Unipolární tranzistor aplikace

Podobné dokumenty
2-LC: Měření elektrických vlastností výkonových spínačů (I)

Cvičení 12. Příklad výkonové aplikace. Výkonový MOSFET spínání induktivní zátěže: Měření,

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

MĚŘENÍ JALOVÉHO VÝKONU

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

A8B32IES Úvod do elektronických systémů

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

Řídicí obvody (budiče) MOSFET a IGBT. Rozdíly v buzení bipolárních a unipolárních součástek

MĚŘENÍ HRADLA 1. ZADÁNÍ: 2. POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU: 3. TEORETICKÝ ROZBOR. Poslední změna

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Elektrický proud střídavý. Název: Téma: Autor:

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření přechodových dějů, část 3-4-3

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

Zvyšující DC-DC měnič

+ U CC R C R B I C U BC I B U CE U BE I E R E I B + R B1 U C I - I B I U RB2 R B2

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Měření vlastností lineárních stabilizátorů. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EOS.

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření přechodových dějů část Teoretický rozbor

Petr Myška Datum úlohy: Ročník: první Datum protokolu:

Určení čtyřpólových parametrů tranzistorů z charakteristik a ze změn napětí a proudů

1.1 Usměrňovací dioda

Harmonický ustálený stav pokyny k měření Laboratorní cvičení č. 1

b) Vypočtěte frekvenci f pro všechny měřené signály použitím vztahu

Laboratorní úloha č. 2 Vzájemná induktivní vazba dvou kruhových vzduchových cívek - Faradayův indukční zákon. Max Šauer

Rezonanční řízení s regulací proudu

1.1 Pokyny pro měření

- + C 2 A B V 1 V 2 - U cc

Obrázek 1 schéma zapojení měřícího přípravku. Obrázek 2 realizace přípravku

2. Pomocí Theveninova teorému zjednodušte zapojení na obrázku, vypočtěte hodnoty jeho prvků. U 1 =10 V, R 1 =1 kω, R 2 =2,2 kω.

Zdroje napětí - usměrňovače

Rezistor je součástka kmitočtově nezávislá, to znamená, že se chová stejně v obvodu AC i DC proudu (platí pro ideální rezistor).

1. Navrhněte a prakticky realizujte pomocí odporových a kapacitních dekáda derivační obvod se zadanou časovou konstantu: τ 2 = 320µs

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2) Přednáška 1

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Základní druhy tranzistorů řízených elektrickým polem: Technologie výroby: A) 1. : A) 2. : B) 1. :

ČVUT FEL. Obrázek 1 schéma zapojení měřícího přípravku. Obrázek 2 realizace přípravku

Modul výkonových spínačů s tranzistory N-FET

Měření vlastností jednostupňových zesilovačů. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EOS.

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

(s výjimkou komparátoru v zapojení č. 5) se vyhněte saturaci výstupního napětí. Volte tedy

TRANZISTOROVÝ ZESILOVAČ

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

1.3 Bipolární tranzistor

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

Polovodičový usměrňovač

1 Jednoduchý reflexní přijímač pro střední vlny

Měření pilového a sinusového průběhu pomocí digitálního osciloskopu

Test. Kategorie M. 1 Na obrázku je průběh napětí, sledovaný osciloskopem. Jaké je efektivní napětí signálu?

Teorie elektronických

LC oscilátory s transformátorovou vazbou

Studium tranzistorového zesilovače

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-485 se používá pro:

Název: Polovodičový usměrňovač Pomůcky: Teorie: Vypracování:

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

1.Zadání 2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU 3.TEORETICKÝ ROZBOR

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

Studium klopných obvodů

Fyzikální praktikum 3 Operační zesilovač

Pokud není uvedeno jinak, uvedený materiál je z vlastních zdrojů autora

Klasifikace: bodů výborně bodů velmi dobře bodů dobře 0-49 bodů nevyhověl. Příklad testu je na následující straně.

7. Měření na elektrických přístrojích

Fyzikální praktikum II - úloha č. 5

1.6 Operační zesilovače II.

1 Zadání. 2 Teoretický úvod. 4. Generátory obdélníkového signálu a MKO

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

Základy elektrotechniky

Stabiliz atory napˇet ı v nap ajec ıch zdroj ıch - mˇeˇren ı z akladn ıch parametr u Ondˇrej ˇ Sika

Pracovní list - Laboratorní práce č. 7 Jméno: Třída: Skupina:

L A B O R A T O R N Í C V I Č E N Í

Pracovní list žáka (SŠ)

Elektronika pro informační technologie (IEL)

II. Nakreslete zapojení a popište funkci a význam součástí následujícího obvodu: Integrátor s OZ

Technická dokumentace. === Plošný spoj ===

Fotodioda ve fotovodivostním a fotovoltaickém režimu OPTRON

Zkouškové otázky z A7B31ELI

5. A/Č převodník s postupnou aproximací

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

Kategorie Ž1. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení!

7. MĚŘENÍ LINEÁRNÍHO POSUVU

Czech Audio společnost pro rozvoj technických znalostí v oblasti audiotechniky IČ :

Proudové převodníky AC proudů

Stejnosměrný generátor DYNAMO

Fázorové diagramy pro ideální rezistor, skutečná cívka, ideální cívka, skutečný kondenzátor, ideální kondenzátor.

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě zenerova dioda její hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

Obvod střídavého proudu s indukčností

Stejnosměrné měniče. přednášky výkonová elektronika

Typ UCE0 (V) IC (A) PCmax (W)

Laboratorní cvičení č.11

MĚŘENÍ NA USMĚRŇOVAČÍCH

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Název: Téma: Autor: Číslo: Prosinec Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

SOUPRAVA ZÁKLADNÍ ELEKTRICKÉ OBVODY. Návod k použití a popis pokusů

Rezonance v obvodu RLC

Transkript:

Unipolární tranzistor aplikace Návod k praktickému cvičení z předmětu A4B34EM 1 Cíl měření Účelem tohoto měření je seznámení se s funkcí a aplikacemi unipolárních tranzistorů. Během tohoto měření si prakticky vyzkoušíte jeden z druhů unipolárních tranzistorů, tranzistor typu MOSFET s indukovaným N kanálem. Zároveň máte možnost ověřit si průběhy napětí a proudu při spínání induktivní zátěže a seznámit se s funkcí spínaného napájecího zdroje, v němž je MOSFET tranzistor často využíván. 2 Příprava ke cvičení 3 Úkoly měření Prostudujte princip funkce unipolárních tranzistorů, jejich strukturu i možnosti aplikací. Seznamte se s průběhy napětí a proudu při spínání a vypínání induktivní zátěže. Seznamte se s činností spínaných zdrojů s indukčnostmi a s jejich principiálními zapojeními. Seznamte se se zapojením měřícího přípravku a s katalogovými parametry použitého tranzistoru. Na měřícím přípravku zapojte součástky pro spínání induktivní zátěže tranzistorem MOSFET a ověřte činnost zapojení. Při práci dodržujte pokyny cvičícího. Na osciloskopu zobrazte průběh řídícího napětí tranzistoru U GS a odečtěte hodnotu prahového napětí U GS(th). Na osciloskopu zobrazte průběh vstupního proudu hradla tranzistoru I G. Na osciloskopu zobrazte průběh výstupního napětí tranzistoru U DS. Zapojte a ověřte funkci zvyšujícího spínaného napájecího zdroje, změřte hodnotu výstupního napětí U 2. 4 Teoretická příprava 4.1 Měřící přípravek Přípravek, na kterém budeme provádět měření, obsahuje potřebné součástky nejen pro základní měření na NMOS tranzistoru, ale také pro jeho aplikace v podobě spínače indukčnosti nebo pro zkušební zapojení spínaného napájecího zdroje. Vývody součástek jsou připojeny ke zdířkám, které jsou dostupné na čelním panelu. Ke spojování součástek použijeme přiložených tenkých propojovacích vodičů, k připojení měřících přístrojů pak použijeme vodičů s konektory větší velikosti. K připojení osciloskopu použijeme přiložených sond. Obrázek 1 - Měřící přípravek

4.2 Tranzistor použitý v zapojení Při měření bude použit tranzistor typu IRF840, jedná se o výkonový spínací FET tranzistor s indukovaným kanálem vodivosti N. Tyto tranzistory se většinou označují jako N MOSFET nebo zkráceně NMOS. Jeho základní parametry odečteme z katalogového listu výrobce. Obrázek 2 - Základní katalogové parametry Použitý tranzistor je pro danou aplikaci dostatečně výkonný, vyznačuje se velkým propustným proudem kanálu (I D = 8 A) a také značnou napěťovou odolností ve vypnutém stavu (V DS = 500 V). Pokud dodržíme napájecí napětí 15 V, nemusíme se v našem zapojení bát jeho zničení. 4.3 Tranzistor jako spínač induktivní zátěže Tranzistor ve funkci spínače má za úkol velmi rychle přecházet z nevodivého stavu do plně vodivého a zpět. Aby tuto náhlou změnu pracovního bodu mohl kvalitně provádět, je potřeba jej budit příslušným napětím U GS, které je výrazně vyšší, než je prahové napětí U GS(th). Při spínání unipolárního tranzistoru však také potřebujeme velmi rychle nabít kapacitu hradla poměrně velkým proudem. Z těchto požadavků pak vychází nároky na budící obvod tranzistoru. Zde je potřeba obdélníkového signálu s poměrně ostrou hranou a napětím měnícím se od 0 V po cca 10 až 15 V. K tomuto účelu je do měřícího přípravku vřazen tvarovač signálu. Schéma na obrázku 3, které bude použito při měření, obsahuje dále rezistory R G, R S a také toroidní tlumivku L Z. Rezistor R S slouží pouze ke snímání proudu a jeho hodnota je stanovena tak, aby úbytek napětí ve voltech měl stejné měřítko jako procházející proud v ampérech. Rezistor R G pak slouží pro úmyslné zhoršení kvality tvarovače tak abychom si mohli lépe prohlédnout průběhy napětí a proudu v obvodu. Jelikož se jedná spíše o parazitní součástku, nebyl by v praxi použit. Obrázek 3 - Spínání induktivní zátěže Problém v našem obvodu nastává právě díky indukčnosti L Z. Ta při spínání a vypínání tranzistoru způsobuje přechodové jevy, které značně deformují předpokládané průběhy obvodových veličin. Spínání induktivní zátěže můžeme rozdělit na jednotlivé fáze, viz obrázek 4.

Obrázek 4 - průběh spínání induktivní zátěže Vypnutý stav (1) Na hradle tranzistoru je nulové napětí, tranzistor je vypnutý a neprochází jím žádný proud, tudíž napětí U DS = U DD. Spínání (2) Po přivedení kladného napětí U GS začne proud I G nabíjet hradlovou kapacitu a po překročení prahového napětí U GS(th) je tranzistor uváděn do vodivého stavu. To se projeví nárůstem proudu zátěží a také poklesem napětí U DS. Obecně se indukčnost brání proudovým změnám, tudíž proud zátěží bude narůstat pomaleji. Vlivem změny kapacity hradla při dosažení prahového napětí se křivka U GS deformuje, a tudíž na úrovni prvního schodu můžeme odečíst prahové napětí tranzistoru U GS(th). Sepnutý stav (3) Indukčnost akumulovala energii ve formě magnetického pole a průtok proudu je tím v ustáleném stavu omezen převážně zatěžovacím rezistorem R Z. Vypínání (4) Vlivem akumulované energie v indukčnosti dochází při vypínání k překmitu napětí U DS. Cívka se brání změnám proudu a po čas vypínání se stává zdrojem energie, který je připojen sériově ke zdroji napájecího napětí. K omezení překmitu napětí U DS se používá různých druhů ochran. Tyto jsou užitečné v případě, že indukčnost zátěže je nechtěná, například při spínání relé nebo motorů. V případě, že je indukčnost zapojena záměrně, například u spínaných zdrojů, není možno ochran využít, ale je potřeba příslušně dimenzovat spínací tranzistor. 4.4 Spínaný napájecí zdroj s induktorem Jak již bylo uvedeno, jako jedna z typických aplikací, kde je využíváno převážně MOSFET tranzistorů, je spínaný napájecí zdroj. Tyto zdroje mají za úkol měnit velikost nebo polaritu napětí při zachování velmi vysoké účinnosti. Na obrázku 5 je uvedeno schéma zapojení jednoduchého zvyšujícího spínaného zdroje, který vzniknul úpravou předchozího zapojení. Napěťové překmity jsou sbírány rychlou diodou D a jejich energie je uchovávána v kondenzátoru C. Tím, že se indukované napětí cívky připojuje se stejnou polaritou do série s napájecím zdrojem, je dosaženo vyššího napětí na výstupu zdroje U 2, než je napětí na vstupu zdroje U DD. Obrázek 5 - Zapojení jednoduchého zvyšujícího spínaného zdroje

5 Praktická měření 5.1 Zobrazení průběhu řídícího napětí tranzistoru U GS Na použitém přípravku zapojte součástky podle schéma zapojení, které je uvedeno na obrázku 6. Jako rezistor R G vyberte hodnotu 1 kω, na místo rezistoru R Z pak hodnotu 100 Ω. Před připojením měřících přístrojů nastavte jejich měřící rozsahy na požadované hodnoty. Je vhodné začít vyšším rozsahem a teprve při měření jej zpřesňovat. Před připojením napájecího zdroje napřed nastavte požadovanou hodnotu výstupního napětí na 15 V a také omezení výstupního proudu na 500 ma. Tvarovač ke své činnosti potřebuje nezávislý napájecí zdroj 15 V. Z generátoru pouštějte do obvodu sinusový signál o frekvenci 10 khz, amplitudu signálu nastavte tak velikou, jak generátor umožňuje, ne však větší než 15 V PP. Na osciloskopu zobrazte průběh řídícího napětí tranzistoru U GS a odečtěte hodnotu prahového napětí U GS(th). Prohlédněte si také průběh proudu, který prochází kanálem tranzistoru a zátěží I D. Proud I D je měřen jako úbytek napětí na rezistoru R S, jelikož je jeho hodnota 1 Ω, je měřítko proudu v ampérech stejné jako měřítko napětí ve voltech, což nám ulehčuje odečet na osciloskopu. Obrázek 6 - Zapojení pro měření průběhu U GS a I D Odečtená hodnota prahového napětí U GS(th) = 5.2 Zobrazení průběhu vstupního proudu hradla tranzistoru I G Na zapojení podle obrázku 7 pro měření průběhu nabíjecího proudu kapacity hradla tranzistoru přejdeme jednoduše rozpojením obvodu se zátěží. Úbytek napětí na rezistoru R S se tím stal úměrný procházejícímu proudu I G a tím i snadno zobrazitelný na obrazovce osciloskopu. Obrázek 7 - Zapojení pro měření proudu hradla tranzistoru I G

5.3 Zobrazení průběhu výstupního napětí tranzistoru U DS Měřící přípravek zapojíme podle obrázku 8 tak abychom mohli zobrazit průběh napětí U DS. Vzhledem k velikosti proudu procházejícího zátěží můžeme zanedbat úbytek napětí na R S, zobrazený průběh je tedy průběhem napětí U DS. Ze zobrazeného průběhu určíme maximální hodnotu napětí U DS a tím i velikost překmitu tohoto napětí nad ustálenou hodnotu. Obrázek 8 - Zapojení pro měření úbytku napětí na spínacím tranzistoru U DS Nyní připojíme k cívce paralelně ochranou diodu D typu BY299, znovu zobrazíme průběh napětí U DS a změříme velikost překmitu tohoto napětí. Obrázek 9 - Zapojení pro měření napětí U DS se zapojenou ochranou diodou Bez ochranné diody U DS(pp) = S ochranou diodou U DS(pp) = 5.4 Ověření činnosti zvyšujícího spínaného napájecího zdroje Na použitém přípravku zapojte součástky podle schéma zapojení, které je uvedeno na obrázku 5. Jednoduchou úpravou jste tak dostali zvyšující spínaný napájecí zdroj. Jako blokovací diodu použijte opět rychlý typ křemíkové diody BY299. K výstupním svorkám zdroje připojte osciloskop a prohlédněte si průběh výstupního napětí sestaveného zdroje. Vyzkoušejte více kombinací výstupních kondenzátorů, můžete také zkusit měnit frekvenci generátoru. Pokuste se různými kombinacemi součástek i nastavení získat co nejvyšší výstupní napětí, tuto kombinaci poté zapište a porovnejte s ostatními skupinami. U DD = f = R G = L Z = R Z = C OUT = U 2 =