22 януари 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Измерване на транзистори с операционен усилвател

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 16 януари 2016 в 13:2773312

Под операционен усилвател (ОУ) се разбира постояннотоков усилвател с диференциален вход, много голям коефициент на усилване по напрежение, много голямо входно съпротивление, много малко изходно съпротивление и неограничена честотна лента. Наричат се операционни, защото чрез тях се реализират аналогови схеми, извършващи математически операции – сумиране, изваждане и т.н. ОУ винаги се използват с някакъв вид обратна връзка, която определя параметрите и характеристиките на реализираната с тях схема.

Съвременните интегрални операционни усилватели, изработени чрез най-новите микроелектронни технологии (Bipolar, JFET, BiCMOS и CMOS), имат:

- коефициент на усилване от  104 до 106 и по-голям,

- входно съпротивление от 1 MΩ до 10 TΩ и

- изходно съпротивление от 25 Ω до 100 Ω.

Освен това ОУ имат размери и цена, близки до тези на един транзистор, поради което изместват многотранзисторните устройства.

Тук ще разгледаме една удобна за реализиране приложна схема с ОУ.

Измерване на някои от параметрите на транзистори

Схемата, показана на долната фигура, може да бъде използвана за демонстриране на това как се изменя коефициентът на усилване по ток за схема с общ емитер β на биполярен транзистор, когато се променят UCE и IC. Операционният усилвател е свързан в схемата като диференциатор, а напрежението колектор—емитер на измервания транзистор се подава като входно напрежение на диференциатора. Уравнението на товарната права на транзистора е

Uвх = UCE = UC – IC RT,

а изходното напрежение на диференциатора се определя с равенството:

или

Освен това Ic = β IB.

Следователно

Базовият ток на транзистора в схемата се изменя линейно във времето вследствие на подаването на линейно трионообразно напрежение на резистора RB, поради което dIB / dt е константа. Тогава изходното напрежение на диференциатора е право пропорционално на β. Това напрежение се използува за вертикално отклонение на лъча на осцилоскопа. Хоризонталното отклонение на лъча се извършва от напрежението колектор—емитер на измервания транзистор. На долната фигура са показани типичните осцилограми за два различни транзистора. Линейното трионообразно напрежение, използувано в експеримента, е получено от друг осцилоскоп. Неговата амплитуда е приблизително 50 V, а скоростта му на нарастване — 600V/s.

Осцилограма на зависимостта β = f (UCE) за два различни транзистора

За изходното напрежение на схемата се получава

Uизх 0,02β,V или β ≈ 50Uизх

Чувствителността на осцилоскопа във вертикално и хоризонтал­но направление се установява съответно на 1 V на деление и 2 V на деление. На долната фигура са показани графиките на функцията β = f (UCE) и β = φ (IC) в съответния мащаб.

 

Графика на функциите β = f(UCE) и β = f (IC) със съответни мащабни фактори

 

На долната фигура е показана схема за измерване на коефициента на усилване по ток на транзистор. Тя е особено подходяща за измерване на кофициента на усилване по ток за малки стойности на товарния ток. Желаната стойност на емитерния ток на измервания транзистор се установява чрез усилвателя У2 и свързаните към него елементи. Той е е свързан като генератор на постоянен ток, който осигурява емитерен ток със стойност IE = Uвх / R. Тук Uвх е входното напрежение, което се подава на схемата за генериране на постоянен ток. Усилвателят У1 е свързан като преобразувател на ток в напрежение и се използува за измерване на базовия ток на измервания транзистор. Големината на базовия ток се определя с формулата IВ = Uизх1 / RОВ, където Uизх1 е изходното напрежение на усилвателя У1. Напрежението база—емитер на измервания транзистор може да бъде определено, като се измери и изходното напрежение на усилвателя У2 и се използва формулата Uизх = 2UВЕ. Преди да започне измерването, трябва да се компенсира входният ток на поляризация на усилвателя У1. За тази цел входният извод Uвх се заземява и потенциометърът П се регулира, докато изходното напрежение Uизх стане нула.

По-долу са разгледани два примера, получени за NPN транзистор тип 2N 3708, които илюстрират възможностите на схемата.

При експеримент биха били измерени следните стойности на напреженията:

Uвх = – 0,213 V, Uизх1 = 0,1 V, Uизх2 = – 0,91 V.

 

В такъв случай ще се получат следните резултати:

 

IE = 0,213 / 105 = 2,13.10-6 А, 

IB = 0,1 / 106 .10-7 А

UBE =  Uизх2 / 2 = 0,45 V

β = IE / IB.21,3

 

А при такива следните стойности на напреженията...

Uвх = –23,6 V, Uизх1 = 5 V, Uизх2 = –1,23 V

 

... следните резултати:

 

IE = 2,36.10-4 А, IB = 5.10-6 А, UBE = 0,61 A, β = 47,2

 

Точността се определя от толерансите на резисторите и дрейфа на усилвателя. За да се използува схемата за измерване на параметрите на PNP транзистор, необходимо е да се промени поляритетът на колекторното захранващо напрежение и входното напрежение Uвх.

Антон Оруш, Sandacite.bg – http://www.sandacite.bg

Източници:

Operational Amplifier - a Tutorial - http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_1.html
George Clayton, Bruce Newby – Operational amplifiers. Oxford, 1992.
Дж. Клейтън – Експерименти с ОУ. София, 1983.


Препоръчани материали
Kaspar 16.01 2016 в 18:54 2
+ 8
- 0
Това и други подобни са подходящи занимания за всеки, който обича да се занимава с електроника.
зъл яхтсмен 16.01 2016 в 18:41 1
+ 2
- 7
Това сигурно е подходящо занимание за лабораторен практикум в начален курс по електроника и, вервам, е било много интересно занимание през миналия век, когато е действал КОКОМ, но на тия години е по-лесно човек да си дръпне datasheet-а от сайта на производителя и да зоби оттам.
 
Още от : Технологии
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.