INF1411 Oblig nr. 4 - Veiledning

Transkript

1 INF1411 Oblig nr. 4 - Veiledning Informasjon I denne oppgaven skal vi, foruten vanlige motstander og kondensatorer, benytte oss av en elektrolyttkondensator, 3 typer dioder (LED, Zener og Likeretter) og en bipolar transistor (NPN). Komponentene blir forklart meget enkelt her, mens datablad legges ut på kursets webside. ELVIS-Instrumentene som behøves i denne obligen er markert over: DMM, Scope, FGEN og VPS er du kjent med fra tidligere oppgaver/veiledninger. 2-Wire blir forklart på neste side. Dette instrumentet gjør det enkelt å tegne en VIkarakteristikk, f.eks. for en diode Elektrolyttkondensator Viktig! Elektrolytt-kondensatoren vi skal bruke er av type ikke-polarisert (Non-polarized). Dette betyr at den har en + terminal og en - terminal og spenningen må være høyere på + enn på - -terminalen. Hvis kondensatoren har en produksjonfeil e.l., og vi kobler den feil vei kan det gå en strøm som varmer opp kondensatoren og dette kan forårsake uhell i form av en liten eksplosjon eller en sprut av elektrolyttvæske (noe som ikke er heldig for øyne/hud). Vi skal riktignok være veldig uheldig om dette skjer for vanligvis er flere sikkerhetsmekanismer lagt inn for å unngå uhell. Vær allikevel påpasselig med å koble kondensatoren riktig: Et langt ben kjennetegner + -siden som skal tilkobles det mest positive potensialet i kretsen. Veldig ofte er også minus-siden merket med Elektrolytt. Venstre: Typisk kretssymbol. Høyre: Et langt ben indikerer + -siden av kondensatoren. Det korte er nødvendigvis - -siden. Side: 1/5

2 VI-karakteristikk med Instrumentet 2-Wire Med instrumentet 2-Wire kan man enkelt lage et plott av VI-karakteristikken til en krets. Tilkobling Tilkoblingene DUT+ og DUT- brukes av instrumentet for å sette en spenning, mens strømmen samtidig leses av. (DUT står for Device Under Test). Kontroller Spenningen steppes i linjære steg med kontrollene Start, Stop og Increment. Slik kontrollpanelet er satt opp i bildet over vil spenningen altså bli satt til verdiene 0V, 0.5V, 1V og 1.5V, og det gjøres en strømmåling for hver av disse. Man kan sette en strømbegrensning i feltet Current Limits. Dette gjøres for å unngå å overbelaste komponenten/kretsen man undersøker. Ved å sette feltet Gain til Medium eller High kan man justere en intern forsterkning hvilket vil gjøre måling av små strømmer mer nøyaktig. Ulempen ved å gjøre dette er at man ikke kan måle like store strømmer. Low Gain kan måle strømmer opp til ca 40 ma, Medium Gain opp til ca 4 ma og High Gain opp til 0.4 ma. I Graph settings kan man velge om man vil se spenning/strøm på logaritmisk akser, hvilket kan være interessant om man for eksempel ønsker å se på av -strømmene i en diode. Device, Run og Stop knappene fungerer som for andre instrumenter. Konflikter/feilmeldinger Har du problemer med å bruke instrumenter, forsøk å trykke Stop-knappen i de andre instrumentene: DMM, VPS, FGEN, Scope, o.l. Side: 2/5

3 Dioder Dioder lages med halvledermaterialer. Dersom det i et halvledermateriale er flere positive ladningsbærere (e.g. hull) kaller vi materialet P-type, og om det er flere frie negative ladningsbærere (elektroner) kaller vi materialet for N-type. I overgangen mellom P-type og N-type materiale har vi en diode. En diode leder godt strøm når den er foroverforspent, d.v.s. når spenningen på P-siden er høyere enn på N-siden. Dioden leder strøm bedre og bedre jo mer foroverforspent den er men strømmen begrenses etter hvert av effekter så som seriemotstand og egenoppvarming. Når dioden er reversforspent med moderate spenninger går det en tilnærmet konstant lekkasjestrøm som ofte er veldig liten. En type dioder som kalles zener-dioder eller breakdown dioder har blitt laget slik at de bryter sammen og lar en stor strøm passere i revers-retningen når revers-spenningen overstiger en viss terskel. Denne terskelen kan man få til å lage temmelig nøyaktig, og slike dioder brukes ofte i reversretningen sammen med en motstand for å lage en spenningsreferanse. Med noen materialtyper kan man få en diode til å sende ut synlig lys. En slik diode kalles en LED (Light Emitting Diode). Det finnes LEDer med forskjellige farver, for eksempel blå, rød, grønn, orange, hvit. Disse er gjerne laget av forskjellige materialer for å få til de forskjellig fargene. Når vi skal bruke en LED til å sende ut lys sender vi strøm i foroverretningen til dioden. Mengden med lys som lages av dioden er proporsjonal med strømmen vi sender gjennom. Vanligvis oppgis det en anbefalt forover-spenning og strøm som man kan bruke. Det er viktig at man ikke lar for mye strøm gå igjennom LEDen, da den raskt kan gå i stykker. Skal vi få en LED til å lyse med en spenningskilde, er det vanlig å begrense strømmen ved hjelp av en seriemotstand. Som et eksempel kan vi tenke oss at vi har en LED som skal ha 2 Volt over seg og 10 ma gjennom seg. Har vi en forsyningspenning på 5 Volt så skal de resterende 3 Volt stå over seriemotstanden. For å få til det må vi velge en motstand på 300Ω for at diode-strømmen skal bli 10mA. En LED kan også brukes som en (litt dårlig) fotosensitiv diode. Om man lar dioden stå til en høyimpedant node bygger lyset opp en spenning slik at dioden er foroverbiasert. Man kan også sette en revers-bias over dioden, og måle strømmen. Fotostrømmen er proporsjonal med mengden lys som faller på dioden. Side: 3/5

4 + V f - P N Diode LED Fotosensitiv diode Zener-diode (Breakdown diode) Ulike diodesymboler (til venstre) og en illustrativ VI-karakteristikk. Zener-dioden nederst til venstre kan også tegnes med skrå streker. Typisk LED. En flat side eller kort bein indikerer N-siden av PN-dioden. Side: 4/5

5 Bipolar Transistor Transistoren vi skal bruke i denne oppgaven er laget av et selskap kalt Fairchild og kalles 2N3415. Dette er modellnummeret til transistoren. Forskjellige modeller har litt forskjellige egenskaper. På bildet under er komponenten vist med pinnene B base, C collector, E emitter. Pinneanordningen som er brukt på komponenten er ikke universell. Til høyre ser du et komponentsymbol som blir brukt i skjematikktegning. Collector (V C ) Base (V B ) Emitter (V E ) Når vi ser på en krets med en bipolar transistor kan vi ofte forenkle en DC-analyse og si at V B V E = V BE 0.7 Volt. Spenningen på 0.7 Volt kommer fra PN-overgangen mellom base og emitter. Som for dioder avhenger V BE særlig av materialene base og emitter er laget av men også noen andre parametere. I en vilkårlig oppkoblet krets kan allikevel V BE bli litt forskjellig, kanskje særlig avhengig av lastmotstanden som emitter ser, sett i sammenheng med hva slags spenning vi setter på V B. Allikevel kan vi si at den bipolare transistoren er meget flink til å tilpasse strøm-nivået fra collector til emitter slik at spenningen V BE er nesten konstant. Forsiktighet ved bruk: For å unngå sterk oppvarming / å ødelegge transistoren (2N3415); unngå å sette mer enn 5 Volt fra base til emitter, unngå at andre spenninger overskrider 25 Volt og hold kollektorstrøm under 500 ma. Side: 5/5