ŹRÓDŁA PRĄDOWE

KATEDRA ELEKTRONIKI AGH

L A B O R A T O R I U M

ELEMENTY ELEKTRONICZNE ELEMENTY ELEKTRONICZNE ELEMENTY ELEKTRONICZNE ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Ź RÓDŁA PRĄDOWE

REV. 1.0

1. CEL Ć WICZENIA

Celem ćwiczenia jest praktyczna weryfikacja działania kilku rodzajów źródeł prądowych zbudowanych w oparciu o tranzystory bipolarne.

2. WYKORZYSTYWANE MODELE I ELEMENTY

W trakcie ćwiczenia wykorzystane zostaną:

- płyta prototypowa NI ELVIS Prototyping Board (ELVIS) połączona z komputerem PC, - wirtualne przyrządy pomiarowe:

- Virtual Instruments (VI):

- Two-Wire Current-Voltage Analyzer (2-Wire) - Digital Multimeter (DMM),

- Variable Power Supplies (VPS) - zestaw elementów przedstawionych w Tabeli 1.

Tabela 1. Wartości elementów niezbędnych do wykonania ćwiczenia Rezystory 2x2kΩ, 4.7kΩ, 6.2kΩ, 11kΩ, 43kΩ, 62kΩ

Tranzystor 4xBFP519

3. PRZYGOTOWANIE KONSPEKTU

3.1. Wyszukaj w katalogach, zidentyfikuj i przerysuj do konspektu rozkład wyprowadzeń tranzystora bipolarnego BFP519.

3.2. Spróbuj przeprowadzić analizę jakościową źródła prądowego przedstawionego na rysunku 3.1.

RE

T₁

-UEE

R₁ R₂

R_L

-U_EE R_w

I

(X) (X)

1 1

2 R

U I U

I _C ^CC − ^BE

=

=

1 3

2 R

U I U

I = _C = ^CC − ^BE

( )









+ + + ⋅

+ +

=

B be E

be E m ce

B be E

w R r R

r g R

r R r R

R 1

3.3. Spróbuj wyprowadzić wzór (3.1) określający wartość prądu źródła

I

(3.1)

3.4. * Spróbuj wyprowadzić wzór (3.2) określający rezystancję wewnętrzną źródła Rw. Zamiast tranzystora należy wykorzystać jego zastępczy schemat małosygnałowy (RB=R1IIR2).

(3.2)

* - zadanie ponad obowiązkowe

3.5. Spróbuj wyprowadzić wzór (3.3) określający wartość prądu lustra prądowego przedstawionego na rysunku 3.2. Zauważ, że napięcia UBE1=UBE2, ponadto tranzystor T1

pracuje w połączeniu diodowym (UCE1-UBE1).

Rys. 3.2. Podstawowe lustro prądowe.

(3.3)

3.6. Spróbuj wyprowadzić wzór (3.4) określający wartość prądu lustra prądowego Wilsona przedstawionego na rysunku 3.3. Zauważ, że napięcie UCE1=UBE1+UBE2.

(3.4) T₁

+U_CC R_L R₁

T₂

I

(X)

Rys. 3.3. Lustro prądowe Wilsona.

4. PRZEBIEG Ć WICZENIA

4.1. Połącz elementy według schematu z rys. 3.1: T1
BFP519, R¹=43kΩ, R2= 62kΩ, RE=2kΩ, -UEE=-VPS=-12V. Zamiast rezystora RL (usunięty z obwodu), w punkcie X podłącz DUT+, natomiast do GROUND podłącz DUT-. Uruchom 2-Wire Analyzer, przyjmij zakres zmian wartości napięcia od 0 do +10V z krokiem co +0,05V, ustaw ograniczenie prądowe na +20mA. Dla zadanych ustawień przeprowadź pomiar charakterystyki źródła prądowego I=f(U). Następnie dla zmienionych wartości rezystora RE na 4.7kΩ, i kolejno na 11kΩ, zdejmij charakterystyki I=f(U) źródła prądowego. Zapisz wyniki korzystając z opcji „log”.

4.2. Dla połączonego schematu z rys. 3.1 w wariancie RE=2kΩ, zamiast 2-Wire Analyzer, miedzy punkty X i GROUND podłącz szeregowo połączony amperomierz (DMM) i rezystor obciążenia RL=2kΩ, a następnej kolejności RL=11kΩ. Zmierz w obydwu przypadkach prąd źródła.

4.3. Połącz elementy według schematu z rys. 3.2: T1
BFP519, R¹=11kΩ, +UCC=+VPS=+12V.

Zamiast rezystora RL (usunięty z obwodu), w punkcie X podłącz DUT+, natomiast do GROUND podłącz DUT-. Uruchom 2-Wire Analyzer, przyjmij zakres zmian wartości napięcia od 0 do +12V z krokiem co +0,05V, ustaw ograniczenie prądowe na +20mA. Dla zadanych ustawień przeprowadź pomiar charakterystyki lustra prądowego I=f(U).

Następnie zmień wartość wartości rezystora na R1=4.7kΩ i powtórz pomiary. Zapisz wyniki korzystając z opcji „log”.

4.4. Połącz elementy według schematu z rys. 3.3: T1
BFP519, R¹=11kΩ, +UCC=+VPS=+12V.

Zamiast rezystora RL (usunięty z obwodu) w punkcie X podłącz DUT+, natomiast do GROUND podłącz DUT-. Uruchom 2-Wire Analyzer, przyjmij zakres zmian wartości napięcia od 0 do +12V z krokiem co +0,05V, ustaw ograniczenie prądowe na +20mA. Dla zadanych ustawień przeprowadź pomiar charakterystyki lustra prądowego I=f(U).

Następnie zmień wartość wartości rezystora na R1=4.7kΩ i powtórz pomiary. Zapisz wyniki korzystając z opcji „log”.

T₃

T₁

+UCC

RL

R1

T₂

I

(X)

5. OPRACOWANIE DANYCH POMIAROWYCH

5.1. Narysuj charakterystyki źródła prądowego I=f(U) z punktu 4.1, dla poszczególnych wartości rezystora RE. Czy wartości prądu zgadzają się z teoretycznie wyznaczonymi według wzoru 3.1?

- dla każdego przypadku spróbuj wyznaczyć w sposób graficzny rezystancję wewnętrzną Rw źródła prądowego. Zakładając, że napięcie Early’ego tranzystora UA=200V, β=100, wyznacz parametry małosygnałowe dla RE=2kΩ, w punkcie pracy (UCE=5V, IC=I), a następnie wyznacz teoretyczną wartość Rw według wzoru 3.2,

- jak wyglądałaby charakterystyka I=f(U) ekstrapolowana w kierunku napięć ujemnych, tzn. gdybyśmy zmieniali napięcie U od -10V do +10V, zamiast od 0V d0 +10V. Rozpatrz ten przypadek tylko dla RE=2kΩ,

5.2. Wyjaśnij dlaczego w punkcie 4.2 otrzymano różne wartości prądu w przypadku RL=2kΩ i RL=11kΩ. Dlaczego w drugim przypadku źródło prądowe nie spełnia swojej funkcji? Jaka jest wartość progowa rezystora RL, powyżej której źródło przestaje dostarczać stały prąd?

5.3. Narysuj charakterystyki źródła prądowego I=f(U) z punktu 4.3, dla poszczególnych wartości rezystora R1. Czy wartości prądu zgadzają się z teoretycznie wyznaczonymi według wzoru 3.3?

- dla każdego przypadku spróbuj wyznaczyć w sposób graficzny rezystancję wewnętrzną Rw źródła prądowego,

- jaka byłaby wartość progowa rezystora RL, powyżej której lustro prądowe przestaje dostarczać stały prąd?

5.4. Narysuj charakterystyki źródła prądowego I=f(U) z punktu 4.4, dla poszczególnych wartości rezystora R1. Czy wartości prądu zgadzają się z teoretycznie wyznaczonymi według wzoru 3.4?

- dla każdego przypadku spróbuj wyznaczyć w sposób graficzny rezystancję wewnętrzną Rw źródła prądowego,

- jaka byłaby wartość progowa rezystora RL, powyżej której lustro prądowe przestaje dostarczać stały prąd?

5.5. Spróbuj porównać wyznaczone graficznie Rw dla poszczególnych rodzajów źródeł prądowych.

6. LITERATURA

[1] Wykład (I. Brzozowski, P. Dziurdzia) [2] S. Kuta, „Elektronika” Tom 1