nacrtati šemu sa slike.b. Koristiti tranzistor B337-6/PLP. Korišćenjem D analize snimiti izlaznu karakteristiku I( E) za rednosti < E < sa korakom od m i parametrom μa <I B < μa gde se I B menja sa korakom od μa. Ic[mA] 4 35 3 5 5 5 3 4 5 6 7 8 9 E [] Slika.3 Statička izlazna karakteristika I ( ) za konstantnu struju baze. 3. Merenje zaisnosti I( B) Nacrtati šemu sa slike.5. Koristiti tranzistor B337-6/PLP. Korišćenjem D analize snimiti izlaznu karakteristiku I( B) za rednosti,8 < B < sa korakom od m i parametrom ma < I E < ma gde se I E menja sa korakom od ma. E Ic[mA] 4 35 3 5 5 5 3 4 5 6 7 8 9 B [] Kon Napajanje Slika.4 Statička kartakteristika I ( B ). - - - P 5k Kon3 oltmetar DODATAK R 47k RS P 5k Kon5 oltmetar R4 R5 k R k b h P3 5k h GND Kon Ampermetar Q B337 Elektricna sema sa slike.4a. Kon4 N448 D R3 Q B337 GND h R6 Q3 B337 - Generator Elektricna sema sa slike.4b. h Kon6 - Generator Elektricna sema sa slike.. Slika.5 Električna šema makete STATIČKE KARAKTERISTIKE BIPOLARNOG TRANZISTORA.
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike EŽBA 3 OSNONE POJAČAAČKE SPREGE SA BIPOLARNIM TRANZISTOROM. TEORIJSKA OSNOA Opšta šema pojačaača Opšta šema unilateralnog pojačaača je prikazana na slici 3.. pojačaač i g R g i u R i g R a u u u Slika 3. Opšta šema pojačaača. Pojačanje se definiše kao odnos amplituda promenljiog signala na izlazu i na ulazu prema zadatom referentnom smeru. Prema slici., sledi: strujno pojačanje ai = ip/ ig naponsko pojačanje a = p/ g Pojačanje se određuje merenjem odgoarajućih napona i struja. Kolo pojačaača između tačaka i može da se ekialentno predstai sa ulaznom otpornošću R u. Kolo pojačaača izmedju tačaka i ' može da se ekialentno predstai sa Teenenoim generatorom napona a u i izlazne otpornosti R i. Određianje ulazne i izlazne otpornosti pojačaača Otpornost između proizoljnih tačaka A i B, R AB, se računa tako što se: između odabranih tačaka postai idealni naponski ili strujni nezaisni test generator t ili i t ukinu se si nezaisni generatori tako što se strujni otore, a naponski kratko spoje zadrže se zaisni generatori jer se njihoi signali jaljaju kao posledica pojae uzročne struje ili napona koje generiše test generator izračuna se struja i t ili napon t između tačaka gde je priključen test generator ekialentna otpornost je R = / i AB t t Merenje ulazne otpornosti pojačaača Na slici 3. prikazana je ekialentna šema pojačaača sa dodatom otpornošću otpornost služi za određianje ulazne otpornosti pojačaača. pojačaač g i g R g R x i u R u u Slika 3. Određianje ulazne otpornosti pojačaača. i p RP p R x. Oa Prema slici 3. je g u i u = ig = = =, Rx Rg Ru Ru odakle se dobija ulazna otpornost pojačaača: R x Rg Ru = ( Rx Rg) = /. g ( g ) Otpornost R x se dodaje zbog male izlazne otpornosti pobudnog generatora, a ulazna otpornost se određuje merenjem odnosa amplituda napona pobudnog generatora i napona na ulazu pojačaača. Merenje izlazne otpornosti pojačaača Izlaz pojačaača može da se predstai ekialentnim Teenenoim generatorom, slika 3.3. pojačaač i g R g i R i u i p R i R a u u RP g u p t R P p Slika 3.3 Određianje izlazne otpornosti pojačaača. Napon praznog hoda dobija se kada je potrošač isključen iz kola, RP. Tada je napon na potrošaču: t = p = a R u P Kada se priključi poznati potrošač, pri nepromenjenoj rednosti ulaznog napona, napon na potrošaču je: RP RP R P p = R t = au = p, P R R P Ri RP Ri RP Ri P odakle se dobija izlazna otpornost pojačaača: p R P Ri = R P. p R P Na ulaz pojačaača se doodi prostoperiodični napon g = m sin ( π ft), f = khz. Na osnou odnosa amplituda napona P pre i posle priključianja potrošača R P može se odrediti izlazna otpornost pojačaača. Izlazna otpornost pojačaača može se dobiti i tako što se pri nepromenjenoj amplitudi napona pobudnog generatora otpornost potrošača R P podešaa tako da amplituda napona P opadne na poloinu rednosti koju ima pri RP. Tada je Ri = RP. Polarizacija bipolarnog tranzistora u jednostepenim pojačaačima Osnoni jednostepeni pojačaači sa bipolarnim tranzistorom koriste jedan tranzistor polarisan baterijom i otpornicima za rad u direktnom aktinom režimu, slika 3.4. Prema ooj slici je B = I B B, B = REIE BE, I IB = ( βf) IB = IE, I = βfib. R R
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 3 Uzimajući da je struja kroz otporni razdelnik bar puta eća od struje baze, I I B, može se R R pisati: I R B =, B I I BE E = I B R R RE Q R BE R g I E R R R I P P = αfie IE =. RE g R R E Na osnou ooga dobija se napon na kolektoru: R R = RI = BE. RE R R Slika 3.4 Polarizacija bipolarnog tranzistora Za dobru temperaturnu stabilizaciju mirne radne sa četiri otpornika. tačke potrebno je da otpornost u emitoru bude što eća. Međutim, sa poećanjem otpornosti u emitoru smanjuje se maksimalna amplituda neizobličenog signala na kolektoru. Prema prailu /3, kompromisno se uzima da je napon na emitoru jednak / 3. Da bi napon na kolektoru imao maksimalnu amplitudu potrebno je da u mirnoj radnoj tački bude = / 3 i = /3. Na osnou ooga praila, usajajući da je E R I I B ( β F min = ) i usajajući pogodnu rednost otpornosti u emitoru, odnosno struju kolektora: IE I = R / R 4/, kω,8 ma E E = =, određene su otpornosti u kolu za polarizaciju pojačaača: RE = R =, kω, R = 47 kω i R = 68kΩ. Generator g unutrašnje otpornosti R g i potrošač R P se kapacitinom spregom, preko kondenzatora elike kapacitinosti, poezuju na polarizoan tranzistor. Pri oome se ne menja raspodela jednosmernih napona i struja u kolu. Zaisno od toga za koju od elektroda tranzistora (E,B,), se poežu generator i potrošač, dobijaju se tri pojačaačke sprege tranzistora, slike 3.5, 3.6 i 3.7. Otpornost R x služi za određianje ulazne otpornosti pojačaača. R g g R x k 5Ω R B X R μf 68k B R 47 k R k E k P Q μf B337 E Slika 3.5 Pojačaač u spoju sa zajedničkim emitorom. E P R P k μf R B R μf 68k B R E μf 5Ω 47 k R k E k P Q μf B337 E R g P R P k g Slika 3.6 Pojačaač u spoju sa zajedničkom bazom. Kod stepena sa zajedničkim kolektorom sa slike 3.7, otpornost u kolektoru ne utiče na rad pojačaača. Pobuda iz kolektora nema smisla jer je fizička konstrukcija tranzistora taka da pobuda 4 iz kolektora menja eoma malo raspodelu struja i napona u tranzistoru (samo Earlije efekat), što ne daje pojačanje. Otpornost R utiče na maksimalnu amplitudu neizobličenog napona na potrošaču. Ukoliko se želi eća amplituda neizobličenog napona na potrošaču oaj otpornik se mora kratkospojiti.. OPIS EŽBE R g g R x k 5Ω R B X R μf 68k B R E μf 47 k R k E k Q B337 P P R P k Slika 3.7 Pojačaač u spoju sa zajedničkim kolektorom. Koriste se šeme pojačaača prikazane na slikama 3.5, 3.6 i 3.7. Kolo se napaja iz jedne baterije za napajanje =, koju treba priključiti na maketu. Koristi se isto kolo za polarizaciju tranzistora, samo se menja položaj priključenog generatora i potrošača. Oo se obalja pomoću kratkospojnika. Električna šema makete data je na kraju ežbe. Na ulaz pojačaača se doodi prostoperiodični napon iz signal generatora koga takođe treba priključiti na maketu. Merenje jednosmernih i promenljiih napona obalja se pomoću osciloskopa. Određianje amplitude struje obalja se pomoću poznate otpornosti i amplitude napona na njoj. Pribor, instrumenti i materijal maketa OSNONE POJAČAAČKE SPREGE SA BIPOLARNIM TRANZISTOROM izor za napajanje signal generator osciloskop 3. ZADATAK. Priključiti izor za napajanje od na maketu.. Uključiti izor za napajanje i pomoću osciloskopa izmeriti jednosmerne napone na bazi, kolektoru i emitoru = [ ], = [ ] i [ ] B E =. Napomena: raspodela jednosmernih rednosti napona i struja ne zaisi od položaja kratkospojnika, a merenje jednosmernih napona pomoću osciloskopa obalja se pokretanjem opcija Measure, H i/ili H i Type Mean. 3. Isključiti izor za napajanje, a zatim na osnou izmerenih napona odrediti jednosmerne
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 5 rednosti struja kolektora, emitora i baze I = [ ma], I = [ ma] i [ μa] E I =. 4. Kratkospojnicima podesiti da pojačaač bude u spoju sa zajedničkim emitorom. Oo se postiže tako što se ostare sledeći kratki spojei: SW (-), SW (-3) i SW3 (-) 5. Uključiti izor za napajanje. Na ulaz pojačaača iz pobudnog generatora doesti prostoperiodični napon amplitude = 5m i učestanosti f = khz. gm 6. Pri kanal osciloskopa postaiti između baze i mase, a drugim kanalom meriti napone na emitoru, kolektoru i potrošaču. Uočiti da su jednosmerne rednosti napona na elektrodama ostale nepromenjene u odnosu na tačku, a zatim osciloskop podesiti za A merenja. 7. Na grafike prikazane na slici 3.8 ucrtati remenske oblike napona na bazi, emitoru, kolektoru i potrošaču. U polje ref upisati srednje rednosti oih napona, a u polja / di i time / di upisati naponsku i remensku podelu pri A merenju. Na grafike ucrtati dijagrame u toku jedne periode napona i oditi računa o faznim staoima. B time / di = E P B time / di = 6. Na osnou promene amplitude napona na kolektoru kada je R P = kω i kada R P (izađen kratkospojnik iz prekidača SW3), odrediti izlaznu otpornost pojačaača u spoju sa zajedničkim emitorom Napomena: Impedansa kondenzatora [ ] R = kω. i P je mnogo manja od otpornosti potrošača R P.. Postaiti kratkospojnik u prekidaču SW3 tako da su priključci i kratkospojeni. Poećaati amplitudu napona pobudnog generatora se dok ne dođe do odsecanja napona na potrošaču R P i sa gornje i sa donje strane. Promenu pratiti na osciloskopu koji meri napon na potrošaču. Odrediti maksimalnu i minimalnu rednost neizobličenog napona na potrošaču P max = [ ] i P min [ ] =. 3. Na osnou promene amplitude napona na kolektoru kada je R P = kω i kada R P (izađen kratkospojnik iz prekidača SW3), odrediti izlaznu otpornost pojačaača u spoju sa zajedničkim emitorom [ ] R = kω. i 4. Pritiskom na taster Output odojiti generator od pojačaača i isključiti izor za napajanje. Potom ukloniti kondenzator E iz kola, E = (izaditi kratkospojnik iz prekidača SW). 5. Ponoo uključiti izor za napajanje i na ulaz pojačaača iz pobudnog generatora doesti prostoperiodični napon amplitude = 5m i učestanosti f = khz. gm 6. Na grafike prikazane na slici 3.9 ucrtati remenske oblike napona na bazi, emitoru, kolektoru i potrošaču. Koristiti isti postupak kao u tački 7. B E time / di = time / di = Slika 3.8 Eksperimentalno određeni remenski oblici napona na bazi, emitoru, kolektoru i potrošaču pojačaača u spoju sa zajedničkim emitorom. 8. Odrediti amplitude napona na bazi, kolektoru i potrošaču = [ m], = [ ] i [ ] bm cm =. Napomena: Na osciloskopu koristiti opciju MEASURE i TYPE Pk-Pk koja omogućuje merenje razlike maksimalne i minimalne rednosti napona, odakle se određuje amplituda. 9. Na osnou podataka iz prethodne tačke odrediti naponsko i strujno pojačanje pojačaača a = / = i a = I / I =. pm gm i pm gm. Izmeriti amplitudu napona X i na osnou nje odrediti ulaznu otpornost pojačaača u spoju sa zajedničkim emitorom R = kω. u [ ] pm time / di = time / di = P time / di = time / di = Slika 3.9 Eksperimentalno određeni remenski oblici napona na na bazi, emitoru, kolektoru i potrošaču pojačaača u spoju sa zajedničkim emitorom pri E =.
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 7 7. Odrediti amplitude napona na bazi, emitoru, kolektoru i potrošaču m m m = [ ], = [ ], = [ ] i [ m] bm em 8. Na osnou podataka iz prethodne tačke odrediti naponsko i strujno pojačanje a = / = i a = I / I =. pm gm cm i pm gm =. 9. Na osnou amplitude napona X odrediti ulaznu otpornost pojačaača u spoju sa zajedničkim emitorom [ ] R = kω. u. Pritiskom na taster Output odojiti generator i isključiti izor za napajanje. Uporediti pojačanja i ulazne otpornosti pri E = μf i E =, a zatim objasniti ulogu kondenzatora E.. Spojiti elemente na maketi prema šemi pojačaača u spoju sa zajedničkom bazom, slika 3.6. U oom slučaju kratkospojnici na maketi treba da budu u sledećim položajima: SW (-3), SW (-) i SW3 (-).. Potom priključiti izor za napajanje i na ulaz pojačaača doesti prostoperiodični napon amplitude = 5m i učestanosti f = khz. gm 3. Na grafike prikazane na slici 3. ucrtati remenske oblike napona na bazi, emitoru, kolektoru i potrošaču. Koristiti istu proceduru kao kod stepena sa zajedničkim emitorom. 4. Odrediti amplitude napona na emitoru, kolektoru i potrošaču m =. B = [ ], = [ ] i [ ] em cm E pm pm 8 5. Na osnou podataka iz prethodne tačke odrediti naponsko i strujno pojačanje pojačaača a = / = i a = I / I =. pm gm i pm gm 6. Na osnou amplitude napona na emitoru, odrediti ulaznu otpornost pojačaača u spoju sa zajedničkom bazom R u = [ Ω ]. Napomena: Unutrašnja otpornost pobudnog generatora je R g = 5Ω. 7. Pritiskom na taster Output odojiti generator od kola i isključiti izor za napajanje. 8. Da li se razlikuju izlazne otpornosti stepena sa zajedničkim emitorom, slika 3.5 i stepena sa zajedničkom bazom, slika 3.6? Obrazložiti.. 9. Spojiti elemente na maketi prema šemi pojačaača sa zajedničkim kolektorom, slika 3.7. Kratkospojnici treba da su u sledećim položajima: SW (-), SW (izađen iz prekidača) i SW3 (-3) 3. Uključiti izor za napajanje, a zatim na ulaz pojačaača doesti prostoperiodični napon amplitude = i učestanosti f = khz. gm 3. Na grafike prikazane na slici 3. ucrtati remenske oblike napona na bazi, emitoru i potrošaču. Koristiti istu proceduru kao kod stepena sa zajedničkim emitorom. 3. Na osnou dijagrama sa slike 3. odrediti amplitude napona na bazi, emitoru i potrošaču m m = m. = [ ], = [ ] i [ ] bm 33. Na osnou podataka iz prethodne tačke odrediti naponsko i strujno pojačanje a = / = i a = I / I =. B pm gm em i pm gm E pm time / di = time / di = P time / di = P time / di = time / di = time / di = Slika 3. Eksperimentalno određeni remenski oblici napona na na bazi, emitoru, kolektoru i potrošaču pojačaača u spoju sa zajedničkom bazom. time / di = Slika 3. Eksperimentalno određeni remenski oblici napona na na bazi, emitoru i potrošaču pojačaača u spoju sa zajedničkim kolektorom.
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 9 3 34. Na osnou amplitude napona X, odrediti ulaznu otpornost pojačaača u spoju sa zajedničkim kolektorom [ ] R = kω. u DODATAK 35. Isključiti pobudni generator i izor za napajanje, a kratkospojnike postaiti tako da su spojeni sledeći priključci: SW (-), SW (-3) i SW3 (-). X B R 68K R.K P 4. SIMULAIJA g OFF = AMPL = 5m FREQ = k RX k Rg 5 B X U R 68k R 47k R.k P Q U B B337-6/PLP E RE.k P E u. Koristeći PSPIE napraiti simulaciju stepena sa zajedničkim emitorom sa slike 3.5. Uporediti amplitude i srednje rednosti napona u karakterističnim tačkama sa eksperimentalno određenim rednostima. U simulaciji koristiti kolo prikazano na slici 3.. Pri simulaciji koristiti Transient analizu, Run to time 3ms i Maximum step size u. Ukratko objasniti razlike između rezultata simulacije i eksperimenta.. Koristeći PSPIE odrediti relatinu promenu struje kolektora u mirnoj radnoj tački, kada se temperatura ambijenta promeni sa 7 na 57 δ I =Δ I / I =. Koristiti analize Bias point i Temperature (Sweep), a zatim željenu radnu temperaturu upisati u polje Run the simulation at temperature. 3. Ponoiti tačku za stepen sa zajedničkom bazom prikazan na slici 3.6. Uporediti dobijene rednosti sa eksperimentalno određenim rednostima.. 4. Ponoiti tačku za stepen sa zajedničkim kolektorom prikazan na slici 3.7. Uporediti dobijene rednosti sa eksperimentalno određenim rednostima.. RP k Slika 3. Kolo pojačaača u spoju sa zajedničkim emitorom korišćeno u PSPIE simulaciji. KON NAPAJANJE KON GENERATOR G RX K 3 SW B U GND R 47K Slika 3.3 Električna šema makete OSNONE POJAČAAČKE SPREGE SA BIPOLARNIM TRANZISTOROM. Q B337 RE.K E 3 E U SW 3 SW3 P U RP K
Laboratorijske ežbe iz Osnoa elektronike 3 EŽBA 4 STATIČKE KARAKTERISTIKE MOS TRANZISTORA I STEPEN SA ZAJEDNIČKIM SORSOM A. STATIČKE KARAKTERISTIKE MOS TRANZISTORA U SPOJU SA ZAJEDNIČKIM SORSOM A.TEORIJSKA OSNOA: I D Na slici 4. je prikazan NMOS tranzistor u spoju sa zajedničkim sorsom, sa podesiim naponom GS. Struja drejna je D G opisana formulama: GS DS S, GS < T B B ID= ( GS T) ( λds) ( GS T), GS > T, DS GST B Slika 4. NMOS tranzistor sa ( GS T) DS DS, GS > T, DS < GS T ugrađenim kanalom u spoju sa zajedničkim sorsom. gde je B = μnoxw / L. Ukoliko se nacrta grafik funkcije ID = f( GS) za konstantan napon DS dobija se prenosna statička karakteristika tranzistora ID( GS), slika 4.. Ukoliko se nacrta familija funkcija ID = f( DS) gde se kao parametar uzima napon GS, dobijaju se izlazne statičke karakteristike tranzistora u spoju sa zajedničkim sorsom ID( DS) za konstantne napone GS. Na slici 4.3 je prikazan primer jedne take karakteristike za slučaj tranzistora sa dugačkim kanalom. I D T GS 3 I D [ma] DS = GS T triodna oblast zasicenje 3 4 = GS = GS = GS GS = 9 = 8 GS GS = 7 GS = 5 5 DS [] 3 A. OPIS EŽBE Na slici 4.4. je prikazana šema kola koje služi za merenje statičke karakteristike MOS tranzistora ID( GS). Preko potenciometra P od 5kΩ doeden je izor jednosmernog napona na gejt tranzistora. Podešaanjem i merenjem rednosti napona na gejtu moguće je menjati struju drejana, dok se ampermetrom meri struja drejna i time utrđuje zaisnost ID( GS). Na slici 4.5 preko potenciometra P od 5kΩ doeden je izor jednosmernog napona na gejt tranzistora. ezianjem AO metra između gejta i sorsa moguće je merenje i precizno podešaanje rednosti napona GS. Ukoliko se na drejn tranzistora sa signal generatora preko otpornika R 3 doede promenlji napon DS koji je oblika linearno rastućeg napona u remenu (rampa), moguće je automatski izmeriti familiju kriih ID( DS) za konstantne napone GS. Pribor, instrumenti i materijal maketa MOS TRANZISTOR stabilisani izor napajanja 4 generator signala unierzalni AO-metar osciloskop A3. ZADATAK A3.. Merenje zaisnosti ID( GS) B R kω P 5kΩ G D S Slika 4.4 Šema kola koja služi za merenje statičke karakteristike MOS tranzistora ID ( GS ). R3 Ω D h XY Generator signala Osciloskop. Podesiti AO-metar i njegoe sonde konfigurisati, tako da radi kao ampermetar. Poezati se instrumente na maketu, saglasno slici 4.5. Ampermetar priremeno ukloniti iz kola tako da kroz drejn tranzistora nema struje. Poezati u kolo bateriju od 4, priključak Kon na maketi. Sondu i masu kanala osciloskopa poezati sa kontrolnim tačkama označenim sa Kon, odnosno na gejt i sors tranzistora Q. Podesiti na osciloskopu opciju merenja srednje rednosti napona kanala, tako da se na ekranu očitaa rednost napona GS.. Spustiti pomoću potenciometra napon na gejtu na. Poezati ampermetar u kolo, merne tačke Kon3 na maketi. Podizati napon na gejtu tranzistora počeši od do trenutka kada struja drejna dostigne 5mA, a zatim, postepeno smanjujući struju drejna i ucrtaajući tačku po tačku direktno na dijagram snimiti karakteristiku ID( GS). Na kraju merenja spustiti napon na gejtu na. B P 5kΩ R kω G h Slika 4.5 Šema kola za automatsko snimanje familije kriih I D ( DS ) za konstantne napone GS. A D S Slika 4. Prenosna statička karakteristika ID = f( GS ) za konstantan napon DS. Slika 4.3 Izlazna statička karakteristika ID ( DS ) za konstantne napone GS.