400 lines
11 KiB
TeX
400 lines
11 KiB
TeX
\documentclass[]{scrartcl}
|
||
\usepackage{geometry}
|
||
\geometry{
|
||
a4paper,
|
||
top=18mm,
|
||
bottom=19mm,
|
||
}
|
||
\usepackage[utf8]{inputenc}
|
||
\usepackage[T1]{fontenc}
|
||
\usepackage{amsmath}
|
||
\usepackage[pdftex,pdfa,hidelinks,breaklinks]{hyperref}
|
||
\usepackage{url}
|
||
\usepackage{xmpincl}
|
||
\usepackage{hyperxmp}
|
||
\usepackage[affil-it]{authblk}
|
||
\usepackage{enumitem}
|
||
\usepackage{pgfplots}
|
||
\pgfplotsset{width=1.0\textwidth}
|
||
\usepackage{graphicx}
|
||
\graphicspath{ {./img/} }
|
||
|
||
\usepackage{karnaugh-map}
|
||
|
||
\renewcommand{\figurename}{Obrázek}
|
||
\renewcommand{\tablename}{Tabulka}
|
||
|
||
\date{\today}
|
||
|
||
\title{Protokol 3 - Bipolární tranzistor}
|
||
\author{M et Z}
|
||
|
||
\begin{document}
|
||
\affil{FAI UTB ve Zlíně, Softwarové inženýrství (SWI)}
|
||
|
||
\maketitle
|
||
\renewcommand{\contentsname}{Obsah}
|
||
\tableofcontents
|
||
|
||
\newpage
|
||
|
||
\section*{Zadání}
|
||
\addcontentsline{toc}{section}{Zadání}
|
||
|
||
\begin{enumerate}
|
||
\item Změřte vstupní charakteristiku bipolárního tranzistoru
|
||
\item Změřte převodovou charakteristiku bipolárního tranzistoru
|
||
\item Změřte výstupní charakteristiku bipolárního tranzistoru
|
||
\item Zapojte bipolární tranzistor ve funkci spínače
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
\newpage
|
||
|
||
\section{Měření vstupní charakteristiky bipolárního tranzistoru}
|
||
\subsection{Schéma zapojení}
|
||
\begin{figure}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width=0.78\textwidth]{circ}
|
||
\caption{Zapojení pro měření charakteristik bipolárního tranzistoru}
|
||
\label{circ}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
\subsection{Postup měření}
|
||
\begin{enumerate}[label=\alph*)]
|
||
\item Zapojíme elektrický obvod podle schématu zapojení.
|
||
\item Vypočítáme minimální hodnotu odporu R a maximální proud procházející
|
||
obvodem podle vztahů:\\
|
||
\[I_{Max} = \frac{P_{tot}}{U_{Z_2}} \ \textrm{;} \ \ R_{Min} = \frac{U_{Z_2}}{I_{Max}}\]
|
||
$U_{Z_2}$ – napětí zdroje $Z_2$\\
|
||
$P_{tot}$ – maximální výkon\\
|
||
$I_{Max}$ – maximální proud\\
|
||
$R_{Min}$ – minimální odpor
|
||
\item Proměnný rezistor R nastavíme na hodnotu větší než je $R_{Min}$.
|
||
\item Na stejnosměrném zdroji $Z_1$ nastavíme 1V abychom docílili plného otevření
|
||
tranzistoru. Poté na voltmetru $V_2$ nastavíme postupnou změnou odporu
|
||
proměnného rezistoru napětí $U_{CE}$ = 1V.
|
||
\item Na zdroji $Z_1$ budeme měnit napětí od 0 do 1V. Kroky, po kterých měníme napětí,
|
||
volíme vhodně – kolem hodnoty 0,7V bude docházet k největším změnám proudů
|
||
protože se začne tranzistor otevírat, t.j. kolem této hodnoty provedeme větší počet měření.
|
||
\item Měření provedeme pro napětí $U_{CE}$ = 1V, 2V.
|
||
\item Naměřené hodnoty napětí $U_{BE}$ a proudu $I_B$ zapisujeme do tabulky, ze které se
|
||
vytvoří graf (vstupní charakteristika).
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
\newpage
|
||
\subsection{Tabulka}
|
||
\begin{table}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\begin{tabular}{||c|c||}
|
||
\hline
|
||
\[\textbf{U_{BE} [V]}\] & \[\textbf{I_{b_{\{1,2\}}} [mA]}\] \\
|
||
\hline\hline
|
||
0 & 0 \\
|
||
0.2 & 0 \\
|
||
0.4 & 0 \\
|
||
0.5 & 0 \\
|
||
0.55 & 0.001 \\
|
||
0.6 & 0.008 \\
|
||
0.62 & 0.0192 \\
|
||
0.65 & 0.0568 \\
|
||
0.665 & 0.097 \\
|
||
0.672 & 0.128 \\
|
||
0.686 & 0.22 \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\caption{Převodová charakteristika}
|
||
\label{tableprev}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\subsection{Graf}
|
||
\begin{figure}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\begin{tikzpicture}
|
||
\begin{axis}[
|
||
xlabel={$U_{BE}$ [V]},
|
||
ylabel={$I_b$ [mA]},
|
||
xmin=0, xmax=0.7,
|
||
ymin=0, ymax=0.25,
|
||
xtick={0,0.1,0.2,0.4,0.5,0.55,0.6,0.65,0.7,0.8},
|
||
ytick={0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.225,0.25},
|
||
legend pos=north west,
|
||
ymajorgrids=true,
|
||
grid style=dashed,
|
||
line width=1.0pt,
|
||
mark size=2.0pt,
|
||
]
|
||
|
||
\addplot[
|
||
color=blue,
|
||
dash pattern=on 1pt off 3pt on 3pt off 3pt,
|
||
mark=*,
|
||
mark options={solid},
|
||
smooth
|
||
]
|
||
coordinates {
|
||
(0,0)(0.2,0)(0.4,0)(0.5,0)(0.55,0.001)(0.6,0.008)(0.62,0.0192)(0.65,0.0568)(0.665,0.097)(0.672,0.128)(0.686,0.22)
|
||
};
|
||
\addlegendentry{$U_{CE}=\{1,2\}V$}
|
||
|
||
\end{axis}
|
||
\end{tikzpicture}
|
||
\caption{Vstupní charakteristika NPN tranzistoru}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
\newpage
|
||
|
||
\section{Měření převodové charakteristiky bipolárního tranzistoru}
|
||
\subsection{Postup měření}
|
||
\begin{enumerate}[label=\alph*)]
|
||
\item Zapojíme elektrický obvod podle schématu zapojení.
|
||
\item Proměnný rezistor R nastavíme na hodnotu větší než je $R_{Min}$.
|
||
\item Na stejnosměrném zdroji $Z_1$ nastavíme 1V abychom docílili plného otevření
|
||
tranzistoru. Poté na voltmetru $V_2$ nastavíme postupnou změnou odporu
|
||
proměnného rezistoru napětí $U_{CE}$ = 1V.
|
||
\item Na zdroji $Z_1$ budeme měnit napětí od 0 do 1V. Kroky, po kterých měníme napětí,
|
||
volíme vhodně – kolem hodnoty 0,7V bude docházet k největším změnám proudů
|
||
protože se začne tranzistor otevírat, tj. kolem této hodnoty provedeme větší počet měření.
|
||
\item Měření provedeme pro napětí $U_{CE}$ = 1V, 2V.
|
||
\item Naměřené hodnoty proudů $I_C$ a $I_B$ zapisujeme do tabulky ze které se vytvoří graf
|
||
(převodová charakteristika).
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
\newpage
|
||
\subsection{Tabulka}
|
||
\begin{table}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\begin{tabular}{||c|c||}
|
||
\hline
|
||
\[\textbf{I_b [${\mu}A]$}\] & \[\textbf{I_{c_{\{1,2\}}} [mA]}\] \\
|
||
\hline\hline
|
||
0 & 0 \\
|
||
2 & 0.3 \\
|
||
4 & 0.6 \\
|
||
8 & 1.2 \\
|
||
11 & 1.65 \\
|
||
13 & 1.95 \\
|
||
15 & 2.25 \\
|
||
16 & 2.4 \\
|
||
21 & 3.15 \\
|
||
25 & 3.75 \\
|
||
31 & 4.65 \\
|
||
35 & 5.25 \\
|
||
37 & 5.55 \\
|
||
40 & 6 \\
|
||
50 & 7.5 \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\caption{Převodová charakteristika}
|
||
\label{tableprev}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\subsection{Graf}
|
||
\begin{figure}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\begin{tikzpicture}
|
||
\begin{axis}[
|
||
xlabel={$I_b$ [{\textmu}A]},
|
||
ylabel={$I_C$ [mA]},
|
||
xmin=0, xmax=60,
|
||
ymin=0, ymax=8,
|
||
xtick={0,10,20,30,40,50},
|
||
ytick={0,1,2,3,4,5,6,7,7.5,8},
|
||
legend pos=south east,
|
||
ymajorgrids=true,
|
||
grid style=dashed,
|
||
line width=1.0pt,
|
||
mark size=2.0pt,
|
||
]
|
||
|
||
\addplot[
|
||
color=pink,
|
||
solid,
|
||
mark=*,
|
||
mark options={solid},
|
||
smooth
|
||
]
|
||
coordinates {
|
||
(0,0)(2,0.3)(4,0.6)(8,1.2)(11,1.65)(13,1.95)(15,2.25)(16,2.4)(21,3.15)(25,3.75)(31,4.65)(35,5.25)(37,5.55)(40,6)(50,7.5)
|
||
};
|
||
\addlegendentry{$U_{CE}=\{1,2\}V$}
|
||
|
||
\end{axis}
|
||
\end{tikzpicture}
|
||
\caption{Přechodová charakteristika NPN tranzistoru}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
\newpage
|
||
|
||
\section{Měření výstupní charakteristiky bipolárního tranzistoru}
|
||
\subsection{Postup měření}
|
||
\begin{enumerate}[label=\alph*)]
|
||
\item Zapojíme elektrický obvod podle schématu zapojení.
|
||
\item Na stejnosměrném zdroji $Z_1$ nastavíme takové napětí, abychom na ampérmetru $A_1$
|
||
naměřili bázový proud $I_B$ = 20{\textmu}A. Odpor nastavíme na $999\Omega$.
|
||
\item Na proměnném rezistoru měníme odpor od $999\Omega$ do $200\Omega$. Celé měření
|
||
kontrolujeme proudu $I_B$ a odchylky od přednastavené hodnoty dolaďujeme.
|
||
\item Měření provedeme pro proud bází $I_B$ = 20{\textmu}A, 40{\textmu}A.
|
||
\item Naměřené hodnoty napětí $U_{CE}$ a proudu $I_C$ zapisujeme do tabulky ze které se
|
||
vytvoří graf (výstupní charakteristika).
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
\newpage
|
||
\subsection{Tabulka}
|
||
\begin{table}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\begin{tabular}{||c|cc||}
|
||
\hline
|
||
\[\textbf{U_{CE} [V]}\] & \[\textbf{I_{c_1} [mA]}\] & \[\textbf{I_{c_2} [mA]}\] \\
|
||
\hline\hline
|
||
0 & 0 & 0 \\
|
||
0.05 & 0.093 & 0.188 \\
|
||
0.1 & 0.694 & 1.388 \\
|
||
0.15 & 2.05 & 4.1 \\
|
||
0.2 & 2.812 & 5.625 \\
|
||
0.25 & 2.971 & 5.943 \\
|
||
0.275 & 2.989 & 5.978 \\
|
||
0.3 & 2.996 & 5.992 \\
|
||
0.4 & 3 & 6 \\
|
||
1 & 3 & 6 \\
|
||
2 & 3 & 6 \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\caption{Výstupní charakteristika}
|
||
\label{tablevystupni}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\subsection{Graf}
|
||
\begin{figure}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\begin{tikzpicture}
|
||
\begin{axis}[
|
||
xlabel={$U_{CE}$ [V]},
|
||
ylabel={$I_c$ [mA]},
|
||
xmin=0, xmax=2.5,
|
||
ymin=0, ymax=7,
|
||
xtick={0,0.15,0.3,0.5,1,1.5,2,2.5},
|
||
ytick={0,1,2,3,4,5,6,7},
|
||
legend pos=south east,
|
||
ymajorgrids=true,
|
||
grid style=dashed,
|
||
line width=1.0pt,
|
||
mark size=2.0pt,
|
||
]
|
||
|
||
\addplot[
|
||
color=purple,
|
||
dash pattern=on 1pt off 3pt on 3pt off 3pt,
|
||
mark=*,
|
||
mark options={solid},
|
||
smooth
|
||
]
|
||
coordinates {
|
||
(0,0)(0.05,0.093)(0.1,0.694)(0.15,2.05)(0.2,2.812)(0.25,2.971)(0.275,2.989)(0.3,2.996)(0.4,3)(1,3)(2,3)
|
||
};
|
||
\addlegendentry{$I_b$ = 20{\textmu}A}
|
||
\addplot[
|
||
color=cyan,
|
||
dotted,
|
||
mark=*,
|
||
mark options={solid},
|
||
smooth
|
||
]
|
||
coordinates {
|
||
(0,0)(0.05,0.188)(0.1,1.338)(0.15,4.1)(0.2,5.625)(0.25,5.943)(0.275,5.978)(0.3,5.992)(0.4,6)(1,6)(2,6)
|
||
};
|
||
\addlegendentry{$I_b$ = 40{\textmu}A}
|
||
|
||
\end{axis}
|
||
\end{tikzpicture}
|
||
\caption{Výstupní charakteristika NPN tranzistoru}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
\newpage
|
||
|
||
\section{Zapojení bipolárního tranzistoru ve funkci spínače}
|
||
\subsection{Schéma zapojení}
|
||
\begin{figure}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\includegraphics[width=0.65\textwidth]{gspinac}
|
||
\caption{Zapojení pro bipolární tranzistor ve funkci spínače}
|
||
\label{spinac}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
\subsection{Postup měření}
|
||
\begin{enumerate}[label=\alph*)]
|
||
\item Zapojíme elektrický obvod podle schématu zapojení.
|
||
\item Hodnotu proměnného rezistoru $R_P$ snižujeme od nejvyšší hodnoty tak dlouho,
|
||
dokud nezačne dioda jasně svítit. Spínací funkci tranzistoru ověříme propojením
|
||
svorek „a“ a „b“ drátovou propojku - dioda zhasne, neboť mezi bází a emitorem
|
||
zanikne potřebný rozdíl potenciálu a tranzistor se uzavře.
|
||
\end{enumerate}
|
||
|
||
\newpage
|
||
\subsection{Tabulka}
|
||
\begin{table}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\begin{tabular}{||c|c||}
|
||
\hline
|
||
\[\textbf{R_b [k$\Omega]$}\] & \[\textbf{I_c [mA]}\] \\
|
||
\hline\hline
|
||
1000 & 0.662 \\
|
||
900 & 0.735 \\
|
||
800 & 0.826 \\
|
||
700 & 0.944 \\
|
||
600 & 1.1 \\
|
||
500 & 1.3 \\
|
||
400 & 1.647 \\
|
||
300 & 2.192 \\
|
||
220 & 2.984 \\
|
||
200 & 3.28 \\
|
||
100 & 6.534 \\
|
||
1 & 9.498 \\
|
||
\hline
|
||
\end{tabular}
|
||
\caption{Bipolární tranzistor ve funkci spínače}
|
||
\label{tablespinac}
|
||
\end{table}
|
||
|
||
\subsection{Graf}
|
||
\begin{figure}[!hbt]
|
||
\centering
|
||
\begin{tikzpicture}
|
||
\begin{axis}[
|
||
xlabel={$R_{b}$ [k$\Omega$]},
|
||
ylabel={$I_c$ [mA]},
|
||
xmin=0, xmax=1200,
|
||
ymin=0, ymax=10,
|
||
xtick={0,200,400,600,800,1000,1200},
|
||
ytick={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10},
|
||
legend pos=north east,
|
||
ymajorgrids=true,
|
||
grid style=dashed,
|
||
line width=1.0pt,
|
||
mark size=2.0pt,
|
||
]
|
||
|
||
\addplot[
|
||
color=black,
|
||
dotted,
|
||
mark=*,
|
||
mark options={solid},
|
||
smooth
|
||
]
|
||
coordinates {
|
||
(1,9.498)(100,6.534)(200,3.28)(220,2.984)(300,2.192)(400,1.647)(500,1.3)(600,1.1)(700,0.944)(800,0.826)(900,0.735)(1000,0.662)
|
||
};
|
||
\addlegendentry{Světelnost diody}
|
||
|
||
\end{axis}
|
||
\end{tikzpicture}
|
||
\caption{Graf světelnosti diody}
|
||
\end{figure}
|
||
|
||
\newpage
|
||
|
||
\section{Závěr}
|
||
V tomto úkolu jsme změřili vstupní, převodovou i výstupní charakteristiku bipolárního tranzistoru.
|
||
Pomocí naměřených hodnot jsme ověřili chování bipolárního tranzistoru ve funkci spínače.
|
||
|
||
\end{document}
|