Váení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, e na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, e ukázka má slouit 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, e není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále íøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umisováním 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 dalích pøíkladech si ukáeme zapojení pro ovìøení funkce typického pøedstavitele tyristoru pøi spínání zátìe. Ve schématu pouijeme tyristor z knihovny DIODE SCR 2N1595 (SCR Silicon Controlled Rectifier) a tlaèítka z knihovny ELECTROMECHANICAL MOMENTARY_SWITCHES PB_NO. Zátì je demonstrována árovkou. Schéma je na obr. 157.
Obr. 157 Ovìøení funkce tyristoru
A
6 Vlastnosti polovodièových souèástek
159
Funkce tlaèítek je následující. Tlaèítko J1 slouí k zapnutí árovky X1 tyristor se otevøe, tlaèítkem J2 tyristor uzavøeme a árovka zhasne. kap.
6
V pøípadì, e chceme tyristor ovládat pouze jedním spínaèem, musíme v zapojení pouít usmìrnìný tepavý proud. Zapojení pro ovládání spínání zátìe tyristorem a jedním spínaèem je na obr. 158.
Obr. 158 Ovládání tyristoru jedním spínaèem V dalím textu budeme vìnovat pozornost bipolárním a unipolárním tranzistorùm. Zamìøíme se na jejich charakteristiky, které mùeme porovnávat s firemními katalogovými listy.
6.6
VLASTNOSTI A FUNKCE BIPOLÁRNÍHO TRANZISTORU
Bipolárních tranzistorù (BJT Bipolar Junction Transistor) je v knihovnì programu velké mnoství. Pøi øeení jednotlivých úloh pouijeme v obvodech rozíøený BC337. Jeho popis, parametry a charakteristiky mùeme získat v materiálech [7] a [10]. V programu mùeme vyuít informaci uvedenou v PLACE TRANSISTOR SELECT A COMPONENT BJT_NPN BC337 DETAIL REPORT. Podobnì, jako u diod, mùeme charakteristiky získat mìøením obvodových velièin a sestrojením grafù, pouitím virtuálního zobrazovaèe charakteristik. Pokroèilejí uivatelé vyuijí vhodnou analýzu. Pøi návrhu obvodù s tranzistory nás budou zajímat pøedevím výstupní charakteristiky. Výstupní charakteristika pøi zapojení BJT se spoleèným emitorem (SE) je závislost: IC = f (UCE); IB = const Schéma pro zjitìní obvodových velièin a následné sestrojení výstupních charakteristik je na obr. 159. Pro jednoduchost jsme pouili 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 pouíváme schéma, které je na obr. 160. Zjitìné obvodové velièiny jsou v obou pøípadech stejné.
Obr. 160 Schéma pro mìøení charakteristik BJT Následnì si výstupní charakteristiky pouitého 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 dolo ke znièení tranzistoru. PTOT = UCE · IC + UBE · IBE ≈ UCE · IC [W] Hyperbolu ztrátového výkonu PTOT = 0,625 W si mùeme sestrojit: ,& =
162
Antonín Juránek: MultiSIM elektronická laboratoø na PC
3727 8&(
A
V tabulce jsou uvedeny výsledky. 8&(>9@ ,&>$@
Z charakteristik mùeme urèit proudový zesilovací èinitel h21E (dalí 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 = 100630. Pro srovnání jsou na obr. 163 zobrazeny výstupní charakteristiky reálného tranzistoru BC337, které jsou pøevzaty z katalogového listu [10]. Charakteristiky se mírnì odliují od charakteristik získaných simulací.
Obr. 163 Výstupní charakteristiky BC337 z dokumentace
A
6 Vlastnosti polovodièových souèástek
163
kap.
6
Pro získání výstupních charakteristik tranzistorù mùeme vyuít 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 kolektoremitor 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, e klikneme na tlaèítko zmìny filtru CHANGE FILTER a zakrtneme vechny 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 sputìní simulace v otevøeném oknì GRAPHER VIEW (podle parametrù vaeho PC a nastavení krokù zmìny parametrù mùe analýza trvat i nìkolik sekund!!!!).
kap.
6
Výstupem analýzy je proud kolektoru IC. Otevøeme záloku OUTPUT a v pøípadì, e 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 vyuijeme výstupní charakteristiky zobrazené na obr. 169 a doplníme je o zatìovací pøímku na které si zvolíme klidový pracovní bod P0. Naí 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, pouitý 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 zatìovací pøímkou pro zadané hodnoty. Zatìovací pøímka je spojnicí bodù IK a Ucc.
Obr. 170 Výstupní charakteristiky a zatìovací pøímka bipolárního tranzistoru BC337
A
6 Vlastnosti polovodièových souèástek
167
Bod IK vypoèítáme pouití 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 (pøiblinì). 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 zjitìné obvodové velièiny jsou na obr. 171.
Obr. 171 Nastavení klidového pracovního bodu tranzistoru Údaje zjitìné v prùbìhu simulace odpovídají zadaným pro zvolený pracovní bod. Nastavení klidového pracovního bodu tranzistoru je moné 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 zatìovací 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