EwEF: ćwiczenie 5 - Zastosowania oscyloskopu, aneks do sprawozdania
Janusz Użycki, Marzena Tefelska
wykonanie domowe

Niniejszy tekst dotyczy badania charakterystyki wyjściowej tranzystora BF245 za pomocą charakterografu w postaci "przystawki" do oscyloskopu.

http://www.ee.bilkent.edu.tr/~aytur/courses/ee313/labs/bf245.pdf /nota katalogowa/

Układ został zmontowany na tzw. pająka, gdyż nie przewidziane było jego dalsze wykorzystywanie - dla innych tranzystorów wymagałby drobnych modernizacji... /np. zmiana biegunowości/. Pomimo takiej realizacji, układ działał bardzo stabilnie. A oto schemat: /rezystory 5%/

Pierwsze testy układu doprowadziły do uszkodzenia tranzystora BF245B (jednego z dwóch początkowo posiadanych).
/wpierw jednak należało dokonać drobnych napraw oscyloskopu /jego wiek spowodował konieczność poprawy gniazd wewnątrz i wymiany kondensatora elektrolitycznego/ i jednego z zasilaczy /gniazdo bezpiecznikowe uległo uszkodzeniu podczas zbyt długiego lutowania/ - nie miało to jednak później wpływu na wykonanie pomiarów, zresztą nie tego miał dotyczyć ten tekst/

Po powyższym uszkodzeniu charakterystyka tranzystora była charakterystyką rezystora o sporej oporności (niewielkie nachylenie prostej). Przyczyną awarii było niedopatrzenie i dołączenie napięcia bramki w odwrotnej polaryzacji.
Warto również podkreślić fakt, że aby oglądać charakterystyki na ekranie oscyloskopu zgodnie ze standardami, stosując układ jak w ćwiczeniu, należało dokonać "inwersji prądu", tj. dokonać inwersji kanału Y (odchylania pionowego) za pomocą odpowiedniego przełącznika na płycie czołowej oscyloskopu. Na pierwszy rzut oka budzi to zdziwienie, patrząc na schemat - jednak rzeczywiście spadek napięcia na rezystorze pomiarowym prądu ma przeciwny zwrot w stosunku do przyjętej masy.

Zastosowane przyrządy to: oscyloskop DT-6620 /niestety nie mam do niego instrukcji i danych o parametrach, a nawet schematu, który czasem byłby przydatny.../,
miernik uniwersalny 3,5-cyfry M890G
/zakres 2V: +/-(0.5% wart. mierz. + 1 dig.)|1mV,
zakres 20V: +/-(0.5% wart. mierz. + 1 dig.)|10mV/,
zasilacz stabilizowany ZS 2000, regulowany skokowo /6-7,5-9-12V 2A/,
zasilacz własnego wykonania: wyjście z uzwojenia wtórnego transformatora (INDEL 40/022: 2x9V-2x2.2A) z dzielonym uzwojeniem /odczep/, wyjście z filtrów /za mostkiem Graetza i kondensatorami/, oraz wyjście stabilizowanego napięcia /jako układ stabilizatora i komparatora zastosowany został LM723 z tranzystorem mocy/.

Efekt po wymianie uszkodzonego tranzystora widać na poniższym zdjęciu:

Kolejnym pomysłem było zastosowanie, do zbierania danych z pomiarów, cyfrowego aparatu fotograficznego. W ten sposób, stosując stojan, można nałożyć kilka elementarnych wykresów i utworzyć rodzinę charakterystyk dla różnych napięć Ugs, mierzonych woltomierzem cyfrowym i regulowanych potencjometrem.

W torze X oscyloskopu została zastosowana sonda pomiarowa 1:10 (a dokładnie S 12 A, RC 1:10, PAE Elektrotechnika), gdyż nie było innego przewodu z gniazdem BNC - nie wprowadziło to jednak żadnych szczególnych błędów (wywód na podstawie porównania z drugim przebiegiem - otrzymanym ze zwykłym przewodem koncentrycznym, umieszczonym później dla sygnałów sterujących tor Y) poza koniecznością stosowania 10x czulszego zakresu na oscyloskopie.

Część układu pomiarowego widać na dodatkowym zdjęciu (m.in. zasilacze, badany tranzystor, i ogólnie układ na "pająku"):

W czasie jednak przestawiania oscyloskopu, zostały odłączone od jego wejść przewody. Wydawało się, że nic się nie powinno stać, a jednak. Tranzystory unipolarne są zwykle bardzo czułe na wyładowania elektrostatyczne i zapewne to było przyczyną uszkodzenia kolejnego tranzystora. Charakterystyka teraz niewiele zmieniała się w funkcji napięcia Ugs - jedynie nieco nachylenie początkowe krzywej oraz łagodność "kolanka":

Pomiary najlepiej było wykonywać póżnym wieczorem - wtedy światło się nie odbija od ekranu oscyloskopu /co najwyżej powstają cienie
Kiedy zostały oszkodzone oba posiadane tranzystory BF245 należało zakupić nowe. Wstępnie trafiły do badań tym razem tranztory BF245A. Charakterystyki ich są podobne jednak różnią się przede wszystkim prądem nasycenia Idss, który jest mniejszy. Należało zwiększyć czułość w kanale Y z 20mV na 10mV. Posunięcie to jednak spowodowało, iż szumy z układu /jak też nie najlepszy oscyloskop/ wprowadzały dość silnie widoczne rozmazanie linii, zwłaszcza dla napięć Ugs w okolicach napięcia Ugs(off) /odcięcia/ - skrócenie długości nieekranowanych przewodów nie przyniosło zadowalających rezulatów.

Pozostało zatem nic innego jak odczekać kolejny dzień i zakupić przynajmniej BF245B (ewentualnie C). Tak też się stało.
Pierwszy przypadkowy tranzystor z zakupionych piętnastu miał jednak, jak się okazało, większy prąd nasycenia niż podaje to nota katalogowa,
oto wyniki: seria1.

Trzeci z kolei, wzięty do badań tranzystor miał już jednak właściwości prawidłowe /lub po prostu jego paramtery nie uległy zmienie w wyniku wyładowań elektrostatycznych w czasie transportu/,
oto kolejne wyniki cząstkowe: seria2.

Po obróbce graficznej materiału /tylko szczątkowej - jednak po poświęceniu większej ilości czasu można złożyć poszczególne charakterystyki cząstkowe bardzo dokładnie w jeden wykres/ otrzymaliśmy rodzinę charakterystyk wyjściowych tranzystora BF245B /tego ostatniego - z serii 2/:

Na powyższym rysunku nie dokonano korekcji przesuniecia poziomego charakterystyk cząstkowych. Aparat fotograficzny był zamocowany stabilnie względem oscyloskopu. Podobnie nie zmieniała się ich wzajemna odległość. Poszczególne zdjęcia pokrywają się bardzo dobrze, jeśli chodzi o skalę oscyloskopu. Problemem jest jednak sam oscyloskop /nie w pełni sprawny/, na którym poszczególne charakterystki cząstkowe drgały głównie w kierunku poziomym. W efekcie, co widać na powyższym, uproszczonym złożeniu, część linii jest względem siebie przesunięta. Stosując lepszy oscyloskop lub pełną obróbkę graficzną można to jednak praktycznie zupełnie wyeliminować!, uzyskując efekt zbliżony do obrazu pochodzącego z profesjonalnego charakterografu.

Parametry zbadanych tranzystorów nie zostały już w tym przypadku wyznaczone, gdyż uczyniliśmy to dla charakterystyk katalogowych, podanych w instrukcji ćwiczenia. Można jednak zauważyć pewne, ale bardzo niewielkie, rozbieżności pomiędzy danymi katalogowymi a danymi z pomiarów.

W razie potrzeby pomiary można rozszerzyć wedle potrzeb i wymagań - łącznie z budową w pełni funkcjonalnego charakterografu /sterowanie mikrokontrolerem, pośrednio przez C/A i bloki wzmacniające.../.

Zapraszam również na http://nopsoft.republika.pl

P.S. Jeśli wystarczy czasu, to pojawi się na tej stronie rownież program ilustrujący figury Lissajous itp.
Oto, zgodnie z powyższymi zapowiedziami, pierwsza wersja programu
napisanego w środowisku Delphi 3.0 /kod źrodłowy dostępny na życzenie/,
przeznaczony dla systemu Windows: pobierz Lissajous.exe/zamieszczono plik wykonalny, zeskanowany programem antywirusowym/
kolejna wersja /narazie ostatnia z braku czasu/: pobierz plik