Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umis ováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN technická literatura redakce@ben.cz
CTR pro optoèlen s LED a tranzistorem:,& &75 = [%] U, CE = const ) Obvykle CTR urèíme pøi I F = 10 ma a U CE = 5 V. Hodnoty zjistíme z tabulky.,& &75 = = =, ) V katalogovém listì [9] je uveden CTR MIN = 100 %. kap..5 VÍCEVRSTVÉ POLOVODIÈOVÉ SOUÈÁSTKY S touto kategorií souèástek se ve schématech elektronických obvodù èasto setkáváme. Opìt nás zajímají jejich V-A charakteristiky a funkce. V dalších pøíkladech si ukážeme zapojení pro ovìøení funkce typického pøedstavitele tyristoru pøi spínání zátìže. Ve schématu použijeme tyristor z knihovny DIODE SCR 2N1595 (SCR Silicon Controlled Rectifier) a tlaèítka z knihovny ELECTROMECHANICAL MOMENTA- RY_SWITCHES PB_NO. Zátìž je demonstrována žárovkou. Schéma je na obr. 157. Obr. 157 Ovìøení funkce tyristoru A Vlastnosti polovodièových souèástek 159
Funkce tlaèítek je následující. Tlaèítko J1 slouží k zapnutí žárovky X1 tyristor se otevøe, tlaèítkem J2 tyristor uzavøeme a žárovka zhasne. V pøípadì, že chceme tyristor ovládat pouze jedním spínaèem, musíme v zapojení použít usmìrnìný tepavý proud. Zapojení pro ovládání spínání zátìže tyristorem a jedním spínaèem je na obr. 158. Obr. 158 Ovládání tyristoru jedním spínaèem V dalším textu budeme vìnovat pozornost bipolárním a unipolárním tranzistorùm. Zamìøíme se na jejich charakteristiky, které mùžeme porovnávat s firemními katalogovými listy.. VLASTNOSTI A FUNKCE BIPOLÁRNÍHO TRANZISTORU Bipolárních tranzistorù (BJT Bipolar Junction Transistor) je v knihovnì programu velké množství. Pøi øešení jednotlivých úloh použijeme v obvodech rozšíøený BC337. Jeho popis, parametry a charakteristiky mùžeme získat v materiálech [7] a [10]. V programu mùžeme využít informaci uvedenou v PLACE TRANSISTOR SELECT A COMPONENT BJT_NPN BC337 DETAIL REPORT. Podobnì, jako u diod, mùžeme charakteristiky získat mìøením obvodových velièin a sestrojením grafù, použitím virtuálního zobrazovaèe charakteristik. Pokroèilejší uživatelé využijí vhodnou analýzu. Pøi návrhu obvodù s tranzistory nás budou zajímat pøedevším výstupní charakteristiky. Výstupní charakteristika pøi zapojení BJT se spoleèným emitorem (SE) je závislost: I C = f (U CE ); I B = const Schéma pro zjištìní obvodových velièin a následné sestrojení výstupních charakteristik je na obr. 159. Pro jednoduchost jsme použili v obvodu báze proudový zdroj. 10 Antonín Juránek: MultiSIM elektronická laboratoø na PC A
Obr. 159 Schéma pro mìøení výstupní charakteristiky BC337 V laboratoøi pøi reálném mìøení charakteristik tranzistorù používáme schéma, které je na obr. 10. Zjištìné obvodové velièiny jsou v obou pøípadech stejné. Obr. 10 Schéma pro mìøení charakteristik BJT Následnì si výstupní charakteristiky použitého BJT vytvoøíme pomocí zobrazovaèe charakteristik. Na obr. 11 je pohled na obrazovku zobrazovaèe s nastavenými parametry a na obr. 12 je vzhled výstupních charakteristik BC337 z prostøedí GRAPHER VIEW. A Vlastnosti polovodièových souèástek 11
Obr. 11 Obrazovka zobrazovaèe charakteristik Obr. 12 Výstupní charakteristiky BC337 Vygenerované charakteristiky jsou doplnìny o hyperbolu ztrátového výkonu P TOT = 0,25 W (kolektorové ztráty), která spoleènì s hodnotami [10] I CMAX (0,5 A) a U CE0 (45 V) vymezuje pracovní oblast tranzistoru. Pøi umístìní pracovního bodu mimo pracovní oblast by reálnì došlo ke znièení tranzistoru. P TOT = U CE I C + U BE I BE U CE I C [W] 3 Hyperbolu ztrátového výkonu P TOT = 0,25 W si mùžeme sestrojit: 727,& = 8 &( 12 Antonín Juránek: MultiSIM elektronická laboratoø na PC A
V tabulce jsou uvedeny výsledky. 8 &( >9@, & >$@ Z charakteristik mùžeme urèit proudový zesilovací èinitel h 21E (další oznaèení ß nebo h FE ). kap. Pøi U CE = 1 V je, & β = 8&( = FRQVW, % β = = V katalogovém listu [10] je podle typu tranzistoru BC337 pøi U CE = 1 V h FE = 100 30. Pro srovnání jsou na obr. 13 zobrazeny výstupní charakteristiky reálného tranzistoru BC337, které jsou pøevzaty z katalogového listu [10]. Charakteristiky se mírnì odlišují od charakteristik získaných simulací. Obr. 13 Výstupní charakteristiky BC337 z dokumentace A Vlastnosti polovodièových souèástek 13
Pro získání výstupních charakteristik tranzistorù mùžeme využít rozmítanou stejnosmìrnou analýzu DC SWEEP ANALYSIS. Podstatou této analýzy je opakovaný výpoèet pracovních bodù pøi zmìnì napìtí nebo proudu jednoho nebo dvou zdrojù. Na obr. 14 je vhodné schéma zapojení pro tento druh analýzy. Obr. 14 Zapojení pro rozmítanou stejnosmìrnou analýzu BJT Nejdøíve si urèíme zpùsob rozmítání napìtí kolektor emitor U CE od 0 V do 10 V, krok rozmítání zvolíme 1 mv. Následnì urèíme rozmítání proudu báze I B od 0,2 ma do 0,8 ma s krokem 0,2 ma. V menu zvolíme SIMULATE ANALYSES DC SWEEP a parametry zadáme do otevøeného okna DC SWEEP ANALYSIS, které je na obr. 15. Obr. 15 Nastavení parametrù rozmítané stejnosmìrné analýzy BJT 14 Antonín Juránek: MultiSIM elektronická laboratoø na PC A
Nastavení zdroje proudu I B (Source 2) provedeme tak, že klikneme na tlaèítko zmìny filtru CHANGE FILTER a zaškrtneme všechny volby a potom zvolíme i:xib. Pøi tomto nastavení bude nejdøíve provedena simulace pøi I B = 0,2 ma a zmìnì napìtí U CE od 0 do 10 V. Potom dojde ke zmìnì proudu I B na 0,4 ma a opìt k postupné zmìnì U CE. Simulace se ukonèí pøi I B = 0,8 ma. Prakticky tento postup uvidíme pøi spuštìní simulace v otevøeném oknì GRAPHER VIEW (podle parametrù vašeho PC a nastavení krokù zmìny parametrù mùže analýza trvat i nìkolik sekund!!!!). Výstupem analýzy je proud kolektoru I C. Otevøeme záložku OUTPUT a v pøípadì, že není parametr I C dostupný musíme postupovat následujícím postupem. Klikneme na tlaèítko MORE a ADD DEVICE/MODEL PARAMETER (pøidat parametr souèástky/modelu). Okno analýzy je zobrazeno na obr. 1. kap. Obr. 1 Nastavení výstupu analýzy V otevøeném oknì ADD DEVICE/MODEL PARAMETER provedeme nastavení, která jsou patrná z obr. 17. A Vlastnosti polovodièových souèástek 15
Obr. 17 Nastavení výstupu proudu kolektoru Po zvolení parametru se po stlaèení tlaèítka OK otevøe okno DC SWEEP ANALYSIS a známým zpùsobem zaøadíme proud kolektoru @qq1(ic) jako výstup simulace. Výsledek je patrný z obr. 18. Obr. 18 Závìreèné nastavení výstupu analýzy Po sttisknutí tlaèítka SIMULATE se spustí vlastní simulace a v otevøeném oknì GRA- PHER VIEW sledujeme vytváøení výstupních charakteristik. Výstupní charakteristiky vytvoøené tímto zpùsobem jsou na obr. 19. Pro správnou funkci obvodù s tranzistory je nutné nastavení klidového pracovního bodu. Jako výchozí využijeme výstupní charakteristiky zobrazené na obr. 19 a doplníme je o zatìžovací pøímku na které si zvolíme klidový pracovní bod P 0. Naší úlohou bude pomocí vypoèítané hodnoty rezistoru R b v obvodu báze tranzistoru nastavit klidový pracovní bod se souøadnicemi P 0 [I C, 0,5 U CC ]. Zadané hodnoty: napájecí napìtí U CC = 9 V, hodnota rezistoru v obvodu kolektoru tranzistoru R C = 5 Ω, použitý tranzistor BC337. 1 Antonín Juránek: MultiSIM elektronická laboratoø na PC A
Obr. 19 Výstupní charakteristiky získané rozmítanou stejnosmìrnou analýzou Na obr. 170 jsou výstupní charakteristiky se zatìžovací pøímkou pro zadané hodnoty. Zatìžovací pøímka je spojnicí bodù I K a Ucc. Obr. 170 Výstupní charakteristiky a zatìžovací pøímka bipolárního tranzistoru BC337 A Vlastnosti polovodièových souèástek 17
Bod I K vypoèítáme použití vztahu: kap. 8, = = = $, = P$ &&.. 5& Pro zadané napìtí klidového pracovního bodu 0,5 U CC (U CE = 4,5 V) z charakteristik odeèteme hodnotu I B = 350 µa (pøibližnì). Hodnotu odporu rezistoru R b vypoèítáme ze vztahu: 8 8 5 = = = Ω E && %(, E Pro výpoèet volíme U BE = 0,7 V. Výpoèet a nastavení klidového pracovního bodu provìøíme simulaèním programem, schéma a zjištìné obvodové velièiny jsou na obr. 171. Obr. 171 Nastavení klidového pracovního bodu tranzistoru Údaje zjištìné v prùbìhu simulace odpovídají zadaným pro zvolený pracovní bod. Nastavení klidového pracovního bodu tranzistoru je možné provést odporovým dìlièem v obvodu báze. Schéma zapojení s oznaèením proudù a hodnot souèástek je na obr. 172. Zvolíme si hodnoty napájecí napìtí U CC = 9 V, R C = 100 Ω, BC337. 8, = = = $, = P$ &&.. 5& Na výstupní charakteristice (obr. 170) zvolíme pracovní bod P 0 [I C, 0,5 U CC ], sestrojíme zatìžovací pøímku s I K = 90 ma a U CC = 9 V. Odeèteme hodnoty pro tento bod: I B = 150 µa, Ic = 40 ma a U CE = 4,5 V. 18 Antonín Juránek: MultiSIM elektronická laboratoø na PC A