DR. KOVÁCS ERNŐ TRANZISZTOROS KAPCSOLÁSOK MÉRÉSE

Átírás

1 M I S K L C I E Y E T E M ÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFRMTIKI KR ELEKTRTECHNIKI- ELEKTRNIKI INTÉZET DR. KÁCS ERNŐ TRNZISZTRS KPCSLÁSK MÉRÉSE Mechatronikai mérnöki BSc alapszak Nappali tagozat MÉRÉSI UTSÍTÁS 2016.

2 MISKLCI EYETEM ELEKTRTECHNIKI-ELEKTRNIKI TNSZÉK 1.0 TRNZISZTRS KPCSLÁSK MÉRÉSE mérések célja: megismerni a legalapvetőbb tranzisztoros alapkapcsolásokat, a visszacsatolások hatásait, a munkapont-beállítás módszereit és a stabilizálás lehetőségeit. mérések elméleti alapjait Dr. Kovács Ernő: Elektronika nappali tagozatos mechatronikai mérnököknek jegyzet tartalmazza. Mérő panel: a mérési feladatokat az előre elkészített mérő paneleken kell elvégezni, amelynek vázlatos előlapi képe a mérési leírásban megtalálható. mérendő kapcsolásokat önállóan kell összeállítani a mérőpanel tápfeszültségének kikapcsolása után (szerviz-panelen található két kapcsoló kikapcsolásával). Mérést bekapcsolni csak az összeállított mérési kapcsolás gondos ellenőrzése után szabad. tápellátáshoz szükséges 15-os (és alkalmanként 5-os) tápfeszültséget a mérődobozon kívüli forrásból, általában a laborasztalba beépített tápegységekből nyerjük. mérések megkezdése előtt ezeket a tápegységeket is be kell kapcsolni. szerviz panelen (mérődoboz jobb szélső sáv) található: a) 2 db kis áram-terhelhetőségű (max.15 m-es) tartományban fokozatmentesen állítható belső stabilizált tápegység, amely a mérések során egyenfeszültség-forrásként szolgál. kimeneti feszültség föld vezetéke a műveleti erősítős panel föld vezetékéhez belülről be van kötve, így azt kívülről csatlakoztatni nem kell. b) 2 db banándugó-bnc csatlakozó átalakító (az oszcilloszkóphoz és a jelgenerátorhoz történő egyszerűbb csatlakoztatás érdekében), ahol a BNC csatlakozók háza földpotenciálra van belül bekötve. c) 2 db, mindhárom pontján kivezetett potenciométer (10 k ), amelyet változtatható ellenállásként alkalmazhatunk. mérések során rendelkezésre álló műszerek (I. labor mérőhelyei): 1 db kétsugaras oszcilloszkóp 1 db funkciógenerátor (jelalak generátor) 1 db asztali digitális multiméter 1 db kézi digitális multiméter mérésekről jegyzőkönyvet kell készíteni (mérőcsoportonként), amelynek tartalmaznia kell: a) mérés helyét és idejét, b) mérést végzők nevét, NEPTUN azonosítóját c) mérésben felhasznált mérőeszközök azonosítóit (típus, gyári szám) d) mérési pontok rövid leírását és a mérés során kapott eredményeket e) kapott eredmények kiértékelését, összevetését az elméleti eredményekkel, az esetleges eltérések részletes magyarázatát f) a jegyzőkönyvet a mérésben résztvevőknek aláírásukkal kell hitelesíteni 1.1 Jellemző paraméterek meghatározásának módszerei fejezet célja összefoglalni azokat az ismereteket, amelyek minden lineáris üzemű elektronikus kapcsolás mérésekor közösek. mérések leírása konkrét kapcsolásoktól elvonatkoztatott és követi azt a rajzolási konvenciót, hogy a mérési kapcsolások bemenete a baloldalon, kimenete a jobboldalon található Kivezérelhetőség mérése kivezérelhetőség mérésének célja meghatározni azt a ki- és bemeneti jeltartományt, amelyen belül a kapcsolások még lineárisan működnek. lineáris üzemmód paramétereinek (R be, R ki, u, (f), stb.) mérése csak az így meghatározott jeltartományon belül értelmezhető és megengedett. további méréseket mindig a kivezérelhetőségi tartomány 1/3-2/3 tartományában célszerű végezni. Dr. Kovács Ernő: Tranzisztoros mérések mérési utasítás 2

3 MISKLCI EYETEM ELEKTRTECHNIKI-ELEKTRNIKI TNSZÉK Kivezérelhetőség mérése váltakozó áramú jellel ube uki mérendő áramkör oszcilloszkóp mérés leírása z áramkör frekvencia-független átvitelének tartományában a közepes frekvencián végezzük a mérést (vagy a mérési leírásokban megadott frekvencián). ddig növeljük a bemeneti jelet, amíg a kimenetre csatlakoztatott oszcilloszkópon a jel szemmel érzékelhetően torzulni nem kezd (akár nemlinearítás, akár vágás miatt). Megmérjük a bemeneti (U bemax) és a kimeneti (U kimax) jelet. mérések során az -U kimax<u ki<+u kimax tartományban mérhetünk csak. Megjegyzés: maximális kimeneti feszültség mértéke kismértékben változhat a terhelés, a tápfeszültség és a hőmérséklet függvényében, de laboratóriumi körülmények között állandónak tekinthető. megengedett maximális bemeneti feszültség azonban kapcsolásonként eltérő lehet! Különösen ügyelni kell a kivezérelhetőségre, ha az áramkör erősítése a frekvenciával változik, mert így változatlan bemeneti feszültség esetén is túlvezérlődhet az áramkör! Kivezérelhetőség mérése egyenáramú jellel = T ube uki = Egyenfeszültség-forrás T változtatható kimeneti feszültségű tápegység mérendő áramkör mérés leírása bemeneti egyenfeszültséget (mindkét irányban) addig növeljük, amíg a kimenet már nem tudja arányosan követni a bemeneti feszültség változását. Megmérjük a bemeneti ( U bemax) és a kimeneti ( U kimax) jelet. mérések során csak a -U kimax <u ki< +U kimax tartományban mérhetünk csak. Megjegyzés: kivezérelhetőség mérése egyenfeszültséggel csak DC és/vagy DC+C erősítők esetén lehetséges. váltakozó áramon mért kivezérelhetőség a frekvencia függvényében eltérhet az egyenáramon mért kivezérelhetőségtől! Dr. Kovács Ernő: Tranzisztoros mérések mérési utasítás 3

4 MISKLCI EYETEM ELEKTRTECHNIKI-ELEKTRNIKI TNSZÉK bemeneti ellenállás meghatározása méréssel I2 U1 Rm U2 R m a mérendő áramkör ismert nagyságú ellenállás (a mérési leírásban adott) mérés leírása Bemenetre feszültséget kapcsolunk és mérjük az U 1 és az U 2 feszültségeket. Ügyeljünk arra, hogy a kimeneti jel a maximális kivezérelhetőség értekének 1/3..2/3 tartományában legyen! bemeneti ellenállás meghatározása számítással (tisztán hatásos bemeneti ellenállású áramkör esetén): U 2 U 2 Rbe R m I U U kimeneti ellenállás meghatározása méréssel Ukio Ukit M a) b) M Rt M R t a mérendő áramkör voltmérő ismert nagyságú terhelő-ellenállás (a mérésleírásban adott) Mérés leírása bemeneti feszültség változtatása nélkül mérjük meg terhelés nélkül (a kapcsolás) és terhelés esetén is (b kapcsolás) a kimeneti feszültségeket. Ügyeljünk arra, hogy a kimeneti jel a maximális kivezérelhetőség értekének 1/3..2/3 tartományában legyen terheletlen esetben is! kimeneti ellenállás számítása (hatásos kimeneti ellenállás esetén): u ki0 R ki Rt 1 ukit Dr. Kovács Ernő: Tranzisztoros mérések mérési utasítás 4

5 MISKLCI EYETEM ELEKTRTECHNIKI-ELEKTRNIKI TNSZÉK z erősítés meghatározása méréssel mérés célja: az áramkör frekvencia-független átvitelének tartományában (a közepes frekvencián) meghatározni a kapcsolás erősítését. ube uki csatorna B csatorna a mérendő áramkör oszcilloszkóp Mérés leírása z áramkör frekvencia-független átvitelének tartományában (a közepes frekvencián) végezzük a mérést (ált. a mérésleírásban a konkrét frekvencia adott). Mérjük meg egyidejűleg a kimeneti és a bemeneti jeleket. kimeneti jelnek a maximális kivezérelhetőség értékének 1/3..2/3 rész tartományában kell lennie. z erősítés számolása u ki u 20 * lg [db] (logaritmikus egységben) ube u ki u (abszolút értékben) ube z előjelet a ki- és a bemenet közötti fázishelyzet alapján tudjuk meghatározni (pl. oszcilloszkóppal)! z amplitúdó-átviteli karakterisztika meghatározása méréssel mérés célja: meghatározni az áramkör viselkedését a lineáris működés szempontjából meghatározó frekvenciatartományban. ube uki csatorna B csatorna a mérendő áramkör oszcilloszkóp Dr. Kovács Ernő: Tranzisztoros mérések mérési utasítás 5

6 MISKLCI EYETEM ELEKTRTECHNIKI-ELEKTRNIKI TNSZÉK Mérés leírása bemenetre kapcsolt jelgenerátor frekvenciáját változtatva több frekvencián (ált. 1, 2, 5x10 n Hz, n=1..4 ) egyidejűleg megmérjük a kimeneti és a bemeneti feszültségeket. mérés során a bemeneti feszültség nagyságát nem változtatjuk. Figyelem! bemenetre csak akkora feszültséget szabad kapcsolni, hogy a mérés során a teljes frekvenciatartományban az áramkör ne vezérlődjön túl. a) z amplitúdó -karakterisztika számolása és ábrázolása Példa a táblázatos leírásra f u u ki [db] 20 * lg f [khz] uki [] ube [] u(f) [db] Megjegyzés: célszerűen a fenti frekvenciákon végezzük a mérést, mert így az ábrázolás egyszerűsödik. z adott frekvenciák a logaritmikus skálán közel lineárisan helyezkednek el (a közöttük levő dekadikus távolság közel azonos). mérések során meghatározzuk az alsó- (fa) és a felső (ff) határfrekvenciákat is. frekvencia-független erősítési tartomány közepén értelmezett közepes frekvencián (f0) mért értékhez képest vizsgáljuk, hogy a jel mely frekvenciákon lép ki a 3 db-s sávból. sávszélesség (B) az alsó és a felső határfrekvenciák segítségével számolással határozható meg. Példa az ábrázolásra: be u(f) log(f) [Hz] fa f0 ff B b) Lehetséges közvetlenül db-ben meghatározni az amplitúdó-karakterisztikát (amennyiben a rendelkezésre álló műszerek alkalmasak db skála szerinti mérésre). kimeneti feszültséget mérő műszer által mutatott érték (ha a db 600 -os impedanciára vonatkozik): M ki=20 lg(u ki/0.7746) [dbm] bemeneti feszültséget mérő műszer által mutatott érték (bár a bemeneti feszültséget a mérés során változatlanul tartjuk, a hibájából következően a bemeneti feszültség kis mértékben változhat): M be=20 lg(u be/0.7746) [dbm] z erősítés abszolút-értékben db-ben (f)=m ki-m be [db] c) Lehetőség van az amplitúdó-karakterisztikát (csak a jellegét) illetve a határfrekvenciákat meghatározni relatív frekvencia-karakterisztika méréssel is. Ebben az esetben a közepes frekvencián a kimeneten mért feszültséget 0 Dr. Kovács Ernő: Tranzisztoros mérések mérési utasítás 6

7 MISKLCI EYETEM ELEKTRTECHNIKI-ELEKTRNIKI TNSZÉK db-nek véve (függetlenül annak számszerű értékétől és a továbbiakban a bemeneti feszültséget változatlanul hagyva) változtatva a frekvenciát, az ehhez képesti kimeneti jel változást a műszeren db-ben közvetlenül leolvashatjuk. digitális műszerek egy része lehetővé teszi, hogy relatív 0 db pontot vegyünk fel, így és figyelembe véve, hogy a generátorok általában stabil kimeneti feszültséget biztosítanak a teljes frekvencia tartományban- a karakterisztika közvetlenül méréssel megállapítható Mérőhelyek mérőhelyek tápellátásának be- és kikapcsolása a) Bekapcsolási sorrend: Helyezzük feszültség alá a mérőhelyet a kulcsos főkapcsolóval. Sikertelen bekapcsolási kísérlet esetén ellenőrizze, hogy az asztalban levő kismegszakító vagy az áramvédő-relé nincs-e leoldva. Egyéb esetekben a mérésvezetőt kell értesíteni. z asztali mérőműszerek a mérőhelyek 230 -s betáp-sávjaihoz vannak csatlakoztatva. Kapcsolja be a betáp-sávot a billenő kapcsolójával. Kapcsolja be a mérőműszereket. z asztalok két beépített többcsatornás tápegységgel rendelkeznek. z egyik többcsatornás egység egy fix 5/max.3 és két 0..30/max.1 változtatható beépített tápegységet tartalmaz. másik egység (amelyben beépített panel-mérők vannak) két fix 15/max.1 tápegységet tartalmaz. zt a tápegységet kapcsoljuk be az előlapon található kapcsolókkal, amelyik a mérés során a mérődobozt táplálja. fix 15 feszültségű tápegység előlapján található Hálózati kapcsoló feliratú nyomógomb a tápegység belső egységeire kapcsol csak feszültséget, de tápfeszültség a kimenetre nem kerül. kimenetre a tápfeszültség csak a DC kapcsoló bekapcsolása után kerül. mérődoboz előlapján található 15 és egyes mérések során az 5 feliratú kapcsoló(k) bekapcsolásával adjunk feszültséget a mérőpanelre. mérőpanel tápellátása elsősorban a mérődobozon keresztül az asztalba beépített fix 15 -os tápegységről történik. Mérések egyes fajtáinál +5-ra is szükség van, amelyet a másik beépített többcsatornás tápegység szolgáltat. b) Kikapcsolási sorrend: mérés kikapcsolása az előzőek szerint a bekapcsolással fordított sorrendben történik. c) észlekapcsolás vészlekapcsolásra áramütés veszélye vagy egyéb baleseti helyzetben van szükség. z asztalokba mérőhelyenként beépített vészstp gomb az egész labort feszültségmentesíti (kivétel a falakba beépített 230 -s csatlakozók és a falba beépített betápegység). Ugyanezt érhetjük el a falon található betápegység főkapcsolójának kikapcsolásával is. Csak a laborasztal az asztal betápegységén a kulcsos kapcsoló mellett található kikapcsoló gombbal feszültségmentesíthető. Természetesen a kikapcsolási pontokat megelőző vezetékszakaszok továbbra is feszültség alatt vannak. Megjegyzés: mérőpanelen a Tranzisztoros kapcsolások segédpanelen a felső mezőben tévesen 42 kω került feltüntetésre, helyesen azonban az ellenállás értéke 47 kω! Dr. Kovács Ernő: Tranzisztoros mérések mérési utasítás 7

8 1.2.1 Mérőpanel elrendezése 1N4001 1μF 270kΩ TRNZISZTRS KPCSLÁSK +15 1N nF 100kΩ ZPD4.7 ZPD nF 100nF 27kΩ 27kΩ 1μF 820pF 42k 6,8k 6,8k 6,8k 22μF 1μF 10 kω 100nF 27kΩ BC182 68nF 12kΩ 10 kω 33nF 12kΩ BC182 10nF 8.2kΩ BC182 BC BF244 10nF 4.7nF 6.8kΩ 1kΩ nF 1kΩ 1M 47k 12k 6,8k 2,7k 2,7k 1k 100Ω +5-5 BF nF 100Ω 15 5

9 1.3. Mérési feladatok MISKLCI EYETEM ELEKTRTECHNIKI-ELEKTRNIKI TNSZÉK FE kapcsolás negatív visszacsatolással, osztott emitter-ellenállással U t= 15 R 1 = 47 kω R 2 = 6,8 kω R C = 6,8 kω R E1 = 100 Ω R E2 = 1 kω C 1 = C2 = 1 μf C E = 22 μf C CB = 820 pf Mérési feladatok: R 1 C 1 R 2 U t R c C CB C 2 R E1 + R E2 CE 1. Állítsa össze az ábra szerinti! 2. Mérje meg a munkaponti feszültség értékeket! 3. Mérje meg a maximális kivezérelhetőséget! 4. Mérje meg az erősítést 1 khz-en! 5. Mérje meg a bemeneti ellenállást! (R m = 6,8 kω) 6. Mérje meg a kimeneti ellenállást! (R t = 6,8 kω) 7. Mérje meg és ábrázolja az amplitúdó átviteli karakterisztikát! 8. egye le a C E kondenzátort az R E2 ellenállásról! égezze el az pontok szerinti méréseket! izsgálja meg, hogy mi változott és értelmezze a változásokat! 9. Helyezze vissza a C E kondenzátort és iktasson be a tranzisztor bázis-kollektora közé egy C CB kondenzátort. égezze el a 7. pont szerinti mérést! Mi változott és miért? FC kapcsolás U t U t= 15 R 1 = 47 kω R 2 = 47 kω R E = 6,8 kω C 1 = 1 μf C 2 = 10 μf R 1 C 1 R 2 R E C 2 Mérési feladatok: 1. Állítsa össze az ábra szerinti kapcsolást! 2. Mérje meg a munkaponti feszültség értékeket! 3. Mérje meg az erősítést 1 khz-en! 4. Mérje meg a bemeneti ellenállást! (R m = 6,8 kω) 5. Mérje meg a kimeneti ellenállást! (R t = 1 kω) Dr. Kovács Ernő: Tranzisztoros mérések mérési utasítás 9