CARACTEROGRAFUL TR-4805 - Consideratii teoretice

CARACTEROGRAFUL TR-4805

Consideratii teoretice

Acest aparat industrial, realizat pentru vizualizarea caracteristicilor dispozitivelor semiconductoare are multiple posibilitati de utilizare, dar pentru ca acestea sa poata fi exploatate este necesara o cunoastere detaliata a aparatului.

Schema de principiu a aparatului este data in figura 1.

Fig.1. Schema de principiu a caracterografului

Tensiunea U_CE = U_C - U_E se aplica placilor de deflexie orizontala X ale tubului catodic, prin intermediul unui amplificator diferential. Curentul de colector al tranzistorului este:

I_C=βI_B; I_E = I_C + I_B; I_RE = I_E - I_B = I_C

unde este factorul static de transfer in curent al tranzistorului si ia valori de ordinul 10 10³.

In acest caz curentul de colector este egal cu cel prin rezistorul din emitor, caderea de tensiune pe rezistorul R_E este proportionala cu curentul de colector I_C si este aplicata placilor de deflexie pe verticala Y prin intermediul unui amplificator. Rezistorul R_S limiteaza curentul de colector al tranzistorului verificat, deci implicit regleaza puterea disipata pe dispozitiv.

Realizarea sursei de curent in trepte si a generatorului de tensiune poate fi urmarita in figura 2.

Tensiunea U_CE se obtine prin dubla redresare a tensiunii provenite de la retea. Frecventa retelei fiind aproximativ 50 Hz, semnalul redresat are o frecventa de 100 Hz (T = 10 ms). Pentru a se obtine imagini stabile este necesar ca treptele de curent sa fie sincrone cu tensiunea U_CE, respectiv tensiunea retelei. Impulsurile sincrone cu frecventa retelei se obtin prin detectarea trecerii prin zero a tensiunii provenite de la retea,. in figura 3 se pot urmari diagramele de semnal.

Fig. 2. Schema generatorului de tensiune si a generatorului de curent in trepte

Pentru inceput sa ne oprim asupra semnalelor 6, 7, 8. Semnalul 6 este un tren de impulsuri de perioada 5 ms, din care se obtine semnalul in scara 7 - semnal prin care se comanda in baza tranzistoarele bipolare, respectiv in grila tranzistoarele cu efect de camp. Semnalul 8 va deveni tensiunea U_CE (pentru excitarea tranzistoarelor bipolare) respectiv U_DS (pentru excitarea tranzistoarelor cu efect de camp).

Revenind la figura 2 se explica in continuare modul in care sunt generate semnalele 6, 7 si 8. Astfel, tranzistoarele T₁, T₂, T₃ au rolul de a forma semnale dreptunghiulare din tensiunea provenita de la retea, semnalul 1 se considera referinta (defazaj 0), semnalul 2 are faza de 180, iar semnalul 3 are un defazaj de 90 reglat din potentiometrul P₁. Se mai obtine un semnal dreptunghiular cu faza de 270 prin inversarea semnalului din colectorul tranzistorului T₂.

Cele patru semnale dreptunghiulare cu fazele 0, 90, 180 si 270 se aplica prin intermediul unor condensatoare unei porti logice P₁ care furnizeaza la iesire patru impulsuri in decursul unei perioade a tensiunii retelei (a se vedea semnalul 6 din figura 3). Perioada tensiunii retelei fiind 20 ms, rezulta cea a impulsurilor de 5 ms.

Impulsurile obtinute se aplica intrarilor unui numarator, iesirile acestuia sunt introduse intr-un decodificator 1 din 10 si prin comutatorul 'BASE STEPS' se selecteaza numarul de trepte prin resetarea numaratorului cu ajutorul tranzistorului T₅. La iesirea decodificatorului se afla un amplificator sumator a carui tensiune de iesire depinde de starea decodificatorului la un moment dat. Rezistentele amplificatorului sumator sunt alese astfel incat atunci cand decodificatorul baleiaza intrarile amplificatorului, tensiunea de iesire sa creasca in trepte cu pas constant (a se vedea semnalul 7 din figura 3).

Fig. 3. Diagrama de semnal in diverse puncte ale schemei.

Pentru tranzistoare bipolare este necesar ca treptele de tensiune sa fie convertite in curent, aceasta se realizeaza cu ajutorul unor rezistoare.

Aparatul prezinta de asemenea reglaje specifice fasciculului de electroni: intensitate, focalizare, astigmatism si pozitionare pe orizontala si verticala.

Conectarea aparatului la retea se face cu ajutorul butonului de iluminare a scalei.

In cazul tranzistoarelor bipolare si cu efect de camp pot fi vizualizate caracteristicile i_C = f(u_CE) sau i_C = f(u_BE) respectiv i_D = f(u_DS) sau i_D = f(u_GS), in functie de pozitia comutatorului de tensiune in una din pozitiile 'V_CE' sau 'V_BE'.

Generatorul de tensiune poate furniza tensiuni pozitive sau negative in functie de pozitia comutatorului 'COLLECTOR SUPPLY'.

Marimea acestei tensiuni se regleaza in trepte din butonul 'HOR. VOLT/DIV' si fin din butonul rosu 'VARIABLE'. Puterea disipata in dispozitiv poate fi controlata cu 'SERIES REZISTOR'. Generatorul de curent sau tensiune in trepte poate furniza doua pana la opt trepte reglabile din butonul 'BASE STEPS' si cu valoarea reglabila din comutatorul 'STEP AMPLITUDE' si polaritatea selectata din butonul 'STEP POL'.

Valorile tensiunilor se calculeaza prin citirea numarului de diviziuni pe orizontala multiplicate cu valoarea coeficientului de deflexie 'HORIZONTAL VOLT/DIV', iar cele ale curentului prin citirea numarului de diviziuni pe verticala multiplicate cu valoarea coeficientului de deflexie 'VERTICAL CURRENT/DIV'.

2. Chestiuni de studiat

2.1. Se vor vizualiza si trasa caracteristicile i_C = f(u_CE) cu i_B parametru si i_C = f(u_BE) pentru un set de tranzistoare bipolare. Se va consulta anexa pentru identificarea terminalelor tranzistoarelor precum si pentru datele de catalog specifice.

Pentru evitarea distrugerii aparatului precum si a tranzistorului de test se vor respecta urmatoarele reguli:

Pentru tranzistoarele NPN se vor pozitiona urmatoarele comutatoare astfel:

- 'COLLECTOR SUPPLY' pe pozitia AC+ sau DC+;

- 'HOR. VOLT/DIV' pe 2 V/div sau mai mic;

- 'STEP POL' pe pozitia +;

- 'STEP AMPLITUDE' pe pozitia curenti (mA).

Pentru tranzistoarele PNP se vor modifica doar pozitiile comutatoarelor:

- 'COLLECTOR SUPPLY' pe pozitia AC- sau DC-;

- 'STEP POL' pe pozitia -.

Se va calcula factorul dinamic de transfer in curent cu relatia:

(2)

unde ΔI_C este diferenta de curent intre doua trepte consecutive, iar ΔI_B este valoarea inscrisa pe comutatorul 'STEP AMPLITUDE' (fig. 4).

Fig. 4 Caractersticile pentru un tranzistor bipolar NPN.

2. Se vor vizualiza si trasa caracteristicile unui set de diode si jonctiuni de tranzistoare bipolare. Se vor nota valorile remarcabile (importante).

In acest caz o atentie deosebita trebuie acordata comutatorului 'HOR. VOLT/DIV' pentru a nu depasi tensiunea inversa maxima V_R, ceea ce poate duce la strapungerea jonctiunii si la defectarea aparatului.

3. Se vor vizualiza si trasa caracteristicile i_D = f(u_DS) cu u_GS parametru si i_D = f(u_GS) pentru un set de tranzistoare cu efect de camp unijonctiune TEC-J (J-FET). Pentru tranzistoarele cu canal n comutatoarele se vor pozitiona astfel:

- 'COLLECTOR SUPPLY' pe pozitia AC+ sau DC+;

- 'HOR. VOLT/DIV' 2 V/div. sau mai mic;

- 'STEP POL' pe pozitia -;

- 'STEP AMPLITUDE' pe pozitia tensiuni (V).

Pentru tranzistoare cu canal p se vor modifica:

- 'COLLECTOR SUPPLY' pe pozitia AC- sau DC-;

- 'STEP POL' pe pozitia +.

Se vor determina I_DSS definit ca si curent de drena pentru u_GS = 0 (pozitia SC) si tensiunea de prag V_P, aceasta fiind definita ca tensiune la care se anuleaza curentul de drena I_D = 0, ( fig.5).

Fig.5 Caracteristicile pentru tranzistoare cu efect de camp unijonctiune cu canal n TEC-J.

4. Se vor vizualiza si trasa caracteristicile I_D = f(u_DS) si I_D = f(u_GS) pentru un set de tranzistoare cu efect de camp cu canal indus si grila izolata TEC-MOS (MOS-FET), ( fig.6).

Fig. 6. Caracteristicile pentru tranzistoare cu efect de camp cu canal n

indus si grila izolata TEC-MOS (MOS-FET).

Pentru tranzistorul TEC-MOS cu canal n se vor pozitiona:

- 'COLLECTOR SUPPLY' pe pozitia AC+ sau DC+;

- 'HOR. VOLT/DIV' pe pozitia 2V/div. sau mai mic;

- 'STEP POL' pe pozitia +;

- 'STEP AMPLITUDE' pe pozitia tensiuni (V).

Se va determina tensiunea de prag V_P definita ca tensiunea la care curentul de drena se anuleaza I_D = 0. De asemenea se va determina I_DSS, curentul de saturatie prin marirea succesiva a tensiunii de grila u_GS pana la obtinerea saturatiei.

Pentru tranzistoarele cu canal p se vor modifica:

- 'COLLECTOR SUPLLY' pe pozitia AC- sau DC-;

- 'STEP POL' pe pozitia -.

5. Se vor vizualiza si trasa caracteristicile I_D = f(u_DS) si I_D = f(u_GS) pentru un set de tranzistoare cu efect de camp cu canal initial cu grila izolata TEC-MOS. (fig.7).

Pentru tranzistorul TEC-MOS cu canal n se vor pozitiona:

- 'COLECTOR SUPPLY' pe pozitia AC+ sau DC+

- 'HOR.VOLT/DIV' pe pozitia 2 volti/diviziune sau mai mic

- 'STEP POL' pe pozitia - si +

- 'STEP AMPPLITUDE' pe pozitia tensiune (V).

Pentru tranzistoarele cu canal p se va modifica:

'COLECTOR SUPPLY' pe pozitia AC- sau DC-.

Fig. 7. Caracteristicile pentru tranzistoare cu efect de camp cu

canal n initial si grila izolata TEC-MOS (MOS-FET).

6. Se vor vizualiza si trasa caracteristicile i_A = f(u_AK) cu i_G parametru pentru un set de tiristoare (fig.8).

Se vor conecta: - anodul A la borna C; - catodul K la borna E; grila G la borna B.

Comutatoarele vor fi puse pe pozitiile:

- 'COLLECTOR SUPPLY' pe pozitia AC+ sau DC+;

- 'STEP POL' pe pozitia +.

Se vor aplica trepte de curent.

Fig. 8. Caracteristicile pentru tiristoare i_A=f(U_AK) cu i_G parametru.

ANEXA

Tranzistoare bipolare

Tranzistoare cu efect de camp

Tiristoare, diode