ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ Τµήµα Ηλεκτρονικής

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ Τµήµα Ηλεκτρονικής"

Ἠώς Μαυρίδης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ Τµήµα Ηλεκτρονικής Ηλεκτρονική Ι Εαρινό εξάµηνο 2005 Πρακτική ανάλυση ενισχυτή κοινού εκποµπού

2 Τransstors βασικές αρχές Τι κάνουν τα transstors Πώς αναλύoνται τα κυκλώµατα των transstors Μικρά και µεγάλα σήµατα Ενισχυτής κοινού εκποµπού Ανασκόπηση της ανάλυσης και του σχεδιασµού

3 Τα transstor διπολικής ένωσης (BJT Bpolar Juncton Transstors) Το BJT είναι ένας ενισχυτής ρεύµατος το ρεύµα συλλέκτη ελέγχεται από το πολύ µικρότερο ρεύµα της βάσης το άθροισµα των ρευµάτων συλλέκτη και βάσης ρέει σε ή από τον εκποµπό Η επαφή βάσης-εκποµπού (base-etter) µοιάζει πολύ µε µια δίοδο επαφής p-n

ρεύµα της βάσης το άθροισµα των ρευµάτων συλλέκτη και βάσης ρέει σε ή από

4 Περιοχές Λειτουργίας - Αποκοπή B 0 0 Εάν το ρεύµα βάσης είναι µηδέν, το ρεύµα συλλέκτη είναι επίσης µηδέν εν επηρεάζει το πόσο µεγάλη είναι η τάση συλλέκτη-εκποµπού,v δηλ. η σύνδεση συλλέκτης-εκποµπού µοιάζει µε ένα ανοικτό κύκλωµα σε αυτή την περίπτωση, το transstor είναι στην περιοχή αποκοπής

5 Περιοχές Λειτουργίας - Ενεργή V B B το ρεύµα βάσεως ρέει και ελέγχει το µεγαλύτερο ρεύµα συλλέκτη το ρεύµα συλλέκτη είναι ανάλογο προς το ρεύµα βάσεως το transstor είναι στην ενεργό περιοχή η λειτουργία στην περιοχή αυτή µπορεί να συνοψιστεί από δύο εξισώσεις: VB S exp VT β B ( kt / q 25 V) V T

βάσεως το transstor είναι στην ενεργό περιοχή η λειτουργία στην περιοχή

6 Περιοχές Λειτουργίας - Κορεσµός VS R Το ρεύµα του συλλέκτη αυξάνει ανάλογα µε το ρεύµα της βάσης καθώς το ρεύµα στον συλλέκτη αυξάνει,η πτώση τάσης στα άκρα της αντίστασης αυξάνει µε αντίστοιχη πτώση της τάσης συλλέκτη-εκποµπού όταν το V~0, το δυναµικό αυτό δεν µπορεί να ελαττωθεί άλλο ενώ το ρεύµα συλλέκτη παίρνει την µέγιστη τιµή του το transstor τότε είναι σε κορεσµό B 1 VS β R η σύνδεση συλλέκτη-εκποµπού µοιάζει µε βραχυκύκλωµα

συλλέκτη-εκποµπού όταν το V~0, το δυναµικό αυτό δεν µπορεί να ελαττωθεί άλλο ενώ το ρεύµα συλλέκτη παίρνει

7 Ενίσχυση Οι BJT ενισχυτές λειτουργούν µε τον έλεγχο του ρεύµατος συλλέκτη από την τάση βάσης-εκποµπού Αυτό είναι δυνατό µόνο στην ενεργό περιοχή Οι περιοχές αποκοπής και κορεσµού αντιστοιχούν στο transstor µε την λειτουργία off και on ενός διακόπτη στην ενεργό περιοχή, το transstor είναι µόνο εν µέρει on και το ρεύµα µπορεί να ελεγχθεί

και κορεσµού αντιστοιχούν στο transstor µε την λειτουργία off και on ενός διακόπτη

8 Μικρά σήµατα urrent V Θέλουµε κυκλώµατα µε γραµµική απόκριση αλλά τα πραγµατικά transstor δεν είναι γραµµικά Εάν η περιοχή των τάσεων/ρευµάτων είναι µικρή, η απόκριση είναι περίπου γραµµική Οι µέσες (ή ηρεµίας) ποσότητες συµβολίζονται µε κεφαλαία γράµµατα V Voltage Μικρές αλλαγές (δηλ. σήµατα!) συµβολίζονται µε µικρά γράµµατα

απόκριση είναι περίπου γραµµική Οι µέσες (ή ηρεµίας) ποσότητες συµβολίζονται µε

9 Ρεύµα συλλέκτη µικρών σηµάτων S V exp V B T B

10 ιαγωγιµότητα g B Τα Ιc και VB συσχετίζονται εκθετικά (d.c. λειτουργία) Τα c και B, αφ' ετέρου, συσχετίζονται περίπου γραµµικά (a.c. λειτουργία) η σταθερά της αναλογικότητας, g, είναι γνωστή ως διαγωγιµότητα δεν είναι µια πραγµατική αγωγιµότητα, αλλά είναι o λόγος µεταξύ ενός ρεύµατος και µιας τάσης

11 Υπολογισµός του g Ησυµπεριφορά σε µικρά σήµατα υπολογίζεται από µια εφαπτοµένη στην εκθετική καµπύλη c -VB το g είναι, εποµένως, απλά η κλίση της καµπύλης g B g d dv V V S T T B d dv V exp V B T B S V exp V B T

καµπύλη c -VB το g είναι, εποµένως, απλά η κλίση της

12 Ενίσχυση R Υποθέστε ότι το transstor είναι πολωµένο στην ενεργό περιοχή µε κάποιο τρόπο... g B Ητάση συλλέκτη, Vc, συνδέεται µε το c µε το νόµο του Ωµ V V S R V B V Εποµένως: Για µικρά σήµατα ισχύει ότι ο λόγος µεταξύ της τάσης συλλέκτη και του ρεύµατος συλλέκτη είναι: dv d B R B R g

.. g B Ητάση συλλέκτη, Vc, συνδέεται µε το c µε το νόµο του Ωµ V V S R

13 Απλός ενισχυτής κοινού-εκποµπού Το B παρέχει ένα ρεύµα βάσης d.c. (συνεχούς ρεύµατος) για να πολωθεί το transstor στην ενεργό περιοχή O χρησιµοποιείται για την σύζευξη της τάσης εισόδου, αφαιρώντας και εµποδίζοντας οποιαδήποτε d.c. Τάση η οποία θα µπορούσε να αλλάξει την πόλωση του transstor ή να δηµιουργήσει προβλήµατα στην πηγή του σήµατος εισόδου Ο συµπεριφέρεται σαν βραχυκύκλωµα για τα a.c. σήµατα αλλά συµπεριφέρεται σαν ανοικτό κύκλωµα για το d.c. ρεύµα πόλωσης η VB είναι εποµένως ίση µε την V

αφαιρώντας και εµποδίζοντας οποιαδήποτε d.c.

14 Ανάλυση B g B g V V S R dv d R R g

15 Πόλωση (Basng) Το κέρδος είναι ανάλογο προς το g που είναι, µε την σειρά του, ανάλογο προς το c Γιααυτότοκύκλωµα ισχύει, β B δυστυχώς, το β έχει µια πολύ ευρεία ανοχή το κέρδος δεν είναι εποµένως προβλέψιµο (Ο σωστός σχεδιασµός ενός ενισχυτή µε BJT θα πρέπει να επιτρέπει µεγάλες διακυµάνσεις του β ενώ η ενίσχυση τάσης θα πρέπει να είναι σχεδόν σταθερή!!)

κέρδος δεν είναι εποµένως προβλέψιµο (Ο σωστός σχεδιασµός ενός ενισχυτή µε BJT θα πρέπει

16 Αξιόπιστη πόλωση >> B + B το ρεύµα συλλέκτη τίθεται µε ακρίβεια ανεξάρτητα από το β Ο εξασφαλίζει ότι η a.c. (εναλλασσόµενου ρεύµατος) τάση εισόδου εµφανίζεται στηνvb Ενώ η RB παρέχει το d.c. ρεύµα πόλωσης της βάσης συνήθως, η πηγή ρεύµατος προσεγγίζεται από µία αντίστάση

(εναλλασσόµενου ρεύµατος) τάση εισόδου εµφανίζεται στηνvb Ενώ η RB

17 Πρακτικός ενισχυτής για να αναλυθεί το κύκλωµα: καθορίστε τις συνθήκες ηρεµίας υπολογίστε την διαγωγιµότητα υπολογίστε τη απόδοση σε µικρά σήµατα κέρδος τάσης σύνθετη αντίσταση εισόδου σύνθετη αντίσταση εξόδου συχνότητα αποκοπής

διαγωγιµότητα υπολογίστε τη απόδοση σε µικρά σήµατα

18 Ανακεφαλαίωση Ηανάλυση µικρών σηµάτων χρησιµοποιείται για να απλοποιήσει τους υπολογισµούς γραµµικοποιώντας την µη-γραµµική απόκριση του transstor Xρησιµοποιώντας την διαγωγιµότητα, οι υπολογισµοί κέρδους περιορίζονται σε µερικές εξισώσεις Η προσεκτική επιλογή του δικτυώµατος πόλωσης οδηγεί σε αξιόπιστη απόδοση Στην συνέχεια ακολουθούν πρακτικοί υπολογισµοί ενισχυτών µε BJT, υπολογισµός των σύνθετων αντιστάσεων εισόδου & εξόδου και υπολογισµοί των πυκνωτών σύζευξης

εξισώσεις Η προσεκτική επιλογή του δικτυώµατος πόλωσης οδηγεί σε αξιόπιστη απόδοση Στην συνέχεια ακολουθούν πρακτικοί

19 Πρακτικός ενισχυτής Για να αναλυθεί το κύκλωµα: Καθορίζονται οι συνθήκες ηρεµίας (D σηµείο λειτουργίας) Υπολογίζεται η διαγωγιµότητα (g) Υπολογίζεται η απόδοση µικρού σήµατος Ενίσχυση τάσεως (oltage gan) Σύνθετη αντίσταση εισόδου (nput pedance) Σύνθετη αντίσταση εξόδου (output pedance) Συχνότητα αποκοπής (cut-off frequency)

µικρού σήµατος Ενίσχυση τάσεως (oltage gan) Σύνθετη αντίσταση εισόδου (nput

20 Συνθήκες Ηρεµίας B 0 0 V RB B 0 V B 0.5 V V 0.5 V R V R ( 15) 0.5 A V 15 R V

21 Μικρό σήµα-ανάλυση: Ενίσχυση τάσεως Όπως πριν: g g B dv d R R V T R g

22 Σύνθετη αντίσταση εισόδου και εξόδου οι ενισχυτές BJT έχουν σηµαντικές σύνθετες αντιστάσεις εξόδου και πεπερασµένες σύνθετες αντιστάσεις εισόδου Η R µπορεί να είναι συγκρίσιµη µε την αντίσταση πηγής του σήµατος εισόδου Η R µπορεί να είναι συγκρίσιµη µε την αντίσταση φορτίου

23 Σύνθετη αντίσταση εισόδου RB B η σύνθετη αντίσταση εισόδου, r, είναι ο λόγος της µικρής τάσης του σήµατος εισόδου και του µικρού σήµατος ρεύµατος εισόδου (A ανάλυση V/ ) r + RB B RB R B B β g β

24 Σύνθετη αντίσταση εισόδου (συν.) B RB + B + RB g β RB r 1/ R B 1 + g / β R B β g NB. g & r B g 1 r B

25 Σύνθετη αντίσταση εξόδου ένας τρόπος για να µετρηθεί η rout είναι : Η βραχυκύκλωση της εισόδου στα 0 V η έξοδος µοιάζει τώρα µε την rout

26 Σύνθετη αντίσταση εξόδου (συν.) 0 0 Εφαρµογή του νόµου ρευµάτων του Krchoff + 0 R R Από το νόµο του Oh : V 15 RR R R R ( R ) R r R

27 Πυκνωτές σύζευξης (couplng capactors) ο πυκνωτής απαιτείται για να αφαιρέσει την συνιστώσα συνεχούς ρεύµατος (d.c.) της τάσης συλλέκτη ο πυκνωτής απαιτείται για να επιτρέψει στην τάση βάσης να ολισθήσει από τα 0V (ή ισοδύναµα να επιτρέψει την εφαρµογή συµµετρικήςωςπροςτα0 V a.c. τάσης) και στις δύο περιπτώσεις αυτό είναι γνωστό ως σύζευξη (couplng) και οι δύο πυκνωτές επιλέγονται έτσι ώστε να συµπεριφέρονται σαν βραχυκυκλώµατα στις συχνότητες λειτουργίας του κυκλωµατος για την a.c. ανάλυση/λειτουργία η σύνθετη αντίσταση των πυκνωτών σύζευξης γίνεται σηµαντική στις χαµηλές συχνότητες

28 Ισοδύναµο κύκλωµα 1 r r 1 + 1/ j2πf 1+ 1/ j2πfr / 1 ( 2πfr ) 2

29 Συχνότητα αποκοπής (cut-off frequency) Η συχνότητα αποκοπής, ή το σηµείο -3dB, είναι όταν το κέρδος τάσης του ενισχυτή µειώνεται κατά ένα παράγοντα / / 1 ( 2πf r ) 2 2 ( 2πf r ) 2 2πf r 1 Εάν η συχνότητα αποκοπής, f, έχει καθορισθεί και έχει υπολογιστεί η r τότε: 1 2πf r Αυτά ισχύουν µε την υπόθεση ότι η βραχυκύκλωµα εµφανίζεται σαν

30 για να είναι έγκυρος ο υπολογισµός της συχνότητας αποκοπής ο πυκνωτής θα πρέπει να εµφανίζεται σαν βραχυκύκλωµα στην fc X 1 2πf << Σαν τυπική τιµή επιλέξτε: r 1 f 2π 10 r

31 Πυκνωτής Εκποµπού Για το υψηλότερο κέρδος τάσης, >> B B B Αλλά, όπου, Επίσης, B g r V r 1 g j 2πf B j2πf r T

32 Πυκνωτής Εκποµπού (συν.) BR Για να µην παρεµβάλλεται ο στην f: >> B Οπου, j2πf 2 πf r <<1 r B Για να σιγουρευτείτε, επιλέξτε 1 f 2π 10 r Χρησιµοποιήστε r (V T / ) και όχι R για αυτόν τον υπολογισµό!

33 Περίληψη Στα πλαίσια του ενισχυτή κοινού εκποµπού έχουµε καλύψει: ανάλυση µικρών σηµάτων υπολογισµός διαγωγιµότητας σύνθετη αντίσταση εισόδου/εξόδου απαιτήσεις πυκνωτών σύζευξηςν και συχνότητα αποκοπής

Σχετικά έγγραφα

Άσκηση 1 ΛΥΣΗ. Το Q Στη χαρακτηριστική αντιστοιχεί σε ρεύµα βάσης 35 (Fig.2). Η πτώση τάσης πάνω στην : Στο Q έχω

Άσκηση 1 ΛΥΣΗ. Το Q Στη χαρακτηριστική αντιστοιχεί σε ρεύµα βάσης 35 (Fig.2). Η πτώση τάσης πάνω στην : Στο Q έχω ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΙΣΧΥΟΣ Άσκηση 1 To κύκλωµα του Fig.1 χρησιµοποιεί τρανζίστορ Ge (αγνοείστε τη Vbe) και οι χαρακτηριστικές του δίδονται στο Fig.2. Να υπολογίσετε τις αντιστάσεις εκποµπού και συλλέκτη, έτσι ώστε