Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet. Agneta Bränberg TRANSISTORTEKNIK. Laboration.

Relevanta dokument
Målsättning: Utrustning och material: Denna laboration syftar till att ge studenten:

TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad. fysik och elektronik. Patrik Eriksson

TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad fysik och elektronik

TRANSISTORER

Laboration N o 1 TRANSISTORER

Operationsfo rsta rkarens parametrar

TENTAMEN Elektronik för elkraft HT

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 2 Transistorn del 2

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Laboration II Elektronik

TENTAMEN Elektronik för elkraft

UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Bo Tannfors Transistorswitchen. Laboration E25 ELEKTRO

Laboration - Operationsfo rsta rkare

DEL-LINJÄRA DIAGRAM I

VÄXELSTRÖM SPÄNNINGSDELNING

Rättade inlämningsuppgifter hämtas på Kents kontor Föreläsning 4 Må , Kent Palmkvist To ,

Laborationsrapport. Kurs Elektroteknik grundkurs ET1002. Lab nr 3. Laborationens namn Halvledarkomponenter. Kommentarer. Namn. Utförd den.

OLOP II Obligatorisk LAB operationsförstärkare Analog elektronik 2

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 1 Transistorn del 1

nmosfet och analoga kretsar

SM Serien Strömförsörjning. Transistorn

FÖRELÄSNING 3. Förstärkaren. Arbetspunkten. Olika lastresistanser. Småsignalsschemat. Föreläsning 3

TSTE20 Elektronik Lab5 : Enkla förstärkarsteg

Videoförstärkare med bipolära transistorer

INTRODUKTION TILL OrCAD

Definition av kraftelektronik

Föreläsning 9 Transistorn och OP-förstärkaren

Vanliga förstärkarkopplingar med operationsförstärkaren

Laboration - Va xelstro mskretsar

Lab Tema 2 Ingenjörens verktyg

TSTE24 Elektronik. Dagens föreläsning. Förstärkare Mark Vesterbacka. Förstärkarsteg. Småsignalberäkningar. Examinationsexempel s.

Föreläsning 8. MOS transistorn Förstärkare med MOS transistorn Exempel, enkel förstärkare med MOS. IE1202 Analog elektronik KTH/ICT/EKT VT11/BM

Experiment med schmittrigger

Apparater på labbet. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Elektronik/JH. Personalia: Namn: Kurs: Datum:

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

DIFFERENTALFÖRSTÄRKARE

Ellära. Laboration 2 Mätning och simulering av likströmsnät (Thevenin-ekvivalent)

APPARATER PÅ ELEKTRONIKLABBET

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Laboration 1: Styrning av lysdioder med en spänning

1.2 Två resistorer är märkta 220 ohm 0,5 W respektive 330 ohm 0,25 W. vilken är den största spänning som kan anslutas till:

Laboration 2: Likström samt upp och urladdningsförlopp

LTK010, vt 2017 Elektronik Laboration

TSTE05 Elektronik och mätteknik ISY-lab 3: Enkla förstärkarsteg

Elektronik 2017 EITA35

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Bygg en entransistors Booster till datorn eller MP3-spelaren

Halvledare. Transistorer, Förstärkare

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 3 Transistorförstärkare

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

DIGITALTEKNIK. Laboration D173. Grundläggande digital logik

Elektronik grundkurs Laboration 6: Logikkretsar

Utredande uppgifter: I: Beskriv de fyra arbetsmoderna för en npn-transistor. II: Vad är orsaken till strömförstärkningen i normal mod?

Föreläsning 12 Bipolära Transistorer II. Funk<on bipolär transistor

Grindar och transistorer

Digitala kretsars dynamiska egenskaper

Föreläsning 8. MOS transistorn. IE1202 Analog elektronik KTH/ICT/EKT HT09/BM

Tentamen i Elektronik fk 5hp

Olika sätt att bygga förstärkare. Differentialförstärkaren (översikt) Strömspegeln. Till sist: Operationsförstärkaren

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Passiva filter. Laboration i Elektronik E151. Tillämpad fysik och elektronik UMEÅ UNIVERSITET Ulf Holmgren. Ej godkänd. Godkänd

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Laboration 1: Aktiva Filter ( tid: ca 4 tim)

Antennförstärkare för UHF-bandet

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Laboration D181. ELEKTRONIK Digitalteknik. Kombinatoriska kretsar, HCMOS v 2.1

Laborationshandledning för mätteknik

Övningsuppgifter i Elektronik

Laboration 6. A/D- och D/A-omvandling. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Spänningsmätning av periodiska signaler

Strömförsörjning. Laboration i Elektronik 285. Laboration Produktionsanpassad Elektronik konstruktion

Batteri. Lampa. Strömbrytare. Tungelement. Motstånd. Potentiometer. Fotomotstånd. Kondensator. Lysdiod. Transistor. Motor. Mikrofon.

Komponentfysik ESS030. Den bipolära transistorn

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Antennförstärkare för UHF-bandet

PROJEKTLABORATION i Analog Elektronik.

TSTE93 Analog konstruktion

Förstärkarens högfrekvensegenskaper. Återkoppling och stabilitet. Återkoppling och förstärkning/bandbredd. Operationsförstärkare.

Laborationshandledning

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

DIGITALTEKNIK I. Laboration DE1. Kombinatoriska nät och kretsar

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 5 Operationsförstärkaren. Elektronik för D ETIA01

Spänningsstyrd Oscillator

090423/TM IDE-sektionen. Laboration 3 Simulering och mätning på elektriska kretsar

Spä nningsmä tning äv periodiskä signäler

ELEKTROTEKNIK. Laboration E701. Apparater för laborationer i elektronik

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Introduktion till halvledarteknik

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Du har följande material: 1 Kopplingsdäck 2 LM339 4 komparatorer i vardera kapsel. ( ELFA art.nr datablad finns )

Elektronik-projekt. YH/Nät och kommunikation. Kommunikationskedja

DIGITALTEKNIK. Laboration D164. Logiska funktioner med mikroprocessor Kombinatoriska funktioner med PIC16F84 Sekvensfunktioner med PIC16F84

PROJEKTLABORATION i Analog Elektronik

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

Lik- och Växelriktning

Konstruktion av volt- och amperemeter med DMMM

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Transkript:

Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå universitet 2016-12-19 Agneta Bränberg Laboration TRANSISTORTEKNIK Analog II VT17

Målsättning: Denna laboration syftar till studenterna ska lära sig förklara centrala begrepp och termer gällande transistorteknik dimensionera grundläggande transistorkopplingar simulera och analysera transistorförstärkares DC-, AC- och tids-egenskaper med hjälp av PSpice använda sina förvärvade kunskaper i laborativa moment. För att uppfylla denna målsättning ska denna laboration utföras och redovisas enskilt. Utrustning och material Dator med simuleringsprogrammet OrCAD (räcker med OrCAD Lite) Simuleringsbibliotek innehållande transistorerna IRF150, BC547, BC337 eller liknande Tips Läs igenom uppgifterna noggrant. Se till att ha klart för dig vad som eftersträvas med laborationen. Var ordentligt förberedd, och se till att du studerat litteraturen så väl att du är ordentligt orienterade i ämnesområdet. Om du är ovan vid OrCAD rekommenderas att du tittar igenom instruktionsfilmerna (så att du åtminstone hittar rätt film om du skulle köra fast). Det kan också finnas specifika filmer som hör till just denna lab. Dom ska du självklart ha koll på. Redovisning Laborationen redovisas i ett sammanhållande dokument, med samma struktur som instruktionen, minst innehållande: Svar på eventuella frågor Konstruktionsberäkningar, snyggt uppställda och lätta att följa Kopplingsscheman ritade i OrCAD Kommenterade simuleringsresultat från OrCAD Jämförelser mellan beräkningar och simuleringar Viktiga lärdomar

Lite teori om fälteffekttransistorn I den här delen av laborationen kommer ni att arbeta med fälteffekttransistorer. Det finns många varianter av fälttransistor, men den ni kommer använda är av typen 2N7000, en N-kanals MOSFET, Terminalerna på en fälttransistor har något annorlunda engelska benämningar än på en bipolär transistor; strömkanalen går mellan Drain (kollektor) och Source (emitter). Styrningen sker via Gate (styre/styrelektrod) MOSFET-transistorn av anrikningstyp leder ström då styrspänningen UGS>U T. Till skillnad från den bipolära transistorn som kan sägas vara strömstyrd, är fälttransistorn spänningsstyrd. I MOSFET, är styrelektroden helt isolerad från gaten, förutom en inte oväsentlig kapacitiv koppling. MOSFET-transistorn är mycket vanlig i modern elektronik, och används mycket ofta som switchande element. Användningsområdet sträcker sig från små enkla strömbrytare som slår till och från signaler till stora motorstyrningar på flera kilowatt.

1. Fälteffekttransistorn som switch Ni skall konstruera en switch med hjälp av en fälttransistor, och undersöka två viktiga parametrar hos switchen; RDSon och gate-charge. Lämplig transistor är IRF150, till vilken finns såväl datablad som simuleringsmodeller. Läs teorin om MOSFET i dokumentet Mosfet basics och i transistorns datablad. Läs speciellt om Gate charge och RDSon. Rlast 5k RG M1 0Vdc V1 V2 0 a) Beräkna transistorns omslagstider med RG = 50Ω, och RG = 1000Ω. (Insignal kommer att vara en fyrkantvåg med 0V och 5V). b) Beräkna spänningsfallet över transistorn och effektförlusten i transistorn när den är påslagen, vid matningsspänningen 5V. c) Rita upp kretsen i OrCAD. d) Kontrollera omslagstiderna för RG=50Ω och RG=1000Ω genom att skicka en fyrkantsvåg (använd VPULSE) som insignal till kretsen, med 0 och 5V som spänningsnivåer. Se till att svepa tiden så pass länge att ni får med ca stabila tre perioder i ert diagram. e) Kontrollera transistorns RDSon genom att koppla gate direkt till 5V (VDC) för att slå på den. Mät spänningsfallet över transistorn och räkna ut RDSon. Se till att Enable Bias Voltage Display är iklickat så kan du läsa av spänningen direkt i schemat när du kört en enkel simulering. f) Jämför beräkningarna och databladens teoretiska värden med det simulerade.

2. Signalförstärkare med fälteffekttransistor Ni skall konstruera en småsignalförstärkare med hjälp av en fälteffekttransistor av typen n-kanals MOSFET. Behöver ni hjälp och tips ska ni givetvis använda er litteratur. DC VCC RD När man konstruerar ett transistorsteg är det bra att börja med att bestämma vid vilken arbetspunkt (vilopunkt) transistorn skall arbeta och hur man ska uppnå den (vilken typ av bias kretsen ska ha). Därför börjar vi med DC-fallet. in + V1 Uin C1 R1 R2 RS M2 C2 + Uut ut Rlast 100Meg - 0 - a) Börja med att bestämma vilken typ av bias kretsen ska ha. Ex 9.3 i Molin är ett bra exempel att bygga på. En tumregel som finns är att dimensionera RD och RS så att en tredjedel av VDD (likspänningsmatning från en VDC) ligger över respektive motstånd. b) Gör de teoretiska beräkningarna och dimensionera kretsen. Vilken arbetspunkt valde du? c) Rita upp kretsen i OrCAD. d) Simulera och verifiera att arbetspunkten ligger rätt. Det räcker med Bias-Point för att verifiera att detta. När biasen är som den ska och ni fått den arbetspunkt ni tänkt er, går ni över till att se på transistorsteget utifrån ett småsignalperspektiv.

AC a) Ställ upp de teoretiska beräkningar du behöver för att kontrollera vilken förstärkning samt in- och utimpedans din krets kommer att få. b) Simulera och kontrollera förstärkningen. Gör ett frekvenssvep och ta upp ett Bode-diagram (instruktionsfilmer finns) så att du ser om förstärkningen förändras beroende på frekvensen. c) Simulera och kontrollera in- och utimpedansen hos kretsen. d) Jämför beräkningarna med det simulerade.

Lite teori om bipolartransistorn som switch För vidstående switchkoppling gäller följande: I C (max) E U R CE C ( sat) För att transistorn skall bottna krävs en basström: I B (min) I C (max) h FE Detta innebär vidare att: U in I B (min) R B U BE ( sat)

3. BJT-Transistorn som switch Du skall konstruera en switch med hjälp av en bipolartransistor. Kom ihåg att läsa litteraturen. Lämplig transistor till denna uppgift är BC547, BC337 eller liknande, till vilken finns såväl kompletta datablad som simuleringsmodeller. Arbetsgången bör vara: a) Börja med att göra de teoretiska beräkningarna och rita ett kopplingsschema. Tänk på att vara noggrann när du ställer upp dina beräkningar och ritar din krets, så att det blir lätt att följa om du skulle behöva felsöka. b) Bestäm dig för vid vilken spänning Uin du vill att switchen ska slå om. c) Anta ett värde på R C i storleksordningen 150-1.5kΩ? d) Hämta h FE, U CE(sat) och U BE(sat) ur datablad. Vilket värde är lämpligt att sätta som h FE? Max, min eller typ? Motivera. e) Räkna fram ett värde på R B och ta ett lämpligt värde i närheten av detta, gärna från E12-serien. f) Vad blir då ditt teoretiska värde på U in som krävs för att transistorn skall bottna? Dvs om du varierar Uin från 0Volt och uppåt, vid vilken spänning på U in kommer switchen att slå om? g) Rita upp kretsen i OrCAD. h) För att testa vilken omslagsnivå din switch har ska du göra två olika simuleringar. Börja med en likspänning som insignal (VDC) och svep den från 0V till minst dubbla teoretiska omslagsnivån. Vid vilken inspänningsnivå slår din switch om? i) Byt ut inspänningskällan mot en VSIN med en amplitud som är dubbelt så stor som din omslagsnivå och med en lämplig frekvens (testa dig fram om du inte vet). Gör ett transientsvep som får med minst 3 perioder. Visa omslagsnivån i diagrammet.

4. Signalförstärkare med BJT-transistor Du skall konstruera en småsignalförstärkare med en bipolartransistor. Lämplig transistor till denna uppgift är BC547, BC337 eller liknande, till vilken finns såväl kompletta datablad som simuleringsmodeller. När man konstruerar ett transistorsteg är det bra att börja med att bestämma vid vilken arbetspunkt (vilopunkt) transistorn skall arbeta och hur man ska uppnå den (vilken typ av bias kretsen ska ha). Därför börjar vi med DC-fallet även här. DC a) Börja med att bestämma vilken typ av bias kretsen ska ha. I Molin finns det ett bra exempel att bygga på. En tumregel är att spänningsfallet över RE ska vara 1V eller mer och att resten av E+ ska delas lika mellan URc (spänningen över RC) och UCE (spänningen mellan kollektor och emitter). b) Gör de teoretiska beräkningarna och dimensionera kretsen. Vilken arbetspunkt valde du? c) Rita upp kretsen i OrCAD. d) Simulera och verifiera att arbetspunkten ligger rätt. Det räcker med Bias-Point för att verifiera att detta.

När biasen är som den skall och du har fått den arbetspunkt du tänk dig, går du över till att se på transistorsteget utifrån ett småsignalperspektiv. AC a) Ställ upp de teoretiska beräkningar du behöver för att kontrollera vilken förstärkning samt inoch utimpedans din krets kommer att få. Använd dig av ett h-parameterschema eller annat småsignalschema. b) Simulera och kontrollera förstärkningen. Gör ett frekvenssvep och ta upp ett Bode-diagram (instruktionsfilmer finns) så att du ser om förstärkningen förändras beroende på frekvensen. c) Simulera och kontrollera in- och utimpedansen hos kretsen. d) Jämför beräkningarna med det simulerade.