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

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

[email protected]

CTR pro optoèlen s LED a tranzistorem: &75 =

,& ⋅  ,)

[%] UCE = const

Obvykle CTR urèíme pøi IF = 10 mA a UCE = 5 V. Hodnoty zjistíme z tabulky. &75 =

,&  ⋅  = ⋅  =   ,) 

kap.

6

V katalogovém listì [9] je uveden CTRMIN = 100 %.

6.5

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 – MOMENTARY_SWITCHES – PB_NO. Zátìž je demonstrována žárovkou. Schéma je na obr. 157.

Obr. 157 Ovìøení funkce tyristoru

A

6 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. kap.

6

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.

6.6

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: IC = f (UCE); IB = const Schéma pro zjištìní obvodových velièin a následné sestrojení výstupních charakteristik je na obr. 159. Pro jednoduchost jsme použili v obvodu báze proudový zdroj.

160

Antonín Juránek: MultiSIM – elektronická laboratoø na PC

A

kap.

6

Obr. 159 Schéma pro mìøení výstupní charakteristiky BC337 V laboratoøi pøi reálném mìøení charakteristik tranzistorù používáme schéma, které je na obr. 160. Zjištìné obvodové velièiny jsou v obou pøípadech stejné.

Obr. 160 Schéma pro mìøení charakteristik BJT Následnì si výstupní charakteristiky použitého BJT vytvoøíme pomocí zobrazovaèe charakteristik. Na obr. 161 je pohled na obrazovku zobrazovaèe s nastavenými parametry a na obr. 162 je vzhled výstupních charakteristik BC337 z prostøedí GRAPHER VIEW.

A

6 Vlastnosti polovodièových souèástek

161

kap.

6

Obr. 161 Obrazovka zobrazovaèe charakteristik

Obr. 162 Výstupní charakteristiky BC337 Vygenerované charakteristiky jsou doplnìny o hyperbolu ztrátového výkonu PTOT = 0,625 W (kolektorové ztráty), která spoleènì s hodnotami [10] ICMAX (0,5 A) a UCE0 (45 V) vymezuje pracovní oblast tranzistoru. Pøi umístìní pracovního bodu mimo pracovní oblast by reálnì došlo ke znièení tranzistoru. PTOT = UCE · IC + UBE · IBE ≈ UCE · IC [W] Hyperbolu ztrátového výkonu PTOT = 0,625 W si mùžeme sestrojit: ,& =

162

Antonín Juránek: MultiSIM – elektronická laboratoø na PC

3727 8&(

A

V tabulce jsou uvedeny výsledky.  8&(>9@           ,&>$@          

Z charakteristik mùžeme urèit proudový zesilovací èinitel h21E (další oznaèení ß nebo hFE). β=

kap.

6

∆ ,&  8&( = FRQVW ∆, %

Pøi UCE = 1 V je β=

 −  =   − 

V katalogovém listu [10] je podle typu tranzistoru BC337 pøi UCE = 1 V hFE = 100–630. Pro srovnání jsou na obr. 163 zobrazeny výstupní charakteristiky reálného tranzistoru BC337, které jsou pøevzaty z katalogového listu [10]. Charakteristiky se mírnì odlišují od charakteristik získaných simulací.

Obr. 163 Výstupní charakteristiky BC337 z dokumentace

A

6 Vlastnosti polovodièových souèástek

163

kap.

6

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. 164 je vhodné schéma zapojení pro tento druh analýzy.

Obr. 164 Zapojení pro rozmítanou stejnosmìrnou analýzu BJT Nejdøíve si urèíme zpùsob rozmítání napìtí kolektor–emitor UCE – od 0 V do 10 V, krok rozmítání zvolíme 1 mV. Následnì urèíme rozmítání proudu báze IB – 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. 165.

Obr. 165 Nastavení parametrù rozmítané stejnosmìrné analýzy BJT

164

Antonín Juránek: MultiSIM – elektronická laboratoø na PC

A

Nastavení zdroje proudu IB (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 IB = 0,2 mA a zmìnì napìtí UCE od 0 do 10 V. Potom dojde ke zmìnì proudu IB na 0,4 mA a opìt k postupné zmìnì UCE. Simulace se ukonèí pøi IB = 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!!!!).

kap.

6

Výstupem analýzy je proud kolektoru IC. Otevøeme záložku OUTPUT a v pøípadì, že není parametr IC dostupný musíme postupovat následujícím postupem. Klikneme na tlaèítko MORE a ADD DEVICE/MODEL PARAMETER (pøidat parametr souèástky/modelu). Okno analýzy je zobrazeno na obr. 166.

Obr. 166 Nastavení výstupu analýzy V otevøeném oknì ADD DEVICE/MODEL PARAMETER provedeme nastavení, která jsou patrná z obr. 167.

A

6 Vlastnosti polovodièových souèástek

165

kap.

6 Obr. 167 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. 168.

Obr. 168 Závìreèné nastavení výstupu analýzy Po sttisknutí tlaèítka SIMULATE se spustí vlastní simulace a v otevøeném oknì GRAPHER VIEW sledujeme vytváøení výstupních charakteristik. Výstupní charakteristiky vytvoøené tímto zpùsobem jsou na obr. 169. Pro správnou funkci obvodù s tranzistory je nutné nastavení klidového pracovního bodu. Jako výchozí využijeme výstupní charakteristiky zobrazené na obr. 169 a doplníme je o zatìžovací pøímku na které si zvolíme klidový pracovní bod P0. Naší úlohou bude pomocí vypoèítané hodnoty rezistoru Rb v obvodu báze tranzistoru nastavit klidový pracovní bod se souøadnicemi P0 [IC, 0,5 UCC]. Zadané hodnoty: – napájecí napìtí UCC = 9 V, – hodnota rezistoru v obvodu kolektoru tranzistoru RC = 56 Ω, – použitý tranzistor BC337.

166

Antonín Juránek: MultiSIM – elektronická laboratoø na PC

A

kap.

6

Obr. 169 Výstupní charakteristiky získané rozmítanou stejnosmìrnou analýzou Na obr. 170 jsou výstupní charakteristiky se zatìžovací pøímkou pro zadané hodnoty. Zatìžovací pøímka je spojnicí bodù IK a Ucc.

Obr. 170 Výstupní charakteristiky a zatìžovací pøímka bipolárního tranzistoru BC337

A

6 Vlastnosti polovodièových souèástek

167

Bod IK vypoèítáme použití vztahu: kap.

6

,. =

8&&  = =  ⋅ − $ 5& 

, . =  P$

Pro zadané napìtí klidového pracovního bodu 0,5 · UCC (UCE = 4,5 V) z charakteristik odeèteme hodnotu IB = 350 µA (pøibližnì). Hodnotu odporu rezistoru Rb vypoèítáme ze vztahu: 5E =

8&& − 8 %(  −  = =   Ω ,E  ⋅−

Pro výpoèet volíme UBE = 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 UCC = 9 V, RC = 100 Ω, BC337. ,. =

8&&  = =  ⋅− $ 5& 

, . =  P$

Na výstupní charakteristice (obr. 170) zvolíme pracovní bod P0 [IC, 0,5 UCC], sestrojíme zatìžovací pøímku s IK = 90 mA a UCC = 9 V. Odeèteme hodnoty pro tento bod: IB = 150 µA, Ic = 40 mA a UCE = 4,5 V.

168

Antonín Juránek: MultiSIM – elektronická laboratoø na PC

A