Háskóli Íslands Vor 2009 Kennari: Vilhjálmur Þór Kjartansson Undirstöðuatriði RC-tengds magnara 28. apríl 2009 1
Magnari án forspennu Notuð var rás eins og á mynd 1. Við bárum saman uce og ube á sveiflusjá. Þröskuldsspenna nórans, uγ, var um það bil 0,6 V. Vegna þess að mögnun rásarinnar er mikil stekkur nórinn strax í mettun (förum hratt yfir virka sviðið) úr cut-off um leið og þröskuldsspennu er náð. Þá er 0,2 V spennufall yfir CE skeyti sem passar við fræði. Mynd 1: Magnari án forspennu Mynd 2: ube og uce án forspennu þegar jaðrar við klippingu 12 V uce (t) 5600 Ω Þegar nórinn er ekki í leiðni fellur öll spennan yfir nórann og þar með er ic 0 ma. Þegar ube fer yfir þröskuldsspennuna fer í mettun og straumurinn um nórann er því ic (t) = ic = 12 V 0,2 V = 2,11 ma 5600 Ω 2
Leiðnihorn nórans mældist út frá mynd 2 sem 2 9,7 360 = 74,2 Bjögun er mikil í þessum magnara því það er engin forspenna. Bylgjuformið varðveitist ekki því aðeins tæplega hálft bylgjuformið kemst í gegn um magnarann. Með því að tengja heyrnatól á útgang magnarans var hægt að greina á milli hreins sínus og sínus með yfirsveiflum. Þegar u S hækkar stefnir nórinn á það að hafa 50% iðnilotu en þá stefnir I C á það að vera helmingur i C(max) vegna þess að nórinn stekkur á milli mettunar og cut-off. I C = 1,055 ma Þegar nórinn fer í mettun er hægt að líkja honum við rofa sem er stjórnað af u S. Þegar i B er nógu hátt (og nórinn er í mettun) virkar CE-skeytin sem u.þ.b. 0.2 V spennulind á móti i C. Þegar nórinn er í mettun hækkar i B og 600 Ω viðnám í sveifluvakanum fer að klippa ofan af u BE. Bylgjuformið bjagast því og endar með að nálgast kassabylgju ef straumurinn i B nær að vera nægilegur. Magnari með forspennu Nú var sett forspenna á magnarann með því að bæta við spennudeili frá +12 V og þétti á inngang samanber mynd 3. I CQ var stillt á 1 ma með því að nota spennudeilinn til að hækka U BEQ. U CEQ mældist þá 7,2 V. 1 Nórinn var því með 100 % iðnilotu útaf forspennunni sem við settum á hann. Mynd 3: Magnari með forspennu 1 Við 1 ma er spennufall yfir 5k6 Ω viðnámið 5.6 V og þar með er u CE hæst 6.4 V. Líklegt er að mælingin sé röng hjá okkur þarna. 3
Með því að nota fjölmæli stilltan á DC mælingu, var hægt að ganga úr skugga um að ICQ væri ávallt 1 ma. Með því að bera saman ube og uce sást að ube var með minni bjögun vegna þess að uce er ólínuleg mögnun á ube. Þetta má sjá út frá díóðujöfnunni þar sem straumur vex veldisvísislega á við spennuna sem lögð er yfir p-n skeytin. Mynd 4: ube á móti uce með forspennu Smámerkisspennumögnun nórans var mæld með því að athuga ube og uce við litla eða enga bjögun þ.e. 0,97 Vp p Au = = 192 5 mvp p Innra viðnám fjölmælisins sem mældi ube var næglilega stórt svo að ekki var þörf á að taka tillit til þess. Fræðilegt gildi á Au er hægt finna með: rπ gm RL rb + rπ ICQ 0,9 RL UT 0,9 40 10 3 5600 Au 202 Sem er um það bil 5 % mismunur. Nú var 10 kω viðnámi raðtengd við innganginn á magnaranum og var us stillt þannig að sama uce fékkst og áður. Þá var hægt að finna rit þ.e. Viðnám Ω ube uce 600 5.0 mv 0.95 V 10600 14 mv 0.98 V Innviðnámið rit fékst því sem rit = 5900 Ω 4
Straumfæðing Nú var 10 kω viðnáminu breytt í 100 kω og us hækkað þangað til að jaðraði við klippingu uce. Þá er ib eins og frá föstum straumgjafa og ube bjagast hressilega. Mynd 5: Bjögun ube í samanburði við uce RC-tenging útgangs Notuð var sama rás og í straumfæðingu nema RC tengingu var bætt við útgang sbr mynd 6. Nú var ICQ stillt þannig að uce hóf klippingu bæði að ofan og neðan á sama Mynd 6: RC-tenging útgangs tíma. Gildi á ICQ mældist 1,055 ma án álagsviðnáms. UCQ mældist á sama tíma 6,17 V. Þetta samræmist því að RC skipti um það bil til helminga veituspennu sem til er. Hnéspenna UCE, UCEK, markar praktísk mörk milli virks sviðs og mettunar. Ef hnéspennan er umtalsverð erum við komin nálægt mettunarmörkum og þarf að skipta UCC t lítið umfram UCEK til að fá nórann í mettun. 5
Nú var 1 kω álagsviðnám sett á útgang ásamt 10 µf þétti. Eini munurinn á u L og u CE er sá að þéttirinn sér um að sía burt DC-þátt merkisins þannig að álagsviðnámið R L hefur engan DC-þátt yfir sig, aðeins merki. Meðalspenna þéttisins er einfaldslega U CEQ. Ef bjögun er ójafnlæg breytist hvíldarspennan á collector og því hefur ójöfn bjögun áhrif á meðalspennu. Þegar R L er bætt við klippist merkið að ofanverðu, en ekki á sama tíma og neðan eins og áður. Það er vegna þess að við förum virka sviðinu í mettun. Þetta jafngildir því að R L sé hliðtengt við R C í jörð og viðnámið séð frá collector hefur því lækkað. Þetta er ekki algild regla með álagsviðnámið tengdt. Með því að stilla aftur I CQ handvirkt þannig að klipping hefst á sama tíma að ofan og neðan fæst I CQ = 1,84 ma og U CQ = 1,74 V. Hægt er að besta I CQ út frá U CC, R C, R L og U CEK. Mynd 7: Merkisrás nóra Út frá merkisrás nórans er hægt að finna AC viðnámið R L sem u 2 er R L = R C R L u 2 = U CC U CEK þar sem U CEK er praktísk mörk milli virk sviðs og mettunar. Við verðum samt að taka tillit til viðnámssins R C m.t.t. DC þáttsins (R DC ) til að fá bestun I CQ. Þar með er I CQopt : I CQopt = U CC U CEK R DC + R L 6