Aparatura – princip měření
Zapojení se společným emitorem
Úloha je postavena tak, aby bylo možné měřit výstupní (kolektorové) charakteristiky a převodní (proudovou) charakteristiku, zejména pak určit proudový zesilovací činitel zapojení se společným emitorem β - definovaný vztahem (1). Pro zájemce bude úloha v budoucnu patrně rozšířena i o možnost měření vstupní charakteristiky tranzistoru.
Způsob měření této úlohy vychází přímo z principu tranzistoru. Použitý NPN tranzistor je zapojen v zapojení se společným emitorem (viz obr. č. 1). Při zapojení tranzistoru se společným emitorem je emitorový přechod zapojen v propustném směru a kolektorový ve směru závěrném. Obvod bázový a kolektorový mají společný vývod tranzistoru - emitor (odtud název: zapojení se společným emitorem).
Obr. 1 – Schéma zapojení tranzistoru se společným emitorem
V zapojení tranzistoru se společným emitorem lze dosáhnout největšího výkonového zesílení ve srovnání s ostatními zapojeními tranzistoru, protože se zde zesiluje napětí i proud. Výkonové zesílení pak může nabývat hodnot 103 až 104. Proto je zapojení se společným emitorem tak často používané.
Charakteristiky tranzistoru
Měření charakteristik tranzistoru je klasickým proměřováním dvojbranu. Proměřujeme závislost vstupního napětí UB a proudu IB (bázový obvod) a také závislost napětí UCE a proudu IC na výstupu (kolektorový obvod). Hledané charakteristiky jsou dány vzájemnými vztahy mezi těmito veličinami - pochopitelně přesně dle platných definic zadaných charakteristik tranzistoru (např. nutnost dodržení konstantního napětí apod.).
Pro úlohu byl zvolen bipolární tranzistor 2N3055, který je poměrně často používám jako výkonový tranzistor výstupních stupňů různých zesilovačů. Díky tomu je tento tranzistor i jeho charakteristiky dostatečně zdokumentován. Lze tedy získané experimentální hodnoty dobře srovnat s hodnotami z katalogu či datového listu. Navíc jeho mezní parametry jsou velmi vzdáleny maximálním napětím a proudům, které lze dosáhnout v tomto vzdáleném experimentu – nehrozí tedy riziko poškození tranzistoru, a to ani v případě, že by se vzdálený experiment náhodně vymkl kontrole.
Aparatura
Tranzistor 2N3055 je připojen ke kartě K8055 (viz obr. č. 2). Napětí na bázi tranzistoru je nastaveno pomocí výstupu prvního DA převodníku karty K8055. Jako proměnný zdroj napájecího napětí kolektorového obvodu naopak slouží výstup druhého DA převodníku téže experimentální karty. Díky tomu lze nastavoval velikosti obou napětí na známé hodnoty. Oba DA výstupy USB experimentální karty K8055 jsou proudově posíleny, proud pro bázový a kolektorový obvod je dodávám z externího napájecího zdroje. Naopak pro načítání elektrických veličin slouží dvojice vstupů AD převodníků, kterými je též USB experimentální karta osazena. Tyto AD převodníky jsou použity jako ampérmetry načtení velikosti protékajících proudů v obou obvodech a jako voltmetr pro určení napětí mezi kolektorem a emitorem UCE.
Obr. 2 – Připojení tranzistoru ke vstupům
a výstupům karty K8055
Ovládací panel úlohy umožňuje pomocí dvojice posuvníků (viz níže) nastavit napětí na bázi a na kolektoru. Tím je tedy ovlivněna i velikost bázového proudu a velikost napětí mezi kolektorem a zemí, čímž je umožněno nastavení napětí UCE mezi emitorem a kolektorem. Zpětně je na ovládací panel načítána reálná velikost elektrických proudů a napětí UCE (popř. bázového napětí UB).
Naměřená data jsou ukládány do dvojice různých tabulek (každá pro jedno z možných měření daných charakteristik). Tyto série hodnot lze zobrazit v grafu přímo na ovladacím panelu, a nebo lze samostatně uložit jako CSV soubor a pak následně zpracovat v libovolném tabulkovém kalkulátoru.
Jelikož u tohoto experimentu nelze na aparatuře nic konkrétního pozorovat, není tato úloha osazena webovou kamerou.
Video tutorial
PRO ZOBRAZENÍ VÝKLADU A VYSVĚTLIVEK ZAPNĚTE VE VIDEU TITULKY!
