Wykłady dla matematyków
Transcript of Wykłady dla matematyków
Wykład elektronika
Urządzenia półprzewodnikowe
Podział materiałów: dielektryki, półprzewodniki, metale
∆Eg
∆Eg
Dielektryki ∆Eg5 eV Półprzewodniki ∆Eg eV Metale ∆Eg0 eV
Najważniejszym półprzewodnikiem jest krzem Si, przerwa energetyczna ∆E=1.1 eV
Gęstość nośników prądu w półprzewodniku określa się literami n oraz p
W krzemie domieszkowanym arsenen (As) nosnikami sa elektrony i ten typ
półprzewodnika oznacza się literą n (negative)
Półprzewodnik domieszkowany: poziom akceptorowy
W krzemie domieszkowanym borem (B) nosnikami są dziury i ten typ półprzewodnika
oznacza się literą p(positive)
Złącze n-p
p n
p n
donoryakceptory
ładunek przestrzenny
x
potencjał
Równaniem Shockley’a złącza półprzewodnikowego np
I I eUkTG exp 1
-4 -2 0 2 4-2
-1
0
1
2
IG U
I
-4 -2 0 2 4 60
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 I
U
Anoda (p) Katoda (n)
Dioda jest elementem nieliniowym bo prąd nie jest liniowa funkcją przyłożonego napięcia
Jeżeli przyłożymy dodatnie napięcie do anody (p) to przez diodę popłynie prąd (dioda przewodzi)Jeżeli przyłożymy ujemne napięcie do anody (p) to prąd nie popłynie (dioda nieprzewodzi)
Niektóre rodzaje diod półprzewodnikowych:
1. dioda prostownicza
2. dioda Zenera
3. dioda elektroluminiscencyjna (LED
5. dioda detekcyjna
6. dioda pojemnościowa (warikap)
4. fotodioda
7. dioda tunelowa
Dioda prostownicza
Dioda prostownicza służy do uzyskania napięcia o jednej polaryzacji („wyprostowania” napięcia zmiennego). Dioda przewodzi prąd tylko w jednym kierunku (przy polaryzacji przewodzenia).
Parametry diody prostowniczej:
1. Maksymalny prąd przewodzenia Imax od 0.1 A do 1000 A
2. Maksymalne napięcie wsteczne Uwst od 2 V do kilkuset woltów
3. Prąd wsteczny Ir rzędu A
4. Napięcie przewodzenia przy Imax 0.2 V dla germanowej diody do 0.7 V dla diody krzemowej
Dida Zenera
Dioda Zenera służy do stabilizacji napięć. Pracuje przy napięciu „wstecznym” (zaporowym)
Parametrami diody Zenera jest:
1. Napięcie stabilizacji UDZ (na rysunku Ur=17,1 V
2. Moc dopuszczalna lub prąd dopuszczalny
Dioda elektroluminiscencyjna (LED)
Napięcia przewodzenia przy diodach świecących wynoszą od 1.9 V do 4 V
Fotodioda
Upol
-
+
R Uwyj
Fotodioda jest włączona zaporowo !
Fotony padając na fotodiodę generują w złączu nośniki prądu i prąd wsteczny diody się zmienia
Dioda detekcyjna
Dioda detekcyjna ma bardzo małe napięcie przewodzenia
Dioda pojemnościowa (warikap)
Dioda pojemnościowa jest włączona zaporowo i jej pojemność C w pF zależy od przyłożonego napięcia wstecznego od 6 do 20 pF
Dioda pojemnościowa służy do strojenia obwodów rezonansowych LC
Dioda tunelowa
Dioda tunelowa ma obszar o ujemnej impedancji tzn. ze zwiększeniem napięcia opór maleje
Typowe Up to 70 mV a Uv 400 mV; a Ip to kilkanaście miliamperów
Dioda tunelowa służy do detekcji wysokoczęstotliwościowych (GHz) sygnałów lub jako generatorów
Transformatory
Transformatory to urządzenia pozwalające na zmianę napięć i prądów zmiennych bez straty mocy
Jak działa transformator (zdjęcie i WIKIPEDI)
Transformator składa się z:
1. Uzwojenie pierwotne (zasilanie)
2. Uzwojenie wtórne (wyjście)
3. Rdzeń ferromagnetyczny
Zmienne napięcie na wyjściu U2 jest zależne od napięcia na wejściu wzorem:
𝑈 2=𝑈 1
𝑁 2
𝑁1 Jeżeli N2>N1 to napięcie na wyjściu U2 jest większe od U1. Jeżeli N2<N1to napięcie na wyjściu U2 jest mniejsze od U1
Moc na wyjściu jest równa mocy na wejściuP2=P1= I1U1=U2I2
Obwód wejściowy jest izolowany od obwodu wyjściowego!!! Moc transformatora gdzie S to przekrój rdzenia (cm2) a P moc (WAT)
Wygląd transformatora małej mocy z rdzeniem żelaznym
Transformator toroidalny
Uzyskiwanie napięć stałych z napięć zmiennych (z sieci energetycznej 230 V)
transformator prostownik filtrstabilizatorUsieć Ustab
Transformator zmniejsza napięcie zmienne
Prostownik wytwarza tętniące napięcie dodatnie
Filtr „wygładza” tętnienia
Stabilizator „usuwa” tętnienia i wytwarza napięcie stałe o żądanej wartości Uwyj
Prostownik jednopołówkowy
C1
∆𝑈 𝑡=𝑄𝐶=
∫ 𝐼𝑑𝑡𝐶 ≈ 𝐼 ∆ 𝑡𝐶
gdzie f jest częstością sieci
∆𝑈 𝑡=𝐼𝑓𝐶
Prostownik dwupołówkowy (układ Graetza)
Po podłączeniu kondensatora filtrującego C
∆𝑈 𝑡=𝑄𝐶=
∫ 𝐼𝑑𝑡𝐶 ≈ 𝐼 ∆ 𝑡𝐶
2 𝑓= 1∆𝑡 ∆𝑈 𝑡=
𝐼2 𝑓𝐶
Prostownik dwupołówkowy z dwiema diodami
Zaleta: tylko dwie diodyWada: prąd płynie podczas jednego półokresu sieci tylko przez połowę uzwojeń i transformator jest bardziej skomplkowany
Podwajacz napięcia
Tranzystory bipolarneDioda to jedno złącze np czyli połączenie dwóch półprzewodników jeden typu n (przewodnictwo elektronowe) a drugi typu p (przewodnictwo dziurowe)
p n
anoda katodaW diodzie mamy jedno złącze prostujące
Tranzystor bipolarny to dwa złącza prostujące położone bisko siebie
p n pn p nlub
Tranzystor ma trzy elektrody
kolektor kolektor
baza baza
emiter emiter
Mamy dwa typy tranzystorów !!1. pnp2. npn
Emiter jest ze strzałką!!!!
Działanie tranzystora bipolarnego
K B Ekolektor baza emiter
p n p
K B E
Jeżeli przyłożymy napięcie między kolektor (K) a emiter E to tranzystor nie przewodzibo albo jedno złącze pn albo drugie złącze np jest spolaryzowane zaporowo!!!
Jednak ponieważ złącza pn i np leżą bardzo blisko siebie to prąd baza-emiter wpływa silnie na zaporowo spolaryzowane złącze K-B i prąd z kolektora do emitera popłynie!!!
Mały prąd baza-emiter wywołuje duży prąd kolektor-emiter!!
Prąd kolektora Ik Prąd baza-emiter IB Prąd emitera IE
Prąd emitera Ie jest sumą prądów IB oraz IK
IE=IK+IB
W tranzystorze pnp do kolektora K musi być przyłożone napięcie ujemne względem emitera E !!!
K B Ekolektor baza emiter
W tranzystorze npn do kolektora K musi być przyłożone napięcie dodatnie względem emitera E!!!
Strzałka do wewnątrz tranzystora oznacza tranzystor pnp !!
K B Ekolektor baza emiter
Strzałka na zewnątrz tranzystora oznacza tranzystor npn !!
Tranzystor bipolarny pracuje (stan aktywny) wtedy kiedy złącze K-B (kolektor-baza) jest spolaryzowane zaporowo a złącze B-E (baza-emiter) przewodząco !!!tzn. dla typu npn do kolektora musi być przyłożone napięcie dodatnie a dla typu pnp ujemne
W tranzystorze bipolarnym najważniejszym parametrem jest współczynnik wzmocnienia prądowego który jest rzędu 100
IC
UEBUp
Złącze baza-emiter musi być spolaryzowane przewodząco aby prąd bazy (IB) popłynął i wywołał prąd kolektora.
Ckarakterystyka Ic w funkcji UCE dla różnych prądów bazy (IB) wygląda:
IC
UCE
IB=0 mA
12
3
4
50.5 A Tranzystor bipolarny można uważać w przybliżeniu za źródło prądu (Ic) sterowane prądem bazy (IB)
Stany pracy tranzystora w zależności od polaryzacji złącz:1. Stan aktywny (najczęściej): złącze K-B zaporowo złącze B-E przeodząco (Ic>02. Stan odcięcia : złącze K-B zaporowo złącze B-E zaporowo (Ic=0)3. Stan nasycenia: złącze K-B przewodząco złącze B-E przewodząco (Ic=Imax)4. Stan inwersji (nieprawidłowy): złącze K-B przewodząco złącze B-E zaporowo
Tranzystor jako przełącznik „Tranzystorowy człowiek” według książki W.Hill
Pasmo graniczne tranzystora
10 100 1000 100000,01
0,1
1
100
10
1
częstotliwośćgraniczna
tranzystora :(fT)=1
czestotliwość fT
Budowa różnego typu tranzystorów powoduje, że częstość graniczna jest różna.
Istnieją tzw. pasożytnicze pojemności CKB oraz CEB ograniczające pasmo przenoszenia
B
K
E
<>
K
E
B
rbb
Ckb
Ceb
Opór rbb oraz CEB tworzą filtr dolnoprzepustowy
Tranzystor jako czwórnik
Uwej Uwyj
Zwykle jedna z elektrod tranzystora E lub B lub K jest wspólna i mamy trzy podstawowe układy tranzystorowe:
Układ ze wspólną bazą (WB)
Układ ze wspólnym emiterem (WE)
Układ ze wspólnym kolektorem (WC)
Czwórnik tranzystorowy cd.
Najczęściej opis czwórnika tranzystorowego przedstawia się w równaniami hybrydowymi typu [h]
U1=h11I1 + h12U2
I2 =h21I1 + h22 U2
Wówczas np. dla U2=0; dla tranzystora
Wzmacniacze tranzystorowe WE, WC, WB (wspólny emiter WE; wspólny kolektor WC; wspólna baza WB
Jakie parametry wzmacniaczy będziemy wyznaczać:
1. Wzmocnienie napięciowe
2. Impedancja (oporność) wejściowa Rwe
3. Impedancja (oporność) wyjściowa Rwy
4. Pasmo przenoszenia (
5. Wzmocnienie prądowe
Idea wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE)
RL
BK
E
Tranzystor npn (bo strzałka na zewnątrz)Więc napięcie zasilania Ucc dodatnie
+Ucc
Opornik obciążenia RL
U2
U1 Parametr zależny od rodzaju tranzystora β=
𝐾 𝑢=∆𝑈 2
∆𝑈1
czyli opór złącza prostującego baza-emiter
𝐾 𝑢=∆ 𝐼2 𝑅𝑙
𝑈 1=β 𝐼1 𝑅𝐿
𝑈 1=β
𝑅𝐿
𝑅𝐵𝐸Wzmocnienie napięciowe jest duże dla WE
Opór wyjściowy wzmacniacza ze wspólnym emiterem
Potraktujmy przez chwilę tranzystor jako opornik Rtranz (jest to nieprawidłowe)
U2
RL
Rtranz
Ucc Otrzymaliśmy dzielnik napięcia
𝑈 2=𝑈 𝑐𝑐𝑅𝑡𝑟𝑎𝑛𝑧
𝑅𝐿+𝑅𝑡𝑟𝑎𝑛𝑧
Z zasady Thevenina
Opór IC
UCE
IB=0 mA
12
3
4
50.5 AA ponieważ
Rtranz jest bardzo duży (patrz wykres) więc
𝑅𝑤𝑦𝑗 ≅𝑅𝐿
Pasmo przenoszenia wzmacniacza ze wspólnym emiterem
Ponieważ ze wzrostem napięcia na wejściu wzrasta prąd kolektora Ic to napięcie na wyjściu maleje
Wzmacniacz ze wspólnym emiterem odwraca fazę!
źródło sygnału wzmacniacz
RWYG
rbb
Cbk
E
WY
Kondensator pasożytniczy Cbk złącza baza-kolektor przenosi w przeciwnej fazie część napięcia z wyjścia do wejścia (Efekt Millera) to napięcie na wyjściu maleje (Ku maleje)
U w y / U w e
C z ę s t o t l i w o ś ć
UUW Y
W E M A X2
1 2 0 7/ . . . .
g
p a s m o p r z e n o s z e n i a
Pasmo przenoszenia wzmacniacza WE jest najmniejsze w porównaniu z innymi układami (WC oraz WB)
Cechy wzmacniacza ze wspólnym emiterem WE
1. Duże wzmocnienie napięciowe - zaleta
2. Duże wzmocnienie prądowe - zaleta
3. Mała oporność wejściowe - wada
4. Duża oporność wyjściowa - wada
5. Ograniczone od góry pasmo przenoszenia (efekt Millera) - wada
6. Wzmacniacz WE odwraca fazę (napięcie na wyjściu maleje kiedy napięcie na wejściu rośnie)
Układy praktyczne wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE)
Opornik RB – opór polaryzujący złącze baza-emiter przewodząco
RL opór obciążenia ()
C1 kondensator odcinający od wejścia napięcie stałe – (wzmacniacz przestaje wzmacniać napięcia stałe)
wpływtranzystora
wpływsprzężenia
częstotliwość
wzmocnienie k
2-1/2kmax
pasmo
C2 kondensator odcinający od wyjścia napięcie stałe (stałe napięcie kondensatora nie przechodzi na wyjście)
Napięcie między masą a kolektorem (Uc) powinno być równe połowie napięcia zasilania ; trzeba dobrać RB aby tak było
Kondensator C1 oraz opór baza-emiter (rBE) tworzą filtr górnoprzepustowy RC na wejściu wzmacniacza ; wzmacniacz będzie wzmacniał od częstości
νd
Dobór warunków pracy wzmacniacza ze wspólnym emiterem (WE)Punkt pracy to napięcie kolektor-emiter (Uc) przy zerowym napięciu wejściowym (Uwej=0)
IC
UCE
hiperbola mocyPMAX=IC·UCE
Prosta obciążeniaE-RL·IC
E/RL
E
PUNKT PRACY
IB0
3. Punkt pracy powinien leżeć „poniżej” hiperboli mocy (strata mocy w tranzystorze to P=Ic*Uc)
Producent określa moc maksymalną Pmax
Napięcie zasilania E musi być dodatnie bo tranzystor jest npn (strzałka na zewnątrz) i złącze np KB (kolektor baza)ma być spolaryzowane zaporowo
1. Podczas wzmacniania największe napięcie na kolektorze (Uc ) może być równe napięciu zasilania E kiedy prąd baza-emiter <=0(IB =0) ; wówczas prąd kolektora Ic =0 i nie ma spadku napięcia na RL (Ic*RL=0 a Uc =E-Ic*RL) 2. Podczas wzmacniania najmniejsze napięcie na kolektorze (Uc) będzie zbliżone do zera (około 0.6 V) kiedy tranzystor pracuje w stanie nasycenia (βIB
Napięcie między masą a kolektorem (Uc) powinno być równe połowie napięcia zasilania ; trzeba dobrać RB aby tak było
Jak dobrać opór polaryzujący złącze baza-emiter RB aby uzyskać napięcie na kolektorze Uc=1/2E ?(metoda przybliżona)
1. Znajdujemy w katalogu danego tranzystora wartość β czyli współczynnik wzmocnienia prądowego (
2. Opornik RL ustalamy by uzyskać oporność wyjściową rzędu RL a wzmocnienie napięciowe (gdzie rBE to opór złącza baza-emiter)
3. Napięcie na kolektorze powinno być połową napięcia zasilania
4. więc wyliczmy prąd Ic z równania
5. czyli
6. Znając Ic z zależności wyliczamy prąd IB
7. i otrzymujemy 8. Ponieważ napięcie złącza pn baza-emiter UBE nie jest większe od 0.6 V
9. To
Wady najprostszego układu ze wspólnym emiterem
Ponieważ wartość β dla danego typu tranzystora ma duży rozrzut i zależy od temperatury to punkt pracy (napięcie Uc) ,które zależy od β, zmienia się.
𝑅𝐵≈2𝑅𝐿 β
Poprawiony układ ze wspólnym emiterem (WE)
RLRB
Napięcie na oporze RE jest praktycznie równe napięciu wejściowemu Uwej czyli prąd ∆IE=
Zmiana napięcie na wyjściu
Praktycznie więc
𝑠𝑡ą𝑑∆ 𝐼 𝐸=−∆𝑈𝑤𝑦𝑗
𝑅𝐿
ale więc 𝐾 𝑢=−𝑅𝐿
𝑅𝐸
Wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE) i stabilizacją punktu pracy o dużym wzmocnieniu dla prądów zmiennych
Kondensator 10F między emiterem a masą stanowi dla prądów zmiennych małą impedancję więc a nie
Wzmacniacz ze wspólnym kolektorem (WK) lub z angielskiego (WC)
Idea
RL
Uwej
Uwyj
Wyliczamy wzmocnienie napięciowe
Napięcie na wejściu (Uwej) jest podzielona między napięcie na wyjściu (Uwyj) i napięcie baza-emiter (UBE)UBE
𝑈𝑤𝑒𝑗=𝑈𝐵𝐸+𝑈𝑤𝑦𝑗 𝑈𝑤𝑦𝑗=𝑈𝑤𝑒𝑗−𝑈𝐵𝐸
𝐾 𝑢=𝑈𝑤𝑦𝑗
𝑈𝑤𝑒𝑗=𝑈𝑤𝑒𝑗−𝑈 𝐵𝐸
𝑈𝑤𝑒𝑗≅ 1Wzmocnienie napięciowe dla WK jest
równe Ku =1 !!!! (nie wzmacnia!!!)
Obliczenie oporu wejściowego; (znamy parametr β tranzystora
∆𝑈𝑤𝑦𝑗=∆𝑈𝑤𝑒𝑗 ∆ 𝐼 𝑐∗𝑅𝐿=∆𝑈𝑤𝑒𝑗 𝛽∆ 𝐼𝐵∗𝑅𝐿=∆𝑈𝑤𝑒𝑗Ale
𝑅𝑤𝑒𝑗=𝛽∗𝑅𝐿 Opór wejściowy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem (WK) jest bardzo duży !!!
Oporu wyjściowy
Wzmocnienie prądowe dla WK Ki=β (DUŻE) !!!
Cechy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem (WK)
1. Wzmocnienie napięciowe - nie wzmacnia napięciowo
2. Duże wzmocnienie prądowe - zaleta
3. Duża oporność wejściowe - zaleta
4. Mała oporność wyjściowa - zaleta
5. pasmo przenoszenia dość duże - zaleta
6. Wzmacniacz WK nie odwraca fazy (napięcie na wyjściu „wtóruje” napięciu na wejściu stąd nazwa WK „WTÓRNIK”)
Ustalenie punktu pracy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem, czyli dobrać opór polaryzujący złącze baza-emiter RB aby uzyskać napięcie na wyjściu Uc=1/2E ?
RB
RL
Uwej Uwyj
E
Dobieramy tak RB aby na wyjściu było równe połowie napięcia zasilania
Robimy to dokładnie tak jak przy wzmacniaczu ze wspólnym emiterem (WE)
𝑅𝐵=𝐸−0.6𝐼 𝐵
=2(𝐸−0.6 )𝑅𝐿 β
𝐸 ≈2𝑅𝐿 βTaki układ wzmacniacza ze wspólnym kolektorem (WK) ma dużą wadę: punkt pracy czyli ( zmienia się z temperaturą
C
Poprawiony układ stabilizujący punkt pracy
Dzielnik utworzony z R1 = R2 daje napięcie równe połowie napięcia zasilania Vcc
Poprawiony układ stabilizatora napięcia
Jeżeli w napięciu zasilania występują tętnienia to układ je eliminuje (filtr RC)
Stabilizator napięcia wykorzystujący wzmacniacz ze wspólnym kolektorem (WK) (wtórnik emiterowy)
Pokazywaliśmy już diodę Zenera stabilizującą napięcie Ten układ ma wadę bo z naszego stabilizowanego źródła napięcia
nie możemy czerpać dużych prądów
Diodę Zenera umieszczamy na wejściu wzmacniacza ze wspólnym kolektorem i uzyskujemy takie samo stabilne napięcie ale możemy czerpać duże prądy Takie by nie przekroczyć mocy określonej przez producenta P=I*U
Opornik Rc służy do zabezpieczenia tranzystora wyniku zwarcia wyjścia (opornik Rc ogranicza prąd zwarcia)
Tranzystorowe źródło prądu
Napięcie na bazie 5.6 V jest stabilne więc na emiterze napięcie jest także stabilne (pomniejszone o napięcie baza-emiter UBE)
Stabilne napięcie 5 V na rezystorze 10kΩ powoduje prąd kolektora
Przez odbiornik w kolektorze płynie stały prąd 0.5 mA
Wzmacniacz symetryzujący o wzmocnieniu Ku=1
Mamy dwa wyjścia na których sygnał jest identyczny ale przesunięty w fazie o 1800
Wzmacniacz ze wspólną bazą (WB)
Idea WB
Układ praktyczny
RE
RL
Wzmocnienie napięciowe
Opór wejściowy b. mały (rBE)
Opór wyjściowy duży zbliżony do RL
Pasmo przenoszenia duże
Nie odwraca fazy
Ze względu na pasmo przenoszenia stosowany w głowicach telewizyjnych i radiowych
Wzmocnienie prądowe
Wzmocnienie zależy od oporu w kolektorze
Zamiast oporu RL mamy impedancję równolegle połączonych indukcyjności L oraz C
Z prawa Kirchoffa 𝑍𝐿= 𝑗 𝜔 𝐿;𝑍𝐶=1
𝑗 𝜔𝐶1𝑍𝐿𝐶
=1
𝑗 𝜔 𝐿+ 𝑗 𝜔𝐶
𝑍 𝐿𝐶= 𝑗 𝜔 𝐿1−𝜔2 𝐿𝐶
Dla jednej częstości
Dla czyli KU→
Układ o dużym oporze wejściowym
W klasie A jeżeli sygnału nie ma (Uwej=0; linia przerywana) to i tak płynie prąd kolektora Ic i na tranzystorze wydziela się moc P=Ic*UKE
W klasie B jeżeli sygnału nie ma (Uwej=0) to nie płynie prąd kolektora (Ic=0) i na tranzystorze nie wydziela się moc P=Ic*UKE=0
Klasy pracy wzmacniaczy tranzystorowych
Prąd kolektora (Ic) wzmacniacza mocy dla wzmacniaczy klasy A; B; C
W klasie A przez tranzystor zawsze płynie prąd kolektora Ic przez cały okres T
W klasie B prąd Ic płynie w dodatniej połowie okresu przez czas T/2
W klasie C prąd płynie przez czas t<T/2
Układ przeciwsobny (wykorzystywany we wzmacniaczach mocy
W układzie przeciwsobnym dla napięć dodatnich pracuje górny tranzystor npn (klasa B) a dolny jest „zatkany”(nie przewodzi)Dla napięć ujemnych pracuje dolny tranzystor (klasa B) pnp a górny jest ”zatkany” (nie przewodzi)
Przy zerowym napięciu wejściowym (U1=0) żaden tranzystor nie przewodzi i nie jest tracona moc!
Wzmacniacz mocy klasy D
1. Sygnał akustyczny jest zamieniany na ciąg impulsów o wysokiej częstotliwości z wypełnieniem zależnym od amplitudy sygnału akustycznego
2. Na wyjściu jest niskoczęstotliwościowy filtr LC który „odtwarza” sygnał akustyczny a „wycina” szybkie przełączanie
Tyrystor to jakby dioda sterowana impulsem napięcia
Po przyłożeniu impulsu napięcia napięcie między bramką a katodą tyrystora tyrystor przewodzi aż do czasu kiedy napięcie między katoda a anodą spadnie lub gdy prąd zaniknie
Tyrystor
Triak, to rodzaj tyrystora przewodzącego w obu kierunkach
Przerzutnik Schmitta ma dwa stany na wyjściu: wysoki i niski
Jeżeli na wejściu napięcie przekroczy pewien próg napięcia Ug stan na wyjściu zmienia się z niskiego na wysoki
Powrót do stanu niskiego następuje kiedy napięcie na wejściu spadnie poniżej Ud
Ud<Ug
Jeżeli na wejściu napięcie jest poniżej progu napięcia Ug to tranzystor T1 jest „zatkany” i przez rezystor 10 kΩ płynie prąd do bazy T2 i tranzystor T2 jest w stanie nasycenia (napięcie UKE jest bliskie zera). Na oporności 100 Ω (czyli na obu emiterach) ustala się napięcie jak na dzielniku 1kΩ-100Ω czyli około 1/10 napięcia zasilania.
Przekroczenia na wejściu napięcia Ug powoduje, że tranzystor T1 jest w stanie nasycenia a tranzystor T2 jest „zatkany”
Wzmacniacz różnicowy
1. Jeżeli na obu wejściach jest to samo napięcie to na wyjściu napięcie się nie zmienia
2. Jeżeli na wejściu 1 pojawi się napiecie U1 a na wejściu 2 napięcie U2 to wzmocnienie
Wzmacniacz różnicowy stosuje się np. przy długich kablach doprowadzających napięcie do wejścia. Wówczas w długich kablach szum indukuje identyczne napięcie zakłócające, które nie jest wzmacniane we wzmacniaczu różnicowym.
Przykładem jest tzw. „skrętka” przy sieciach komputerowych. W obu przewodach symetrycznej „skrętki” zakłócenia indukują identyczne (podobne) napięcia, które nie są wzmacniane we wzmacniaczu symetrycznym wzmacniaczu różnicowym.
Tranzystory polowe (FET- Field Effect Transistor) (unipolarne)
Tranzystor bipolarny
K B E
n p n
W tranzystorze bipolarnym mały prąd baza-emiter (IB) wywoływał duży prąd kolektor-emiter (Ic) (β β-
współczynnik wzmocnienia prądowego
Tranzystor polowy
W tranzystorze polowym mamy trzy elektrody Dren (Drain; D); Bramka (Gate; G );Źródło (Source; S);
Rysunki z książki Kutty, i z internetu
W tranzystorze polowym małe napięcie (pole elektryczne) bramka-źródło (G-S) powoduje zmianę oporu dren-źródło (D-S)
Głowna różnica:tranzystorem bipolarnym steruje prądtranzystorem polowym steruje napięcie
Zasada działania tranzystora polowego
Najważniejszym parametrem tranzystorów polowych jest transkonduktancja (odwrotność Ohma [simens]
Charakterystyki tranzystorów polowych typu p i typu n
n
p
Tranzystory polowe MOSFET (z izolowaną bramką)
Skrót MOSFET pochodzi od Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor
Typu p normalnieZałączony (dla UGS=0 prąd Drenu (ID) płynie
Typu n normalnieZałączony (dla UGS=0 prąd Drenu (ID) płynie
Typu p normalniewyłączony (dla UGS=0 prąd Drenu (ID) nie płynie
Typu n normalniewyłączony (dla UGS=0 prąd Drenu (ID) nie płynie
Typy tranzystorów MOSFET i ich charakterystyki
Podstawowe układy z tranzystorami polowymi: wspólne źródło (WS); wspólny dren (WD); wspólna bramka (WG)
Wspólne źródło WS(odpowiednik wspólnego emitera)
Wspólny dren WD(odpowiednik wspólnegokolektora)
Wspólna bramka WG(odpowiednik wspólnejbazy)
Idea
Układy praktyczne
Układy polaryzacji tranzystorów polowych (WS)
Układ polaryzacji dodatkowym źródłem napięcia
Układ automatycznej polaryzacji
Parametry układów wspólne źródło (WS)
RD
Wzmocnienie napięciowe:
Ponieważ
∆𝑈 𝐷=−∆ 𝐼𝐷𝑅𝐷
Opór wyjściowy liczymy tak samo jak we wzmacniaczu ze wspólnym emiterem, czyli opór równolegle połączonych RD
oraz opory przejścia tranzystora (b. duzy):
Opór wejściowy ponieważ praktycznie prąd bramka-źródło (IGS) nie płynie
Parametry układu ze wspólnym drenem (WD)
Wzmocnienie napięciowe jest takie jak we wzmacniaczu ze wspólnym kolektorem (WK)
Opór wejściowy
Opór wyjściowy mały Opór równolegle połączonych rezystorów RS oraz 1/gm i zwykle:
Tranzystor polowy razem z tranzystorem bipolarnym
Z ksiązki W.Hill „Sztuka…”
Porównanie wzmacniaczy ze wspólnym emiterem (WE) i ze wspólnym źródłem (WS)
1. Wzmocnienie: WE
2. Wzmocnienie: WS
3. Opór wyjściowy: WE
4. Opór wyjściowy: WS
5. Opór wejściowy: zdecydowanie większy dla tranzystora polowego