EL 1.1 A PTC Ellenállás

Átírás

1 EL 1.1 A PTC Ellenállás 1 PIB PTC ellenállás 1 árammérő műszer 4 csatlakozó-vezeték tápegység Az izzólámpa nem Ohmos ellenállás. A bekapcsolás után az izzószál ellenállása a hőmérséklet növekedésével megnő. Vannak olyan félvezetők, amelyek hasonlóan viselkednek, azaz ellenállásuk a hőmérséklet növekedésével nő. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A PTC ellenállást és az árammérő műszert (méréshatár 100 ma DC) kössük sorba, és az áramkört csatlakoztassuk 6 V DC kimenetű tápegységre. Mérjük meg a PTC ellenálláson átfolyó áramot különböző hőmérsékleteken. Az ellenállás értéke a tápfeszültségből és a mért áram értékéből az Ohm-törvény alapján számítható ki. 1. Az áram értéke szobahőmérsékleten: I =... ma =... A 6 Volt Ellenállás R = =... Ohm... Amper 2. Melegítsük a PTC ellenállást egy égő gyufával. Olvassuk le az áram értékét és számítsuk ki ismét a PTC ellenállás értékét: I =... ma =... A 6 Volt Ellenállás R = =... Ohm... Amper A PTC ellenállás értéke a hőmérséklet növekedésével nő. Ezt fejezi ki a megnevezés is "Positive Temperature Coefficient" (pozitív hőmérsékleti együtthatójú) ellenállás.

2 EL 1.2 Az NTC Ellenállás 1 PIB NTC ellenállás 1 árammérő műszer 4 csatlakozó-vezeték tápegység Vannak olyan elektronikus félvezető alkatrészek, amelyek ellenállása a hőmérséklet növekedésével csökken. A kísérletben egy ilyen alkatrész viselkedését vizsgáljuk különböző hőmérsékleteken. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az NTC ellenállást és az árammérő műszert (méréshatár 10 ma DC) kössük sorba, és az áramkört csatlakoztassuk 6 V DC kimenetű tápegységre. Mérjük meg az NTC ellenálláson átfolyó áramot különböző hőmérsékleteken. Az ellenállás értéke a tápfeszültségből és a mért áram értékéből az Ohm-törvény alapján számítható ki. 1. Az áram értéke szobahőmérsékleten: I =... ma =... A 6 Volt Ellenállás R = =... Ohm... Amper 2. Melegítsük az NTC ellenállást égő gyufával. Olvassuk le az áram értékét és számítsuk ki ismét az NTC ellenállás értékét: I =... ma =... A 6 Volt Ellenálás R = =... Ohm... Amper Az NTC ellenállás értéke a hőmérséklet növekedésével csökken. Ezt fejezi ki a megnevezés is "Negative Temperature Coefficient" (negatív hőmérsékleti együtthatójú) ellenállás.

3 EL 1.3 A fotóellenállás (LDR) 1 PIB LDR ellenállás 1 árammérő műszer 4 csatlakozó-vezeték tápegység Vannak olyan elektronikus félvezető eszközök, amelyek ellenállása a megvilágítás erősségétől függ. Ezeket az eszközöket fotóellenállásoknak, angol megnevezéssel LDR-nek nevezzük. A kísérlet folyamán egy ilyen eszköz tulajdonságait vizsgáljuk. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az LDR-t és az árammérő műszert (a méréshatár a megvilágítás erősségétől függ, kezdő érték 100 ma DC) kössük sorba, és az áramkört tápláljuk meg 6 V DC kimenetű tápegységről. 1. Mérjük meg az LDR-en átfolyó áramot nappali (vagy mesterséges) megvilágítás mellett: I =...ma=...a 2. Mérjük meg az LDR-en átfolyó áramot megvilágítás nélkül (Takarjuk le az LDR-t pl. egy könyvvel). A műszer méréshatárát állítsuk 30 ma-re. I =...ma=...a Eredmények Az ellenállás értéke a tápfeszültségből és a mért áram értékéből az Ohm-törvény alapján számítható: 6 Volt Ellenállás megvilágítással R = =... Ohm... Amper 6 Volt Ellenállás megvilágítás nélkül R = =... Ohm... Amper Az LDR ellenállás értéke a megvilágítás erősségének növekedésével nő. Az LDR megnevezés fény- (megvilágítás-) függő ellenállást jelent.

4 EL 1.4 A fényerősség mérése 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB LDR ellenállás 1 árammérő műszer 4 csatlakozó-vezeték tápegység Egy munkahely megvilágításának erőssége megmérhető-e egy voltmérővel? A kísérletben láthatjuk, hogy egy LDR megvilágítás okozta ellenállás-változása hogyan alakítható át feszültség változássá. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az LDR-t kössük sorba egy 10kΩ-os ellenállással és a feszültségmérő műszerrel (méréshatár 10V DC) mérjük a feszültséget a 10kΩ-os ellenálláson. Az áramkört tápláljuk meg 6 V DC kimenetű tápegységről. Az LDR-en eső feszültséget úgy kapjuk meg, hogy a teljes (táp-) feszültségből kivonjuk a 10kΩ-os ellenálláson eső feszültséget. Változtassuk az LDR megvilágítását. Azt kell igazolnunk, hogy kisebb megvilágítás esetén a feszültségmérő kisebb feszültséget ill. nagyobb megvilágítás esetén nagyobb feszültséget mutat. Eredmények feszültség a 10kΩ-os ellenálláson feszültség az LDR-en Az LDR ellenállása sötétben megvilágítva

5 EL 1.5 A feszültségfüggő ellenállás (VDR) 1 PIB ellenállás, 100 Ω 1 PIB LDR ellenállás 1 feszültségmérő műszer 1 árammérő műszer 6 csatlakozó-vezeték tápegység Vannak ellenállások melyek értéke nem a hőmérséklettől, vagy a megvilágítástól függenek, hanem a rajtuk eső feszültségtől. Ezeket az ellenállásokat feszültségfüggő, vagy angol rövidítéssel VDR ellenállásoknak nevezzük. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 100Ω-os ellenállást, az árammérő műszert (méréstartomány 30 ma) és a VDR-t sorba kötjük, és változtatható kimenő feszültségű DC tápegységről megtápláljuk. A tápegységen kezdeti értéknek 0V-ot állítunk be. A feszültségmérőt, amelyen kezdeti értéknek 10 V DC méréstartományt állítunk be, párhuzamosan kötjük a VDR-el. Amikor a feszültségmérőn a mutató 10 V-nál nagyobb feszültséget mutat, kapcsoljunk magasabb méréstartományba. Kezdjük el növelni a tápegység feszültségét a táblázatban megadott értékek szerint és töltsük ki a táblázatot. A VDR értéke a rajta eső feszültségből (feszültségmérőn leolvasott érték) és a rajta átfolyó áramból (árammérőn leolvasott érték) számítható ki. U Volt Leolvasott feszültség (U) Leolvasott áram (I) Ellenállás R = ( ) I Amper 1 V ma = A Ω 2 V ma = A Ω 3 V ma = A Ω 4 V ma = A Ω A VDR ellenállása a feszültség növelésével nő. A VDR angol jelentése "Voltage Dependant Resistor"

6 EL 1.6 A fényelem 1 tokozott fényelem 1 PIB kísérleti motor 1 mérőműszer 2 csatlakozó-vezeték A fény energiája fényelem segítségével elektromos energiává alakítható át. Előkészületek A feszültségmérő műszert (beállított méréstartomány 1 V) a fényelemhez csatlakoztatjuk. 1. Először megmérjük a fényelem kimenő feszültségét úgy, hogy a fényelemet letakarjuk. Majd a fényelemet megvilágítjuk egy izzólámpával (vagy napsugárzásnak tesszük ki) úgy, hogy a fényelem felületét félig letakarjuk és mérjük a kimenő feszültségét. Ezután a fényelemet teljes felületén megvilágítjuk ugyanazzal a fényforrással és mérjük a kimenő feszültségét. A fényelem kimenő feszültsége letakart állapotban:... V A fényelem kimenő feszültsége félig letakart állapotban:... V A fényelem kimenő feszültsége teljes megvilágítás mellett:... V 2. Most a fényelem által szolgáltatott áramot mérjük. Az árammérőt 300mA DC állásba kapcsoljuk, és az ábrán látható módon csatlakoztatjuk a fényelemhez. A méréseket az 1. feltételeinek megfelelően végezzük el. A fényelem kimenő feszültsége letakart állapotban:... V A fényelem kimenő feszültsége félig letakart állapotban:... V A fényelem kimenő feszültsége teljes megvilágítás mellett:... V 3. A fényelem alkalmazása. A fényelemet a kísérleti motorhoz csatlakoztatjuk, és a fényelemet napsugárzásnak tesszük ki (vagy izzólámpával megvilágítjuk). Megjegyzés Ha a megvilágítás erőssége nem megfelelően nagy, és a motor nem akarna elindulni, próbáljuk a motort kézzel elindítani. ek A fényelem által szolgáltatott feszültség kb V. Ez függ a megvilágítás erősségétől és a fényelem (megvilágított) felületétől. Az összefüggés a kimenő feszültség és a megvilágított felület között nemlineáris. A fényelem által szolgáltatott áram egyenesen arányos a megvilágítás erősségével és a megvilágított felület nagyságával. A fényelemmel akár elektromotor is hajtható.

7 EL 2.1 A szilícium-dióda 1 PIB izzófoglalat E10 1 PIB szilícium-dióda 1 izzó E10, 10V/0.05A 2 csatlakozó-vezeték tápegység Egy ohmos ellenállás vagy egy izzólámpa esetén nem számít az adott alkatrészen átfolyó áram iránya. Igaz ez vajon más elektronikus eszközökre is? A kísérletben a szilícium-dióda viselkedését vizsgáljuk. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A szilícium-diódát az ábrán látható iránnyal dugaszoljuk az áramkörbe (Ez, mármint az áram pozitívból negatívba vonatkozó iránya, az áram technikai iránya is). Az áramkört a tápegységre csatlakoztatva ellenőrizzük, hogy világít-e az izzó. A diódának ezt az irányát nyitó iránynak nevezzük. Most fordítsuk meg a diódát. Ekkor a nyíl a negatívból a pozitív irányba fog mutatni. Világít-e most is az izzó? A diódának ezt a irányát záró iránynak nevezzük. A dióda az elektromos áramot csak egyik irányban vezeti. Azaz a dióda úgy működik, mint egy szelep. A dióda nyíllal jelölt szimbóluma egyben a dióda vezető irányát is mutatja.

8 EL 2.2 A szilícium-dióda nyitóirányú feszültsége 1 PIB izzófoglalat E10 1 PIB szilícium dióda 1 izzó E10, 10V/0.05A 1 mérőműszer 2 csatlakozó vezeték 1 tápegység Megvizsgáljuk, hogy a szilícium-dióda záróirányban teljesen zár-e (szakadásnak látszik-e) és nyitó irányban teljesen vezető-e (rövidzárként viselkedik-e), azaz nem esik rajta feszültség. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A szilícium-diódát az ábra szerint kössük sorba az izzólámpával (E10, 10V/0.05A). A diódával párhuzamosan kötött feszültségmérővel a diódán eső feszültséget mérjük. 1. A dióda záróirányban van csatlakoztatva az áramkörbe. A feszültségmérő által mutatott érték:... V Összehasonlításképpen mérjük meg a tápfeszültséget is! A teljes tápfeszültség a diódán esik. Az izzólámpán nincs feszültségesés, mivel az áramkörben áram nem folyik. (Ha U=0 akkor U=I*R=0) 2. Fordítsuk meg a diódát. Most a dióda nyitóirányban lesz az áramkörben. A feszültségmérő által mutatott érték:... V A diódán valamekkora feszültség esik, azaz a dióda nem vezet tökéletesen. A nyitó irányban bekötött diódán eső feszültséget nyitóirányú feszültségnek nevezzük. A nyitóirányban bekötött diódát nyitóirányban előfeszített, a záróirányban bekötött diódát záróirányban előfeszített diódának nevezzük. A záróirányban előfeszített dióda szakadásként viselkedik, és rajta a teljes tápfeszültség megjelenik. A nyitóirányban előfeszített dióda nem viselkedik tökéletes rövidzárként, rajta feszültség az u.n. nyitóirányú feszültség (szilícium-dióda esetén kb. 0.7 V) esik.

9 EL Félvezető diódák karakterisztikái 1 PIB ellenállás, 100 Ω 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB szilícium (Si) dióda 1 PIB germánium (Ge) dióda 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A kísérletben összefüggést keresünk a szilícium (Sí) és germánium (Ge) diódákon eső feszültség és a rajtuk átfolyó áram között. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Először a Sí-dióda viselkedését vizsgáljuk. A diódát nyitóirányban csatlakoztatjuk az áramkörbe. A 100 Ω-os ellenállás a dióda védelmét szolgálja. A diódán eső feszültséget a diódával párhuzamosan kötött, 3 V DC méréstartományba kapcsolt műszer méri. A diódával sorbakötött, 30 ma DC méréshatárba kapcsolt műszer a diódán átfolyó áramot méri. A kísérlet kezdetén a tápfeszültség értéke nulla. 1. A tápfeszültséget lassan növeljük úgy, hogy a diódán eső feszültség a táblázatban megadott értékű legyen. A táblázatba beírjuk az egyes feszültségekhez leolvasott áram értékeket. Feszültség (V) Áram (ma) A feszültség és áram értékeket jelöljük be a diagramon és a pontokat kössük össze egyenes vonallal. 2. Cseréljük ki a Sí-diódát Ge-diódára, a 100Ω-os ellenállást 500 Ω-ra. A dióda nyitóirányban legyen előfeszítve. Ismételjük meg az 1. et. Feszültség (V) Áram (ma) A feszültség és áram értékeket jelöljük be a diagramon, és a pontokat kössük össze egyenes vonallal. 3. Csatlakoztassuk most a diódákat záróirányban az áramkörbe, és a tápfeszültséget állítsuk 10 V-ra. A feszültségmérő most sokkal nagyobb feszültséget mutat, mint az előző két kísérletben. Ha az így mért értékeket szintén diagramban kívánjuk ábrázolni, a feszültség és áramértékekhez más skálázást kell választanunk. A dióda árama függ a diódán eső feszültségtől. Ha az egyes feszültség-áram értékeket diagramban ábrázoljuk, megkapjuk a dióda karakterisztikáját. A záróirányban előfeszített diódán igen kis áram folyik. Ezt az áramot záróirányú áramnak nevezzük.

10 EL 2.3 A dióda, mint műszervédelem 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB ellenállás, 100 Ω 1 PIB szilícium (Si) dióda 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 mérőműszer 4 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A Si-dióda nyitóirányú feszültsége kb. 0.7 V. A diódának ez a tulajdonsága a gyakorlatban felhasználható műszervédelemre is. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A Si-diódát először hagyjuk ki az áramkörből. A bal oldali izzó fényereje fogja mutatni az áramkörre kapcsolt feszültség növekedését, a jobb oldali izzó műszerként működik és a rajta eső feszültségnek megfelelően fog változni a fényereje. Ezen az izzón eső feszültséget egy, 10 V DC méréstartományba kapcsolt feszültségmérővel is mérjük. 1. Növeljük a tápfeszültséget lassan 0-tól 8 V-ig. Mindkét izzó világít. Ha most a jobboldali izzó helyén egy érzékeny műszer lenne, a műszer tönkremehetne, mivel a feszültség meghaladja a műszer méréstartományát. 2. A tápfeszültséget állítsuk vissza 0 V-ra. A diódát az ábrának megfelelően csatlakoztassuk az áramkörbe. Növeljük ismét a feszültséget lassan 8 V-ig. A jobboldali izzó nem világít, és a műszer mutatja, hogy az izzón eső feszültség kb. 0.7 V. Egy érzékeny műszer védelme megvalósítható egy, a műszerrel párhuzamosan nyitóirányban bekötött Si-diódával. Megjegyzés Két ellentétes irányban párhuzamosan kötött diódával a műszer mindkét-polaritású túlfeszültség ellen védhető.

11 EL 2.4 A fénykibocsátó dióda (LED) 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB piros LED 1 izzó, E10, 10V/0.05A 2 csatlakozó-vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A kísérletben a fénykibocsátó dióda, angol nevén LED (Ligt Emitting Diode = fényemittáló dióda) tulajdonságait vizsgáljuk. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az E10, 10V/0.05A-es izzó és a LED sorba vannak kötve. 1. A LED nyitóirányban van bekötve. Növeljük a tápfeszültséget 0-ról 6 V-ig. Amint a tápfeszültség eléri a 4 V-ot, mind a LED mind az izzó világítani kezd. 2. Fordítsuk meg a LED-et. Most a LED záróirányban lesz bekötve. Emeljük ismét a feszültséget 0-ról 6 V-ig. Azt tapasztaljuk, hogy sem a LED sem az izzó nem világít. A fénykibocsátó dióda világít, ha nyitóirányban van előfeszítve, és áram folyik rajta. Vigyázat! A LED mindig csak előtét-ellenállással használható, mivel a LED árama nem haladhatja meg a 20mA-t, ennél nagyobb áramnál a LED tönkremegy! (Az izzó a kísérlet kedvéért van az ellenállás helyett bekötve.)

12 EL A fénykibocsátó dióda (LED) nyitóirányú feszültsége 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB piros LED 1 izzó, E10, 10V/0.05A 6 csatlakozó vezeték 2 mérőműszer 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A kísérletben meghatározzuk a fénykibocsátó dióda (LED) nyitóirányú feszültségét. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A LED sorba van kötve az izzóval (E10, 10V/0.05A) és az árammérő műszerrel, amelynek méréshatárát 30 ma DC-re állítjuk be. A 10V DC méréshatárba kapcsolt feszültségmérővel a LED-en eső feszültséget mérjük. 1. A LED-t záróirányba csatlakoztatjuk az áramkörbe és a tápegységről 6 V DC feszültséget adunk az áramkörre. A LED-en eső feszültség:... V Az összehasonlítás kedvéért merjük meg a tápfeszültséget is. Láthatjuk, hogy a teljes tápfeszültség megjelenik a LED-en. Az izzón nem esik feszültség, így az nem is világít (Ha U=0 akkor I=0) 2. A LED-t most nyitóirányba csatlakoztatjuk az áramkörbe és a tápegységről 6 V DC feszültséget adunk az áramkörre. A LED-en eső feszültség:... V Ezt a feszültséget nevezzük a LED nyitóirányú feszültségének. Záróirányba előfeszített LED esetén a teljes tápfeszültség a LED-en esik. A LED nyitóirányú feszültsége, a LED fajtájától függően V.

13 EL 2.5 Polaritás jelzés LED-del 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB ellenállás, 1 kω 2 PIB piros LED 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Két dióda és két védőellenállás segítségével polaritás-jelző áramkör építhető, mellyel, pl. a tápegység kimenő feszültségének polaritása jelezhető ki. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A két LED egyenként sorba van kötve egy-egy védőellenállással. A LED-ek az áramkörbe ellentétes polaritással vannak csatlakoztatva. 1. Csatlakoztassuk a 6V DC tápfeszültséget az áramkörre és váltogassuk a tápfeszültség polaritását. Minden esetben az a LED gyullad ki, amelynek a bekötési szimbólumának a negatív oldala a tápfeszültség negatív pólusa felé esik. 2. Csatlakoztassunk most az egyenfeszültséget szolgáltató tápegység helyére egy 6V AC (váltakozó) feszültséget szolgáltató tápegységet. Miért fog most mindkét LED világítani? A LED-ek azon tulajdonsága, hogy vezető irányban bekötve fényt bocsátanak ki, felhasználható polaritás jelzésére. AC feszültséget kapcsolva a LED-ekre mindkét LED másodpercenként 50-szer kerül nyitóirányú állapotba, azaz másodpercenként ötvenszer gyullad ki, ezért ez az emberi szemnek úgy tűnik, hogy a LED-ek folyamatosan világítanak.

14 EL Változó frekvenciájú jel polaritásjelzése 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB ellenállás, 1 kω 2 PIB piros LED 2 csatlakozó vezeték 1 funkció generátor 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Két LED és két ellenállás segítségével polaritás jelző áramkör építhető. A kísérletben megvizsgáljuk, hogy váltakozó frekvenciájú jelnél, hogyan alkalmazható a LED polaritás jelzésre. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A két LED egyenként sorba van kötve egy-egy védőellenállással. A LED-ek az áramkörbe ellentétes polaritással vannak csatlakoztatva. Az áramkörhöz 12V AC kimenő feszültségű jelgenerátort (funkció generátort) csatlakoztatunk. A jelgenerátor szinuszos feszültségforrásként működik az áramkörre nézve. 1. A funkció generátor kimenő jelének frekvenciáját állítsuk 1 Hz-re. A LED-ek felváltva fognak kigyulladni. Minden egyes alkalommal az a LED gyullad ki, amelynek a bekötési szimbólumának a negatív oldalára a bemenő jel negatív polaritása kerül. 2. Lassan növeljük a funkció generátor kimenő frekvenciáját. A két LED a növekvő frekvenciának megfelelően egyre gyorsabban fog villogni. Kb. 20 Hz-nél már úgy látjuk, hogy a LED-ek folyamatosan világítanak, mivel az emberi szem nem képes tovább követni a LED-ek villogását. Ugyanez történik, ha a LED-eket a hálózati 50Hz-es frekvenciájú jellel tápláljuk meg. A LED-ek azon tulajdonsága, hogy vezető irányban bekötve fényt bocsátanak ki, felhasználható polaritás jelzésére. A LED-ek polaritás jelzésére csak alacsony frekvenciájú áramkörökben használhatók, mivel 20Hz fölött az emberi szem a villogást már nem érzékeli. Ekkor minkét LED-et világítani látjuk.

15 EL 2.6 A Zener-dióda 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB Zener-dióda, 4.7V 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 mérőműszer 4 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A Zener diódák nyitóirányban ugyanúgy viselkednek, mint a szilícium-diódák, azonban záróirányban a viselkedésük jelentősen különbözik a szilícium-diódák viselkedésétől. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Az izzó és a záró-irányban előfeszített Zener-dióda sorosan kapcsolódik egymáshoz. A feszültségmérő a Zener-diódán eső feszültséget méri. A kísérlet kezdetén a tápegység kimenő feszültségét állítsuk nullára. Lassan emeljük a tápegység kimenő feszültségét 0-ról 10 V-ig. Figyeljük meg az izzó viselkedését és a feszültségmérő által mutatott értéket. Eredmény A feszültség a Zener-diódán csak 4.7 V-ig emelkedik, ez után gyakorlatilag állandó marad annak ellenére, hogy a bemenő feszültséget tovább növeljük. Az izzó kigyullad, jelezve, hogy a Zenerdiódán áram folyik annak ellenére, hogy a Zener-dióda záróirányban van előfeszítve. Ha a Zener-diódát zóróirányban kötjük be (feszítjük elő), egy adott feszültségnél, amelyet a Zenerdióda letörési feszültéségének nevezünk, a Zener-dióda vezetni kezd. A tápfeszültség növekedése ellenére a Zener-diódán eső feszültség jó közelítéssel állandó marad (miközben a rajta átfolyó áram értéke nő!)

16 EL 2.7 A feszültség stabilizálás 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB ellenállás, 1 kω 1 PIB Zener-dióda, 4.7V 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 mérőműszer 4 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A Zener-diódának azt a tulajdonságát, hogy a rajta eső feszültség jó közelítéssel állandó marad annak ellenére, hogy a tápfeszültséget növeljük (változtatjuk), feszültség stabilizálásra használhatjuk. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A kísérlet kezdetén a Zener-diódát ne csatlakoztassuk az áramkörbe. Az izzólámpa előtét ellenállásként működik, hogy jelezze majd, hogy a Zenerdiódán áram folyik. A kísérlet kezdetén a tápegység kimenő feszültségét állítsuk nullára. 1. Emeljük lassan a tápegység kimenő feszültségét 0-ról 10 V-ig. A feszültségmérő mutatja, hogy az 1 kω-os ellenálláson a feszültség majdnem 10 V-ra nő meg. Az izzó nem világít. 2. Állítsuk vissza a tápfeszültség kimenő feszültségét 0 V-ra. Csatlakoztassuk a Zener-diódát az áramkörbe az ábrán látható módon. Emeljük lassan a tápegység kimenő feszültségét 0-ról 10 V-ig. Eredmény A feszültségmérő most max. 4.7 V-ot mutat, és a lámpa kigyullad, jelezve, hogy a Zener-diódán áram folyik. A feszültségstabilizáló áramkör a Zener-dióda letörési feszültségét használja ki stabilizálásra.

17 EL 3.1 A tranzisztor valóban két diódából áll? 2 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 izzó, E10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Egy tranzisztor három rétegből áll. A kísérletünkben azt vizsgáljuk, hogy az egyes rétegek milyen irányban vezetik az áramot. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tranzisztor és a két izzó az ábrán látható módon sorba vannak kötve egymással. Az első kísérletben a kollektor (C) és a bázis (B) közé, a második kísérletben a bázis (B) és az emitter (E) közé adunk feszültséget és vizsgáljuk az adott átmenet, továbbiakban bázis-kollektor (B-C) és a bázis-emitter (B-E) átmenet viselkedését. 1. Vizsgáljuk a B-C átmenetet. Az ábrának megfelelő módon az átmenetre adott feszültség polaritása legyen olyan, hogy a pozitív polaritás kerüljön a kollektorra. Majd fordítsuk meg a feszültség polaritását. Figyeljük meg, hogy az izzó melyik esetben gyullad ki. Az izzó akkor gyullad ki, ha a kollektoron a feszültség polaritása Most a bázis-emitter kört vizsgáljuk az első kísérlethez hasonló módon. Figyeljük meg, hogy az izzó melyik esetben gyullad ki. Az izzó akkor gyullad ki, ha az emitteren a feszültség polaritása... A tranzisztor úgy viselkedik, mintha két diódából állna. A kísérletekből következik, hogy a két dióda az alábbi ábrának megfelelően csatlakozik egymáshoz. (Fontos: Két különálló diódából nem lehet tranzisztort készíteni!!!)

18 EL Hogyan viselkedik a PNP tranzisztor 2 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB tranzisztor, PNP, bázis a baloldalon 2 izzó, E10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Az NPN tranzisztor csak akkor vezeti az áramot, ha a kollektora negatív, a bázisa pozitív feszültséget kap. Vizsgáljuk most meg, hogy hogyan viselkedik a PNP tranzisztor. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tranzisztor és a két izzó az ábrán látható módon sorba vannak kötve egymással. Az első kísérletben a kollektor (C) és a bázis (B) közé, a második kísérletben a bázis (B) és az emitter (E) közé adunk feszültséget és vizsgáljuk az adott átmenet, továbbiakban bázis-kollektor (B-C) és a bázis-emitter (B-E) átmenet viselkedését. 1. Vizsgáljuk a B-C átmenetet. Az ábrának megfelelő módon az átmenetre adott feszültség polaritása legyen olyan, hogy a pozitív polaritás kerüljön a kollektorra. Majd fordítsuk meg a feszültség polaritását. Figyeljük meg, hogy az izzó melyik esetben gyullad ki. Az izzó akkor gyullad ki, ha a kollektoron a feszültség polaritása Most a bázis-emitter kört vizsgáljuk az első kísérlethez hasonló módon. Figyeljük meg, hogy az izzó melyik esetben gyullad ki. Az izzó akkor gyullad ki, ha az emitteren a feszültség polaritása... A tranzisztor úgy viselkedik, mintha két diódából állna. A kísérletekből következik, hogy a két dióda az alábbi ábrának megfelelően csatlakozik egymáshoz. (Fontos: Két különálló diódából nem lehet tranzisztort készíteni!!!)

19 EL 3.2 A bázisáram vezérli a kollektor áramot (NPN tranzisztor) 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 PIB ellenállás, 10 kω 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Az előző kísérletek szerint a tranzisztor tekinthető úgy, mint két záróirányban sorbakötött dióda. Ennek megfelelően az emitter-bázis-kollektor körben nem folyhat áram, mert valamelyik dióda mindig záróirányban lesz előfeszítve. Ezt vizsgáljuk most a kísérletben. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tápfeszültség (8 V DC) pozitív pólusa az izzón keresztül csatlakozik a tranzisztor kollektorára. A kísérlet kezdetén az L-el jelölt vezetéket ne csatlakoztassuk az áramkörbe. Kapcsoljuk rá az áramkörre a feszültséget. Láthatjuk, hogy az izzó nem világít, mivel nem folyik áram a kollektor-bázis-emitter körben. Kapcsoljuk ki a feszültséget, és az L-el jelölt vezetéket csatlakoztassuk az áramkörbe. Így a bázis 10 kω-on keresztül a tápfeszültség pozitív pontjára csatlakozik. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. Láthatjuk, hogy most az izzó világít, jelezve, hogy a kollektor-bázis-emitter körben áram folyik. A tranzisztor két-diódás modellje nem jellemzi helyesen a tranzisztor működését. Jóllehet a kétdiódás tulajdonság is kihasználható bizonyos esetekben, a fő jellemzője a tranzisztornak az, hogy a bázisáram hatására az emitter-kollektor körben áram folyik.

20 EL A bázisáram vezérli a kollektor áramot (PNP tranzisztor) 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB tranzisztor, PNP, bázis a baloldalon 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 PIB ellenállás, 10kΩ 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Az előző kísérlet mintájára most a PNP tranzisztor tulajdonságait vizsgáljuk. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A tápfeszültség (8 V DC) negatív pólusa az izzón keresztül csatlakozik a tranzisztor kollektorára. A kísérlet kezdetén az L-el jelölt vezetéket ne csatlakoztassuk az áramkörbe. Kapcsoljuk rá az áramkörre a feszültséget. Láthatjuk, hogy az izzó nem világít, mivel nem folyik áram a kollektor-bázis-emitter körben. Kapcsoljuk ki a feszültséget, és az L-el jelölt vezetéket csatlakoztassuk az áramkörbe. Így a bázis 10kΩ-on keresztül a tápfeszültség negatív pontjára csatlakozik. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. Láthatjuk, hogy most az izzó világít, jelezve, hogy a kollektor-bázis-emitter körben áram folyik A tranzisztor két-diódás modellje nem jellemzi helyesen a tranzisztor működését. Jóllehet a kétdiódás tulajdonság is kihasználható bizonyos esetekben, a fő jellemzője a tranzisztornak az, hogy a bázisáram hatására az emitter-kollektor körben áram folyik.

21 EL 3.3 A tranzisztor, mint erősítő 1 PIB izzófoglalat, E10 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó, E10, 10V/0.05A 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB ellenállás, 4.7 kω 1 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A tranzisztor bázisáramának kis változásai a kollektoráramban nagy változásokat okoznak. A tranzisztor jel-erősítő hatása ezen a tényen alapul. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisáramot a báziskörbe kötött árammérő (méréshatár 30mA) mutatja. A kollektor körben folyó áramot egy másik, 100mA méréshatárba kapcsolt árammérő műszerrel mérjük. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget. Mérjük meg a bázis és a kollektor áramát úgy, hogy a báziskör-be csak az ábrán látható 10kΩ-os ellenállás van bekötve, majd a mérést ismételjük meg úgy, hogy a 10 kω helyére kössük be a 4.7kΩ-os ellenállást. A mért értékeket írjuk be az alábbi táblázatba és számítsuk ki a kollektor ill. a bázisáramban bekövetkezett változást. Kollektor áram, ma Bázisáram, ma Bázis ellenállás 10 kω Bázis ellenállás 4.7 kω Áramváltozás (ma) Most osszuk el a kollektor áram változását a bázisáram változásával. kollektor áram változása Erőrősít = = bázis áram változása A kollektoráram változása kb. 40-szerese a bázisáram változásának. Ezt az értéket a tranzisztor erősítési tényezőjének nevezzük, azaz ebben az esetben az erősítési tényező értéke 40.

22 EL Földelt bázisú kapcsolás (áramerősítés) 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB potenciométer, 470 Ω 1 PIB telep, 1.2 V 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A bázis a kollektor és az emitter áram vonatkoztatási pontja. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt bázisú kapcsolás azt jelenti, hogy a bázis a közös pontja mind a kollektor-bázis, mind az emitter-bázis feszültségnek. Az emitter és kollektor áramot egy-egy, 30mA méréshatárba kapcsolt műszerrel mérjük. Az emitter áram, továbbiakban I E, értéke egy potenciométerrel változtatható. A kollektor körbe kötött műszerrel mérjük az emitter áram változásához tartozó kollektor áramot, továbbiakban I C -t. A kollektor áram változásának és az emitter áram változásának hányadosa adja a földelt bázisú kapcsolás áramerősítési tényezőjét. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (10V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először 2 ma-t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért kollektor áram értékét. Most állítsuk az emitter áramot 10 ma-re, szintén olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért kollektor áram értéket. Emitter áram I E (ma) 2 10 Áram változása: 8 ma Kollektor áram I B (ma) Áram változása: ma kollektor áram változása = I C Áramerosit és = = emitter áram változása I E ( a továbbiakban a (delta) mindig adott értékek különbségét jelenti.) A földelt bázisú kapcsolás áramerősítése (áramerősítési tényezője) valamivel kisebb, mint 1.

23 EL Földelt bázisú kapcsolás (feszültség erősítés) 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB potenciométer, 470 Ω 1 PIB telep, 1.2 V 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A bázis a kollektor és az emitter áram vonatkoztatási pontja. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt bázisú kapcsolás azt jelenti, hogy a bázis a közös pontja mind a kollektor-bázis, mind az emitter-bázis feszültségnek. A kollektor-bázis feszültséget egy 10 V méréshatárba kapcsolt, az emitter-bázis feszültséget egy 1 V méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A bázis-emitter feszültség, továbbiakban U BE, értéke egy potenciométerrel változtatható. A kollektor körbe kötött műszerrel mérjük az emitter feszültség változásához tartozó kollektor feszültséget, továbbiakban U CB -t. A kollektor feszültség változásának és az emitter feszültség változásának hányadosa adja a földelt bázisú kapcsolás feszültség erősítési tényezőjét. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (10 V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először U CB =8 V-t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért U CB értéket. Most állítsuk az emitter feszültséget úgy, hogy U CB =0 V (vagy nullához közeli érték) legyen. Olvassuk le ismét és írjuk be a táblázatba a mért U CB értéket. Kollektor-bázis feszültség U CB (V) 8 0 Feszültség változás: 8 V Bázis-emitter feszültség U BE (V) Feszültség változás: V kollektor feszültség változása U Feszültségerösítés = = emitter feszültség változása U ( a továbbiakban a (delta) mindig adott értékek különbségét jelenti.) A földelt bázisú kapcsolás feszültség-erősítése (feszültség-erősítési tényezője) 100 és 1000 között van. CB BE =

24 EL Földelt kollektorú kapcsolás (áramerősítés) 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A kollektorpont az áramok vonatkoztatási pontja. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt kollektorú kapcsolás azt jelenti, hogy a kollektor a közös pontja mind a kollektor-bázis, mind az emitter-bázis feszültségnek. A kollektorbázis áramot egy 30mA méréshatárba kapcsolt, az kollektor-emitter áramot egy 100mA méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A kollektor-bázis áram, továbbiakban I CB, értéke a potenciométerrel változtatható. Az ehhez a bázisáramhoz tartozó emitter áramot, továbbiakban I CE, az emitter körbe kötött műszerrel mérjük. A bázisáram változásának és az emitter áram változásának hányadosa adja a földelt kollektorú kapcsolás áramerősítési tényezőjét. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (8 V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először I CB =0.1 ma-t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért I CE értéket. Most állítsuk be a bázisáramot I CB =0.3 ma-re. Olvassuk le ismét és írjuk be a táblázatba a mért I CE értéket. Kollektor-bázis áram I CB (ma) Áram változása: 0.2 ma Kollektor-emitter áram I CE (ma) Áram változása: ma Áramerösítés = kollektor - emitter áram változása kollektor - bázis áram változása = I I A földelt kollektorú kapcsolás áramerősítése (áramerősítési tényezője) között van. CE CB =

25 EL Földelt kollektorú kapcsolás (feszültség-erősítés) 1 PIB ellenállás, 100 Ω 1 PIB ellenállás, 500 Ω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A kollektorpont a feszültségek vonatkoztatási pontja. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt kollektorú kapcsolás azt jelenti, hogy a kollektor a közös pont (a kollektor a közvetlenül a tápfeszültségre csatlakozik). A kollektor-bázis feszültséget egy 10 V méréshatárba kapcsolt, az kollektor-emitter feszültséget egy 10 V méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A kollektor-bázis feszültség, továbbiakban U CB értéke a potenciométerrel változtatható. A kollektor-emitter közé kötött műszerrel mérjük a kollektor-emitter feszültség, továbbiakban U CE változását. A kollektor-emitter feszültség változásának és a kollektorbázis feszültség változásának hányadosa adja a földelt kollektorú kapcsolás feszültség erősítési tényezőjét. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (8 V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először U CB =2 V- t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért U CE értéket. Most állítsunk be U CB =7 V feszültséget. Olvassuk le ismét és írjuk be a táblázatba a mért U CE értéket. Kollektor-bázis feszültség U CB (V) 2 7 Feszültség változás: 5 V Kollektor-emitter feszültség U CE (V) Feszültség változás: V Feszültség erösítés = kollektor - emitter kollektor - bázis feszültség változása U = feszültség vátozása U A földelt kollektorú kapcsolás feszültség-erősítése (feszültség-erősítési tényezője) valamivel kisebb, mint 1. CE CB =

26 EL Földelt-emitterű kapcsolás (áramerősítés) 1 PIB ellenállás, 100 Ω 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Ebben a kapcsolásban az emitter a feszültségek vonatkoztatási pontja. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A földelt-emitterű kapcsolás azt jelenti, hogy az emitter a kollektor és bázis áram közös pontja. A bázisáramot egy 30 ma DC méréshatárba kapcsolt, a kollektor áramot egy 100 ma DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A bázisáram, továbbiakban I B, értéke a potenciométerrel változtatható. A bázisáram változásához tartozó kollektor-áram változásának és a bázisáram változásának hányadosa adja a földelt-emitterű kapcsolás áram erősítési tényezőjét. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (10 V) és a potenciométer segítségével állítsunk be először I B =0.1 ma-t. Olvassuk le és írjuk be a táblázatba a mért I C értéket. Most állítsunk be I B =0.3 ma áramot. Olvassuk le ismét és írjuk be a táblázatba a mért I C értéket. Bázisáram I B (ma) Áramváltozás: 0.2 ma Kollektor-áram I C (ma) Áramváltozás: ma bázisáram változása = I C Áramerösítés = = kollektor áram változása I B A földelt-emitterű kapcsolás áramerősítése (áramerősítési tényezője) között van.

27 EL NPN tranzisztor átviteli karakterisztikája 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A kísérletben NPN tranzisztor kollektor áramának bázisáramtól való függőségét vizsgáljuk úgy, hogy a kollektor körben nincs terhelő ellenállás.. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisáramot egy 30 ma DC méréshatárba kapcsolt, a kollektor áramot egy 100 ma DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A bázisáram, továbbiakban I B, értéke a potenciométerrel változtatható.. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (6V) és a potenciométer segítségével állítsuk be a táblázat szerinti bázisáram értékeket (I B ). Olvassuk le és írjuk be a táblázatba az egyes bázisáram értékekhez tartozó kollektor áram értékeket (I C ) értéket. Bázis áram I B (ma) Kollektor áram I C (ma) Ábrázoljuk a mért értékeket a következő diagramban: Az összefüggés a bázisáram és a kollektor áram között közel lineáris.

28 EL PNP tranzisztor átviteli karakterisztikája 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB tranzisztor, PNP, bázis a baloldalon 2 mérőműszer 6 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A kísérletben PNP tranzisztor kollektor áramának bázisáramtól való függőségét vizsgáljuk úgy, hogy a kollektor körben nincs terhelő ellenállás.. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Vigyázzunk a tápfeszültség polaritására!! (Fordított az NPN tranzisztorhoz képest!). A bázisáramot egy 30 ma DC méréshatárba kapcsolt, a kollektor áramot egy 100 ma DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A bázisáram, továbbiakban I B, értéke a potenciométerrel változtatható.. Kapcsoljuk be a tápfeszültséget (6 V DC) és a potenciométer segítségével állítsuk be a táblázat szerinti bázisáram értékeket (I B ). Olvassuk le és írjuk be a táblázatba az egyes bázisáram értékekhez tartozó kollektor áram értékeket (I C ) értéket. Bázis áram I B (ma) Kollektor áram I C (ma) Ábrázoljuk a mért értékeket a következő diagramban: Az összefüggés a bázisáram és a kollektor áram között közel lineáris.

29 EL Munkapont beállítása 1 PIB izzó foglalat, E10 1 PIB ellenállás, 1 kω 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 1 izzó E 10, 10V/0.05A 2 mérőműszer 1 jelgenerátor 8 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A bázisáram változása felerősítve jelenik meg a kollektor áramban. Ez csak akkor lehetséges, ha a bázis-áram a bázisból az emitter felé folyik. Ez az áram ellenkező irányban nem folyhat, mivel a bázis-emitter kör diódaként viselkedik. Így ha a bázis-emitter közé váltakozó feszültséget kapcsolunk, ennek csak az egyik fél-periódusa változtatja meg a bázisáramot és jelenik meg felerősítve a kollektor áramban. A másik fél-periódusnak nem lesz semmilyen hatása. A következő kísérlet célja megmutatni, hogy hogyan oldható meg, hogy a váltakozó feszültség másik fél-periódusa is megjelenjen felerősítve a kollektor körben. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A feszültségeket két, 10 V DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A 10 V DC tápfeszültség bekapcsolása után a 10kΩ-os ellenállást eltávolítjuk és a potenciométer gombját jobbra (max. ellenállás) ütközésig forgatjuk. 1. Kapcsoljuk a jelgenerátort (funkciógenerátort) 0.2Hz-es háromszög hullám üzemmódba. Az U E feszültség értékének 2 V-nak kell lennie. Figyeljük, hogy mit mutat a két műszer. A bemenőjel pozitív fél-periódusában az izzó kigyullad. A U A feszültség értéke az izzón (terhelő ellenálláson) arányos az U E feszültség értékével ebben a fél-periódusban. A negatív fél-periódusban az izzó nem gyullad ki, miközben a műszer mutatja az U E feszültség értékét. Tehát a jel negatív félperiódusának nincs hatása, azaz a jel negatív fél-periódusát a tranzisztor nem erősíti. 2. Állítsuk a funkció generátor kimenő feszültségét 0 V-ra. Dugaszoljuk vissza a 10kΩ-os ellenállást, és a potenciométert állítsuk be úgy, hogy az U A, (a terhelő ellenálláson/izzón eső) feszültség értéke 5 V legyen. Állítsuk most a funkció generátor kimenő feszültségét 1 V-ra. Megfigyelve a két műszert, azt látjuk, hogy most az U A feszültség értéke mindkét fél-periódusban arányos az U E feszültség értékével. ek Ha a bázisáram értéke nulla, az AC feszültség negatív fél-periódusa nem hoz létre kollektor áramot (a jel fél-periódusát a tranzisztor ebben az üzemmódban nem erősíti.) Ha egy feszültség osztó segítségével egy kezdeti bázisáramot hozunk létre, és ennek értékét változtatjuk a funkció generátor kimenő jelével, akkor a kimeneten (a terhelő ellenálláson) a jel minkét fél-periódusa arányosan felerősítve jelenik meg).

30 EL Bázis nyugalmi áramtól függő torzításmentes erősítés 1 PIB izzó foglalat, E 10 1 PIB ellenállás, 1 kω 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 1 izzó E 10, 10V/0.05A 2 mérőműszer 1 jelgenerátor 8 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Mint az előző kísérletben láttuk, a váltakozó jel minkét fél-periódusát csak akkor erősíti a tranzisztor, ha eleve folyik egy bázisáram, amit egy feszültség osztóval állítottunk be. Ezt az áramot nyugalmi bázisáramnak nevezzük. A kísérlet célja ennek a nyugalmi bázisáramnak a meghatározása. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisáramot egy 30 ma DC méréshatárba kapcsolt, a kollektor áramot egy 100 ma DC méréshatárba kapcsolt mérőműszerrel mérjük. A kísérlet megkezdése előtt a 10 kω-os ellenállást nem dugaszoljuk be és a potenciométer gombját teljesen jobbra ütközésig (max. érték) forgatjuk. 1. Kapcsoljuk a jelgenerátort (funkciógenerátort) 0.2 Hz-es szinusz vagy háromszög hullám üzemmódba. A funkciógenerátor kimenő jelét annyira növeljük meg, hogy a mért kollektor áram csúcsértéke ma legyen. Figyeljük a műszerek által mutatott értékeket. Mind a bázis áram mind a kollektor áram csak a jel pozitív fél-periódusában folyik. A negatív félhullám alatt a bázis és a kollektor áram értéke nulla. Ezt teljes torzításnak nevezzük. 2. Állítsuk a funkció generátor kimenő feszültségét 0 V-ra. Dugaszoljuk be a 10kΩ-os ellenállást, és a potenciométert állítsuk be úgy, hogy mindkét műszer kitérése a skálán belül maradjon. A műszerek mutatói lengenek a minimum és a maximum értékek között. Olvassuk le és jegyezzük fel ezeket az értékeket: A bázisáram minimum értéke = ma, maximum értéke = ma. A kollektor áram minimum értéke = ma, maximum értéke = ma. Állítsuk a funkció generátor kimenő feszültségét nullára. Jegyezzük fel a nulla bemenő jelhez tartozó (nyugalmi) bázis és kollektor áramot. A nulla bemenő jelhez tartozó (nyugalmi) bázis áram: A nulla bemenő jelhez tartozó (nyugalmi) kollektor áram: ma ma (Folytatás a következő oldalon)

31 3. Növeljük a funkció generátor kimenő feszültségét addig, amíg a műszerek mutatója a skála végértéken marad. Láthatóan a kimenő áram nem követi a bemenő feszültség változását, azaz ismét torzítás állt elő. ek A torzításmentes erősítéshez egy nyugalmi kollektor ill. bázis áramot kell beállítani. Az erősíteni kívánt jel (bemenő jel/feszültség) értéke nem lehet túl nagy, mert akkor ismét torzítás áll elő. Más szavakkal, a tranzisztor bázisfeszültsége nem mehet nulla alá és a kollektor kivezérlési tartománya (az a tartomány, ahol a tranzisztor kollektor árama követi a bemenő jel változását) nem érheti el a tápfeszültséget, mert itt a tranzisztor tovább nem tud erősíteni, u.n. telítéses tartományba kerül. Ha ezeket a határokat túllépjük, torzítás lép fel, azaz a kollektor áram változása többé nem lesz arányos a bázis áram változásával.

32 EL 3.4 Fényvezérelt riasztó áramkör 1 PIB izzó foglalat, E 10 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB zümmögő 1 PIB LDR ellenállás 1 PIB tranzisztor, NPN, bázis a baloldalon 1 izzó E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Egy LDR (fényérzékeny) ellenállás vezérli a tranzisztor bázisáramát. A bázisáram értéke az LDR ellenállásra eső fény intenzitásától függ. Ha sötét van, a bázisáram olyan kicsi, hogy nem folyik kollektor áram (a tranzisztor kikapcsolt állapotban van.) Ha megfelelő intenzitású fény éri az LDR ellenállást, a bázisáram, és ezzel a kollektor áram megnő, és az izzó világítani kezd. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. Először a kapcsolási rajznak megfelelően az izzót dugaszoljuk be a helyére. A bázis áram a tápfeszültség pozitív pólusából az LDR el-lenálláson és a 10kΩ-os potenciométeren keresztül folyik a bázisba. A bázisáram nagyságát az LDR ellen-állás és a potenciométer együttes értéke határozza meg. Megvilágított állapotban állítsuk be úgy a potenciométert, hogy az izzó világítson. 1. Takarjuk le az LDR ellenállást. Az izzó nem világít. Ha az LDR-t megvilágítjuk, az izzó kigyullad, más szavakkal a tranzisztor vezető állapotba kerül. 2. Cseréljük ki az izzót a zümmögőre. Lehetséges, hogy valamit állítani kell a potenciométeren a helyes működéshez. Ha most letakarjuk az LDR ellenállást, a zümmögő nem szól. Ha (megfelelő intenzitású) fény éri az LDR ellenállást a zümmögő megszólal. Az LDR fényre megváltoztatja az ellenállását. Ez az ellenállás változás megváltoztatja a bázisáramot, amely megfelelő intenzitású fénynél olyan értéket vesz fel, melynek hatására a tranzisztor vezető állapotba kerül, azaz az izzó kigyullad, ill. a zümmögő működni kezd.

33 EL 3.5 A bázisosztó 1 PIB izzó foglalat, E 10 1 PIB ellenállás, 1 kω 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 1 izzó E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A bázis nyugalmi árama bázis (feszültség) osztó alkalmazásával állítható be pontosan. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A 8V-os tápfeszültséget a 10 kω ellenállásból és a 10 kω potenciométerből álló (feszültség) osztó osztja le. Az így leosztott feszültség állítja elő a bázisáramot. A bázissal sorbakötött 1kΩ-os ellenállás csak a helytelen huzalozásból adódó hibák elleni védelmet biztosítja. 1. Forgassuk a potenciométer gombját ütközésig balra. Most a potenciométer értéke nulla. Ez azt jelenti, hogy a bázis-emitter feszültség is nulla, azaz bázisáram nem folyik és így nem folyik kollektor áram sem. Ezt bizonyítja, hogy az izzó nem világít. 2. Forgassuk most a potenciométer gombját lassan jobbra (az óramutató járásával megegyező irányba). Most a potenciométer értéke nőni fog. Az izzó először halványan, majd egyre nagyobb fénnyel világít, jelezve, hogy kollektor áram (és így bázisáram is) folyik. Megfelelő bázisosztó segítségével a kollektor árama 0 és a maximum érték közé állítható be.

34 EL 3.6 Vezetékszakadással működő betörésjelző 1 PIB ellenállás, 1 kω 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB potenciométer, 10 kω 1 PIB zümmögő 1 PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 4 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Egy nagyon egyszerű betörésjelző építhető, amely azon az elven működik, hogy ha a bázisosztó alsó tagja megszakad, a tranzisztor vezető állapotba kerül (kinyit). A bázisosztó alsó tagja helyén egy vékony vezetőből képezett rövidzár van. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisosztó alsó tagja helyén egy vékony vezetőből képezett rövidzár helyett a kapcsolásban két rövidrezárt mérővezetéket használunk. Mivel ennek ellenállása jó közelítéssel nulla, így bázisáram és kollektoráram sem fog folyni, azaz a tranzisztor kikapcsolt állapotban van, a zümmögő nem szól. A tápfeszültség bekapcsolása előtt a bázizosztó alsó tagja helyén lévő két vezetőt zárjuk rövidre! Kapcsoljuk be a tápfeszültséget, és a rövidrezárt vezetékeket szakítsuk meg. A bázisosztó alsó tagja helyén az ellenállás most elméletileg végtelenné válik, a teljes tápfeszültség a bázisosztó felső részén esik. A bázisáram nagysága jó közelítéssel: I B = U T (V)/(10+1) (kω) lesz. A tranzisztor vezető állapotba kerül (kinyit) és a zümmögő megszólal. A fenti elvnek megfelelően a bázisosztó alsó tagjának megszakadása a tranzisztort vezető állapotba viszi, ami pl. betörésjelzésre használható fel.

35 EL 3.7 Automatikus fényszabályozás 1 PIB izzó foglalat, E 10 1 PIB ellenállás, 1 kω 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB LDR ellenállás 1 PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 1 izzó, E 10, 10V/0.05A 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység Ebben a kapcsolásban a tranzisztor bázisárama egy LDR ellenállás értékétől függ. Mivel az LDR ellenállás értéke függ a ráeső fény intenzitásától, a kapcsolás megvilágítás vezérlésére használható fel. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisosztót egy 10kΩ-os ellenállás és egy LDR ellenállás képezi az ábrán látható módon. Az LDR ellenállás értéke sötétben igen nagy. Ilyenkor a bázisáram nagyságát alapvetően a bázisosztó felső tagja, jelen esetben a 10kΩ-os ellenállás határozza meg. Mivel bázisáram folyik, így a tranzisztor vezető állapotba kerül, és az izzó világít. Ha az LDR ellenállást fény éri, az ellenállása lecsökken. Ekkor lecsökken a feszültség a bázisosztó alsó tagján is, azaz csökken a bázisáram, és ezzel csökken a kollektor áram is. Ennek hatására az izzó halványabban kezd világítani. Ha az LDR megvilágítása megfelelően nagy, az izzó teljesen kialszik. Felváltva takarjuk le, ill. világítsuk meg az LDR ellenállást. Láthatóan, ha az LDR-t megvilágítjuk, az izzó kialszik, ha az LDR-t letakarjuk, az izzó kigyullad. Mint látható az LDR ellenállás értékének fényre történő megváltozása világítás vezérlésére használható fel. Az LDR a bázisosztó egyik (jelen esetben alsó) tagját képezi.

36 EL 3.8 Fénykapu-vezérelt riasztó áramkör 1 PIB ellenállás, 1 kω 1 PIB ellenállás, 10 kω 1 PIB LDR ellenállás 1 PIB zümmögő 1 PIB tranzisztor, NPN bázis a baloldalon 2 csatlakozó vezeték 1 változtatható kimenő feszültségű tápegység A fénykapuk feladata, hogy jelzést adjanak, ha valamilyen oknál fogva a fénysugár megszakad. Erre a célra gyakran használják az emberi szem számára láthatatlan infravörös fényt. Ebben a kísérletben a nappali fényt vagy egy kísérleti izzót használunk az infravörös fény helyett. Építsük fel az áramkört az ábrán látható módon. A bázisosztót egy 10kΩ-os ellenállás és egy LDR ellenállás képezi az ábrán látható módon. Az LDR ellenállás értéke sötétben igen nagy. Ilyenkor a bázisáram nagyságát alapvetően a bázisosztó felső tagja, jelen esetben a 10kΩ-os ellenállás határozza meg. Mivel ilyenkor bázisáram folyik, így a tranzisztor vezető állapotba kerül, és a zümmögő szól. Ha az LDR ellenállást fény éri, az ellenállása lecsökken. Ekkor lecsökken a feszültség a bázisosztó alsó tagján is, azaz csökken a bázisáram, és ezzel csökken a kollektor áram is. Ennek hatására a zümmögő halkabban kezd szólni. Ha az LDR megvilágítása megfelelően nagy, a zümmögő teljesen elhallgat. Ha fényforrásnak kísérleti izzót használunk, az izzót kapcsoljuk be a kísérlet megkezdése előtt. Világítsuk meg az LDR ellenállást, majd szakítsuk meg a fény útját (pl. a megvilágítás és az LDR közé tett papírlappal vagy a kezünkkel stb.) Figyeljük meg, hogy mikor szól a zümmögő. A fénykaput képező LDR ellenállás értéke megnő, ha a fény útjába akadály kerül. A megnövekedett ellenállás érték hatására az áramkör működésbe lép (a zümmögő szól). Az LDR a bázisosztó alsó tagját képezi, és a fény változása a bázisáram megváltozását vonja maga után. Ennek hatására megváltozik a tranzisztor kimenő árama.