2. ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR BJT) και ΣΥΝΑΦΗ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ 1,2

Transcript

1 . ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ (BIPOA JUNTION TANSISTO BJT) και ΣΥΝΑΦΗ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ,.. Γενικά... Συνδεσμολογίες και πόλωση του τρανζίστορ Το διπολικό τρανζίστορ (bpolar juncton transstor ή BJT) είναι ένας κρύσταλλος με τρεις (3) εμπλουτισμένες περιοχές, την κεντρική περιοχή (βάση, base, Β) και δύο πλευρικές, τον εκπομπό (emtter, Ε) και το συλλέκτη (collector, ). Ένα διπολικό τρανζίστορ μπορεί να είναι τύπου «n-p-n» ή «p-n-p». Στο τρανζίστορ n-pn (που είναι και το ευρύτερα χρησιμοποιούμενο), η βάση (Β) είναι τύπου p ενώ ο εκπομπός (Ε) και ο συλέκτης () είναι τύπου n. Εκπομπός (Ε) I Βάση (Β) I B Συλλέκτης () I Από τις παραπάνω περιοχές: Η βάση Β είναι πολύ στενή και με χαμηλή νόθευση, προκειμένου τα ηλεκτρόνια που «εκπέμπονται» από τον εκπομπό Ε (ρεύμα I ) να περνούν από τη βάση, χωρίς να ανασυνδέονται με τις εκεί οπές, και να φθάνουν στο συλλέκτη (ρεύμα I ) σε ποσοστό τουλάχιστον 95%. Έτσι, στο τρανζίστορ, μπορεί να θεωρηθεί ότι το ρεύμα Ι Ε (που «δημιουργεί» ο εκπομπός) διαμοιράζεται στο ρεύμα Ι Β (που διαρρέει τη βάση) και στο ρεύμα Ι (που συλλέγεται από το συλλέκτη). Αν και σύμφωνα με την παραπάνω θεώρηση, I = I B + I, επειδή το Ι Β είναι πάντα πολύ μικρό (συνήθως Ι Β < 0,05.Ι Ε ), μπορεί να θεωρηθεί ότι I Ι. Ο εκπομπός Ε έχει την υψηλότερη νόθευση. Ο συλλέκτης έχει ενδιάμεση νόθευση και τις μεγαλύτερες, συγκριτικά, διαστάσεις, επειδή εκεί καταναλώνεται το μεγαλύτερο ποσοστό της ισχύος του τρανζίστορ. Η ανάλυση που ακολουθεί αναφέρεται στα τρανζίστορ n-p-n. Σε όλη την ανάλυση, οι παράμετροι D συμβολίζονται με ΚΕΦΑΛΑΙΑ γράμματα ενώ οι παράμετροι A με πεζά. Ο όρος «διπολικό» αναφέρεται στο γεγονός ότι, στη λειτουργία του τρανζίστορ, «συμμετέχουν» και οι δύο πολικότητες φορτίων, δηλαδή οι (θετικές) οπές και τα (αρνητικά) ηλεκτρόνια. Ας σημειωθεί ότι υπάρχουν μονοπολικά τρανζίστορ (π.χ. τα FTs) η λειτουργία των οποίων στηρίζεται σε έναν τύπο φορέα (συνήθως, τα ηλεκτρόνια). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).

2 Η ροή ηλεκτρονίων στο τρανζίστορ Το τρανζίστορ μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από δύο () διόδους, τη δίοδο (επαφή) εκπομπού-βάσης (ή δίοδο εκπομπού) και τη δίοδο (επαφή) συλλέκτη-βάσης (ή δίοδο συλλέκτη). Ανεξάρτητα από τον τύπο του τρανζίστορ («n-p-n» ή «p-n-p»), εφαρμόζονται οι παρακάτω τρεις συνδεσμολογίες: Κοινού εκπομπού (): Κοινός πόλος ο Ε, πόλος εισόδου η Β, πόλος εξόδου o. Κοινού συλλέκτη (): Κοινός πόλος ο, πόλος εισόδου η Β, πόλος εξόδου o. Κοινής βάσης (B): Κοινός πόλος η Β, πόλος εισόδου ο Ε, πόλος εξόδου η. Για κάθε συνδεσμολογία (, ή B) προβλέπονται δύο () «οικογένειες» χαρακτηριστικών, μία για την είσοδο και μία για την έξοδο. Για παράδειγμα, στη συνδεσμολογία, οι χαρακτηριστικές εισόδου και εξόδου φαίνονται στο παρακάτω σχήμα 3 : 3 Γενικά, οι χαρακτηριστικές εισόδου/εξόδου περιέχουν ρεύματα εισόδου/εξόδου (κατακόρυφος άξονας) και τάσεις εισόδου/εξόδου (οριζόντιος άξονας) με τις τάσεις να έχουν, ως δυναμικο αναφοράς, το δυναμικό του κοινού πόλου. Έτσι, στη συνδεσμολογία κοινού εκπομπού (Ε), οι χαρακτηριστικές εισόδου και εξόδου είναι, αντίστοιχα, οι καμπύλες I Β ( BΕ ) και I ( ), στη συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη (), οι χαρακτηριστικές εισόδου και εξόδου είναι, αντίστοιχα, οι καμπύλες I Β ( B ) και I Ε ( Ε ) ενώ, στη συνδεσμολογία κοινής βασης (Β), οι χαρακτηριστικές εισόδου και εξόδου είναι οι καμπύλες I Ε ( ΕΒ ) και I ( B ). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).

3 I Β Ε Χαρακτηριστικές εισόδου () K ΒΕ I Χαρακτηριστικές εξόδου () Περιοχή κόρου Ενεργός περιοχή I B I B = 0 Περιοχή αποκοπής Με βάση τις χαρακτηριστικές εξόδου, μπορούν να οριστούν οι παρακάτω περιοχές λειτουργίας του τρανζίστορ: Η περιοχή αποκοπής: Στην περιοχή αυτή, I B = 0, άρα, πρακτικά, Ι 0 και το τρανζίστορ παύει να άγει (αποκόπτεται κατάσταση OFF). Η περιοχή κόρου: Στην περιοχή αυτή, 0 (πρακτικά, κάτω από ) το δε τρανζίστορ λειτουργεί με το μέγιστο εφικτό (βάσει των εξωτερικών κυκλωματικών στοιχείων) ρεύμα Ι. Η ενεργός περιοχή: Είναι η ενδιάμεση (μεταξύ αποκοπής και κόρου) περιοχή λειτουργίας. Σε αυτήν το ρεύμα I είναι, σχεδόν σταθερό. Η περιοχή κατάρρευσης (δεν απεικονίζεται στο σχήμα): Είναι η περιοχή δεξιά της ενεργού περιοχής, στην οποία το τρανζίστορ (λόγω υπερβολικής αύξησης της ) ουσιαστικά κατερρέει. Αν και οι παραπάνω περιοχές, για λόγους εποπτικότητας, καθρίζονται στις χαρακτηριστικές του τρανζίστορ κοινού εκπομπού (), μπορούν να καθοριστούν (αντίστοιχα) για οποιαδήποτε συνδεσμολογία (, ή B). Τέλος, επισημαίνεται ότι, ανεξαρτήτως συνδεσμολογίας, για την πόλωση των διόδων εκπομπού-βάσης (-B) και συλλέκτη-βάσης (-B), ισχύει ο παρακάτω πίνακας: Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).3

4 Ενεργός περιοχή Περιοχή αποκοπής Περιοχή κόρου Δίοδος εκπομπού-βάσης ορθή ανάστροφη ορθή Δίοδος συλλέκτη-βάσης ανάστροφη ανάστροφη ορθή Επισημαίνεται ότι η χρήση του τρανζίστορ ως ενισχυτικού στοιχείου προϋποθέτει τη λειτουργία του στην ενεργό περιοχή ενώ η χρήση του σε κυκλώματα μεταγωγής (ON- OFF) απαιτεί τη μετάπτωσή του από την περιοχή κόρου στην περιοχή αποκοπής (και αντίστροφα). Σε κάθε συνδεσμολογία, μπορεί να χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές πόλωσης για το συνολικό κύκλωμα του τρανζίστορ 4. Οι τεχνικές αυτές χαρακτηρίζονται με βάση το ρεύμα που παραμένει σταθερό. Έτσι: Μια τεχνική πόλωσης που διατηρεί σταθερό το ρεύμα βάσης (I B ) χαρακτηρίζεται ως «πόλωση βάσης». Η συγκεκριμένη τεχνική πόλωσης δεν μπορεί να εγγυηθεί τη σταθερότητα του σημείου λειτουργίας και γι αυτό χρησιμοποπoιείται σε κυκλώματα μεταγωγής (ON-OFF) μεταξύ αποκοπής και κόρου (βλ. και ενότητα..). Μια τεχνική πόλωσης που διατηρεί σταθερό το ρεύμα εκπομπού (I ) χαρακτηρίζεται ως «πόλωση εκπομπού». Με τη συγκεκριμένη τεχνική, το σημείο λειτουργίας σταθεροποιείται και, για το λόγο αυτόν, η πόλωση εκπομπού χρησιμοποιείται σε ενισχυτικά κυκλώματα (στα οποία απαιτείται σταθεροποιημένο σημείο λειτουργίας βλ. και ενότητες..3 και..4). Οι παρακάτω εξισώσεις ισχύουν και για τους δύο τύπους τρανζίστορ (n-p-n και p-n-p) και για οποιαδήποτε συνδεσμολογία (, ή B) και πόλωση. I = I B + Ι Ι (αφού I, Ι >> I B ) β dc h F = α dc = I I = I I B β β dc dc (>>) ( ) Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητες (και λυμένα παραδείγματα) Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητες (και λυμένα παραδείγματα) 4 Η πόλωση του συνολικού κυκλώματος αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο η D τάση εφαρμόζεται στις επαφές του τρανζίστορ. Επισημαίνεται ότι η πόλωση κάθε επαφής εξασφαλίζεται είτε μέσω ξεχωριστής πηγής τροφοδοσίας (άμεση πόλωση) είτε μέσω διαιρέτη τάσης. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).4

5 ... Ανάλυση κυκλωμάτων με τρανζίστορ Στα κυκλώματα με τρανζίστορ, εναλλασσόμενες (A) τάσεις υπερτίθενται σε συνεχείς (D) τάσεις. Από τις τάσεις αυτές, οι συνεχείς (D) δημιουργούνται από την πηγή (ή τις πηγές) τροφοδοσίας και καθορίζουν το σημείο λειτουργίας Q του τρανζίστορ ενώ οι εναλλασσόμενες (A) δημιουργούνται από το σήμα εισόδου. Η ανάλυση τέτοιων κυκλωμάτων διευκολύνεται πολύ με την εφαρμογή της αρχής της υπέρθεσης, σύμφωνα με την οποία, το εκάστοτε κύκλωμα μπορεί να θεωρηθεί ότι προκύπτει από την υπέρθεση («άθροιση») ενός κυκλώματος που περιέχει μόνο τις D πηγές (D ισοδύναμο κύκλωμα) και ενός κυκλώματος που περιέχει μόνο τις Α πηγές (Α ισοδύναμο κύκλωμα). Μοντέλα D και Α για το τρανζίστορ Το μοντέλο D για το τρανζίστορ (για τις συνδεσμολογίες κοινού εκπομπού και κοινού συλλέκτη) φαίνεται αμέσως παρακάτω 5 : B + B Αντίστοιχο D μoντέλο μπορεί να οριστεί και για τη συνδεσμολογία κοινής βάσης. Ι = β D.I B Για το A, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα από τα δύο (ισοδύναμα) μοντέλα («Π» και «Τ») που ακολουθούν. Στα μοντέλα αυτά, r e είναι η A αντίσταση (σώματος) της διόδου ΒΕ (αντίσταση σώματος εκπομπού). Για την αντίσταση αυτή, ισχύει ότι r e = be e 5m (6) I 5 Συνήθως, στα ισοδύναμα D κυκλώματα, το τρανζίστορ απεικονίζεται αυτούσιο, επειδή η χρήση D μοντέλων δεν διευκολύνει ιδιαίτερα την επίλυση των D κυκλωμάτων. 6 O τύπος ισχύει για θερμοκρασία δωματίου. Σε άλλες θερμοκρασίες, ο αριθμητής του κλάσματος μπορεί να έχει διαφορετική τιμή. Το σύμβολο ( ) δηλώνει ότι η r e είναι εσωτερική παράμετρος του τρανζίστορ. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).5

6 Τα παρακάτω μοντέλα Π και Τ ισχύουν για τις συνδεσμολογίες κοινού εκπομπού και κοινού συλλέκτη. B b Μοντέλο Π (συνδεσμολογία και ) Μοντέλο Τ (συνδεσμολογία και ) c = β ac. b be = b.(β ac.r e ) z n,base = be / b = β ac.r e β ac.r e c = β ac. b B e b be = e.r e = (β ac. b ).r e z n,base = be / b = β ac.r e r' e e Το παρακάτω μοντέλο Π ισχύει για τη συνδεσμολογία κοινής βάσης. Ε Μοντέλο Π (συνδεσμολογία B) e eb = e.r e z n,base = eb / e = r e r e c = β ac. b b Β Αν, π.χ., στο μοντέλο Π για τον κοινό εκπομπό (), συνδεθεί μια εξωτερική αντίσταση στο συλλέκτη, τότε Α,transstor = out n = ce = c be ere' re' Δηλαδή, το τρανζίστορ (αυτό καθεαυτό) μπορεί να δημιουργήσει κέρδος (Α,transstor ) μέσω της αντίστασης σώματος r e (που εφαρμόζεται στην είσοδο και είναι σχετικά μικρή) και της εξωτερικής αντίστασης (που εφαρμόζεται στην έξοδο και είναι σχετικά μεγάλη). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).6

7 Ανάλυση κυκλωμάτων που περιέχουν τρανζίστορ Η ανάλυση κυκλωμάτων που περιέχουν τρανζίστορ στηρίζεται στην αρχή της υπέρθεσης. Δεδομένου ότι στην είσοδο των κυκλωμάτων εμφανίζονται σήματα της μορφής n,total (t) = D + n (t) (όπου D η D συνιστώσα και n (t) η A συνιστώσα της τάσης), το εκάστοτε κύκλωμα μπορεί να θεωρηθεί ότι προκύπτει από την υπέρθεση («άθροιση») ενός κυκλώματος που περιέχει μόνο τις D πηγές (D ισοδύναμο κύκλωμα) και ενός κυκλώματος που περιέχει μόνο τις Α πηγές (Α ισοδύναμο κύκλωμα). Το D ισοδύναμο κύκλωμα προκύπτει ως εξής: Οι πυκνωτές θεωρούνται ανοικτο-κυκλώματα και αποκόπτουν τα αντίστοιχα τμήματα του κυκλώματος). Για το ίδιο το τρανζίστορ, μπορεί να χρησιμοποιηθεί το D ισοδύναμο, όμως στα περισσότερα κυκλώματα μπορεί, απλώς, να θεωρηθεί ότι υπάρχει μια πτώση τάσης 0,7 (0, για τρανζίστορ Ge) από τη βάση Β προς τον εκπομπό Ε ( B 0,7 η προσέγγιση). Επισημαίνεται ότι το D ισοδύναμο κύκλωμα φανερώνει και την τεχνική πόλωσης που χρησιμοποιείται για το (τα) τρανζίστορ (π.χ. πόλωσης βάσης ή εκπομπού). Το A ισοδύναμο κύκλωμα προκύπτει ως εξής: 7,8 Οι πυκνωτές (που χρησιμοποιούνται είτε ως πυκνωτές σύζευξης, για την αποκοπή D τάσεων, είτε ως πυκνωτές παράκαμψης, για την παράκαμψη συγκεκριμένων ωμικών αντιστάσεων θεωρούνται βραχυκυκλώματα 9. Οι πηγές τροφοδοσίας (D) γειώνονται (μηδενίζονται). Για το ίδιο το τρανζίστορ μπορούν να χρησιμοποιηθούν: Είτε το ισοδύναμο (πρότυπο) τύπου Π (που είναι και το ευρύτερα χρησιμοποιούμενο). 7 Η A ανάλυση του κεφαλαίου προϋποθέτει λειτουργία «μικρού σήματος» (το σήμα, δηλαδή η τάση Α, δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0% της τάσης D). 8 Στην A ανάλυση, στους συμβολισμούς των διαφόρων μεγεθών (τάσεις, ρεύματα, αντιστάσεις) χρησιμοποιούνται πεζά (μικρά) γράμματα σε αντίθεση με τη D ανάλυση που χρησιμοποιούνται ΚΕΦΑΛΑΙΑ. Έτσι, π.χ. b δηλώνει την A συνιστώσα και Ι Β τη D συνιστώσα του ρεύματος βάσης. Για τη συνολική (D+A) τιμή της εκάστοτε παραμέτρου, χρησιμοποιούνται πεζά (μικρά) γράμματα και ο δείκτης total (π.χ. B,total = I B + b ). 9 Στην πράξη ο πυκνωτής μπορεί να θεωρηθεί βραχυκυκλωμένος όταν η αντίστασή του στο A είναι (για οποιαδήποτε συχνότητα λειτουργίας) πολύ μικρότερη των αντίστοιχων ωμικών αντιστάσεων. Με άλλα λόγια, πρέπει να ισχύει ότι Ζ < 0, όπου f mn η χαμηλότερη πf mn συχνότητα που μπορεί να περιέχει η πηγή A (η προϋπόθεση αυτή ικανοποιείται στα περισσότερα κυκλώματα). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).7

8 Είτε το ισοδύναμο (πρότυπο) τύπου Τ (χρησιμοποιείται κυρίως στην ανάλυση διαφορικών ενισχυτών). Σχόλια για τα κυκλωματικά μοντέλα του τρανζίστορ Η ανάπτυξη κυκλωματικών μοντέλων για το τρανζίστορ λαμβάνει υπόψη τη δομή του ενώ, όπου είναι δυνατόν, χρησιμοποιεί κατάλληλες προσεγγίσεις προκειμένου το εκάστοτε μοντέλο να είναι, κατά το δυνατόν, απλό. max Τα μοντέλα «Π» και «Τ» ισχύουν για μικρά σήματα εισόδου ( D n (t) < 0,) και για συχνότητες μέχρι την τάξη του ΜΗz. Σε υψηλότερες συχνότητες, οι εσωτερικές χωρητικότητες του τρανζίστορ δημιουργούν αγώγιμους δρόμους με αποτέλεσμα να μειώνεται η ακρίβεια των υπόψη μοντέλων. Σε ένα «επαυξημένο» μοντέλο «Π», μπορεί να συμπεριληφθεί η ωμική αντίσταση της βάσης r b σε σειρά με την β ac r e καθώς και η εσωτερική αντίσταση r c της πηγής ρεύματος c (παράλληλα με την πηγή). Δεδομένου ότι r b << β ac r e ενώ η r c είναι πολύ μεγάλη (> 00 kω), οι δύο αντιστάσεις συνήθως αμελούνται. Εκτός των παραπάνω μοντέλων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και το λεγόμενο «υβριδικό πρότυπο» του τρανζίστορ. Το πρότυπο αυτό στηρίζεται στη θεωρία των δίθυρων κυκλωμάτων και χρησιμοποιείται ευρέως λόγω της ευκολίας μέτρησης των υβριδικών παραμέτρων (h, h r, h f, h o ) ή/και υπολογισμού ους από τις χαρακτηριστικές του τρανζίστορ. Το υβριδικό μοντέλο για τη συνδεσμολογία κοινού εκπομπού () φαίνεται αμέσως παρακάτω: B h b c = h f. b ~ h r. c /h o b = h e b + h re c c = h fe b + h oe c Στο παραπάνω μοντέλο, οι τιμές των υβριδικών παραμέτρων είναι τέτοιες ώστε να ισχύει ότι h re c << h e b και h oe c << h fe b, άρα τα στοιχεία h re c και /h o μπορούν, χάριν Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).8

9 απλοποίησης, να παραλειφθούν. Στην περίπτωση αυτή, το υβριδικό μοντέλο μεταπίπτει στο μοντέλο «Π» (με h fe c / b = β ac και h e b / b = β ac r e ) 0. Αντίστοιχα υβριδικά μοντέλα ισχύουν και για τις συνδεσμολογίες κοινού συλλέκτη () και κοινής βάσης (B). Τα μοντέλα «Π» και «Τ» καθώς και το υβριδικό μοντέλο παρουσιάζουν ικανοποιητική ακρίβεια στις χαμηλές συχνότητες (πρακτικά, για f < MHz) και για λειτουργία μικρού σήματος. Σε υψηλότερες συχνότητες, χρησιμοποιούνται πιο περίπλοκα μοντέλα με πρόσθετα στοιχεία (π.χ. ενδοχωρητικότητες) τα οποία, στις υψηλές συχνότητες, καθίστανται σημαντικά. Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητες 6.7, (και λυμένα παραδείγματα) Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητες (και λυμένα παραδείγματα) 0 Ο δείκτης e στις υβριδικές είναι δηλωτικός της συνδεσμολογίας κοινού εκπομπού (). Για τις συνδεσμολογίες αυτές χρησιμοποιούνται οι δείκτες c (συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη, ) και b (συνδεσμολογία κοινής βάσης, Β). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).9

10 .. Συνδεσμολογία κοινού εκπομπού ()... Γενικά Στη συνδεσμολογία κοινού εκπομπού (): Η βάση (Β) αποτελεί τον πόλο εισόδου. Ο συλλέκτης () αποτελεί τον πόλο εξόδου. Ο εκπομπός (Ε) γειώνεται (απευθείας ή μέσω αντίστασης). Η συνδεσμολογία εμφανίζεται, μεταξύ άλλων, στις παρακάτω μορφές (ανάλογα με τον τρόπο πόλωσης των επαφών). Συνδεσμολογία με (άμεση) πόλωση βάσης. H συγκεκριμένη μορφή προβλέπει σταθερό ρεύμα βάσης I B. Συνδεσμολογία με πόλωση εκπομπού. H συγκεκριμένη μορφή προβλέπει σταθερό ρεύμα εκπομπού I Ε και επιτυγχάνεται με την προσθήκη αντίστασης στον εκπομπό. Βελτιωμένη μορφή της συγκεκριμένης πόλωσης αποτελεί η συνδεσμολογία με πόλωση διαιρέτη τάσης (πιθανώς και με πρόσθετη αντίσταση εκπομπού r ). Όπως θα φανεί και παρακάτω: Η πόλωση βάσης χρησιμοποιείται, κυρίως, για λειτουργία ΟΝ-ΟFF (σε ψηφιακά κυκλώματα) και σχεδόν ποτέ σε ενισχυτικά κυκλώματα Η πόλωση εκπομπού χρησιμοποιείται, κυρίως, για ενίσχυση τάσης ή/και ρεύματος (σε αναλογικά κυκλώματα). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).0

11 ... Συνδεσμολογία κοινού εκπομπού () με πόλωση βάσης B BB Ανάλυση D Ευθεία φορτίου D Εξίσωση ευθείας φορτίου: = I. I = Κόρος (,sat 0): I,sat,sat Αποκοπή (Ι Β 0 Ι 0):,cut Δεδομένου ότι, όπως εξηγείται παρακάτω, η συγκεκριμένη τεχνική πόλωσης δεν χρησιμοποιείται σε ενισχυτικά κυκλώματα, απεικονίζεται μόνο το D τμήμα του κυκλώματος. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).

12 Τα σημεία τομής (Q) της ευθείας φορτίου με τις χαρακτηριστικές του τρανζίστορ αποτελούν τα πιθανά σημεία λειτουργίας 3. I Περιοχή κόρου I,sat = ( -,sat ) / / Ενεργός περιοχή I B I B = 0 Περιοχή αποκοπής,cut Υπολογισμοί BB I Β B B BB 0, 7 B I = β dc I B I Ε = 0 = I = = P = I Ανάλυση A Η συγκεκριμένη συνδεσμολογία ( με πόλωση βάσης) λόγω της σχέσης I = β dc I B, δεν μπορεί να εγγυηθεί σταθερό σημείο λειτουργίας (ανεξάρτητο από τις μεταβολές του κέρδους β dc h F του τρανζίστορ) και, για το λόγο αυτόν, δεν χρησιμοποιείται σε κυκλώματα ενισχυτών (οπότε δεν έχει και ιδιαίτερο νόημα η εφαρμογή ανάλυσης A) 4. Η βασική χρήση του κυκλώματος με πόλωση βάσης είναι σε ψηφιακές διατάξεις όπου το κύκλωμα μετάγεται μεταξύ κόρου και αποκοπής (λειτουργία ΟΝ-ΟFF). Στη συνδεσμολογία με πόλωση βάσης, η μεταγωγική λειτουργία (κόρος αποκοπή) μπορεί να εξασφαλιστεί με την επιλογή κατάλληλων αντιστάσεων B και. Για παράδειγμα, όταν οι δύο τάσεις τροφοδοσίας είναι ίσες, ο κόρος εξασφαλίζεται αν B Το σημείο λειτουργίας (Q) αναφέρεται και ως «σημείο ηρεμίας» (ιδιαίτερα κατά τη λειτουργία στο A). 4 Για δεδομένο τύπο τρανζίστορ, το κέρδος ρεύματος β dc μπορεί να παρουσιάζει απόκλιση της τάξης του :6 (β dc 50 έως 300). 5 Η επιλογή αντιστάσεων έτσι ώστε B 0 χαρακτηρίζεται ως κατάσταση «σκληρού κόρου» ( hard saturaton ). Σε μια τέτοια κατάσταση, η σχετικά μικρή τιμή της B έχει ως Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).

13 Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητες (και λυμένα παραδείγματα)..3. Συνδεσμολογία κοινού εκπομπού () με πόλωση εκπομπού 6 BB Ε Στα κυκλώματα με πόλωση εκπομπού, η προσθήκη της αντίστασης σταθεροποιεί το ρεύμα εκπομπού Ι Ε (πόλωση εκπομπού) και καθιστά το σημείο λειτουργίας του τρανζίστορ πρακτικά ανεξάρτητο από τις μεταβολές του κέρδους β dc h F του τρανζίστορ 7,8. Για το λόγο αυτόν, τα σχετικά κυκλώματα προσφέρονται για την υλοποίηση ενισχυτών. Ανάλυση D = ΒΒ B BB 0,7 BB 0,7 I Ε = I = I αποτέλεσμα τη δημιουργία σχετικά μεγάλου ρεύματος βάσης Ι Β που οδηγεί το τρανζίστορ στον κόρο. 6 Δεδομένου ότι, όπως εξηγείται παρακάτω, το συγκεκριμένο κύκλωμα (αν και κατάλληλο για χρήση σε ενισχυτικές διατάξεις), σπάνια χρησιμοποιείται στην παρούσα μορφή, απεικονίζεται μόνο το D τμήμα του κυκλώματος. 7 Το συγκεκριμένο κύκλωμα χαρακτηρίζεται και ως συνδεσμολογία κοινού εκπομπού () με ανάδραση από τον εκπομπό. Βασικό μειονέκτημα του κυκλώματος είναι ότι, επειδή η δεν μπορεί να είναι υπερβολικα μεγάλη, το ρεύμα I (άρα και το I ) φέρνουν το τρανζίστορ κοντά στην αποκοπή. 8 Δεδομένου ότι μια βασική αιτία για τις μεταβολές του κέρδους β (D ή Α) του τρανζίστορ είναι οι μεταβολές θερμοκρασίας, η σταθεροποίηση του κέρδους πολλές φορές αναφέρεται ως «θερμική σταθεροποίηση» του τρανζίστορ. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).3

14 = = I Ι Ε I ( + Ε ) P = I Μια φυσική εξήγηση της σταθεροποίησης του σημείου λειτουργίας είναι η παρακάτω: Αύξηση του Ι Β προκαλεί αύξηση των Ι (=β.ι Β ) και του Ι Ε, άρα αύξηση της = I άρα αύξηση της B και συνεπώς μείωση του Ι Β = ( BB B )/ B. Δηλαδή, η ύπαρξη της παρέχει ένα μηχανισμό αρνητικής ανάδρασης ο οποίος, σε περίπτωση αύξησης του Ι Β, το επαναφέρει στην αρχική του τιμή. Ανάλυση Α Επειδή για λόγους οικονομίας αποφεύγεται η χρήση δύο () εξωτερικών πηγών τροφοδοσίας, το κύκλωμα αυτό σπάνια χρησιμοποιείται (ως έχει) σε διατάξεις ενισχυτών. Αντ αυτού, χρησιμοποιείται μια βελτιωμένη έκδοση συνδεσμολογίας με πόλωση εκπομπού που χρησιμοποιεί διαιρέτη τάσης για την τροφοδοσία της βάσης (βλέπε αμέσως επόμενες ενότητες). Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητα 7. (και λυμένα παραδείγματα)..4. Συνδεσμολογία κοινού εκπομπού () με πόλωση διαιρέτη τάσης 9 G n (t) g (t) ~ out (t) 3 Η πόλωση με διαιρέτη τάσης χρησιμοποιεί μία μόνο εξωτερική πηγή τροφοδοσίας (την ) η οποία τροφοδοτεί απευθείας το συλλέκτη ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζει την τροφοδοσία της βάσης μέσω διαιρέτη τάσης. 9 Η συγκεκριμένη τεχνική πόλωσης μπορεί να εκληφθεί ως μια βελτίωση της (αρχικής) πόλωσης εκπομπού (υπό την έννοια ότι χρησιμοποιεί μία πηγή συνεχούς τάσης αντί για δύο). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).4

15 Ανάλυση D G g (t) ~ 3 Υπολογισμοί Με χρήση του θεωρήματος Theenn (και με την παραδοχές ότι B = 0 και Ι Β 0), προκύπτει ότι στη βάση (Β) εφαρμόζεται (ισοδύναμη) τάση τροφοδοσίας BB = B. ΒΒ = B TH = B B = B 0,7 I = // β dc I I = I = = I Ι Ε I ( + Ε ) Η παραπάνω εξίσωση I = // β dc για το ρεύμα εκπομπού αναδεικνύει τη σκοπιμότητα χρήσης της αντίστασης. Πράγματι, αν δεν υπήρχε η (και μάλιστα με // τιμή τέτοια, ώστε >> ), το I θα δίνονταν από εξίσωση της μορφής I = β dc Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).5

16 ( // ) β dc και η τιμή του θα εξαρτιόταν άμεσα από το κέρδος β dc h F (με αποτέλεσμα την αστάθεια του σημείου λειτουργίας). Ευθεία φορτίου D Εξίσωση ευθείας: = I.( + ) I = Κόρος (,sat 0): I,sat Αποκοπή (Ι 0):,cut,sat I I,sat = (,sat ) /( + ) /( + ) Περιοχή κόρου Ενεργός ή I B I B = 0 Περιοχή αποκοπής,cut Ανάλυση A 0, G n (t) b g (t) ~ // β ac.r e β ac. b // out (t) z n,stage Αντίσταση (A) διόδου Β-Ε: z n,base r e 5m I 0 Λόγω του ότι η G είναι συνήθως μικρή ( G << z n,stage ) πολλές φορές αμελείται, οπότε g (t) = n (t) το δε σύμβολο n (t) προσδιορίζει ευθύς εξαρχής την τάση της πηγής. Η αντίσταση // συμβολίζεται είτε με r («Βασική Ηλεκτρονική») είτε με r («Ηλεκτρονική»). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).6

17 Τάση εισόδου: n = g G z n,stage z n,stage = b.β ac r e Αντίσταση εισόδου από τη βάση: z n,base = n = βac.r e Αντίσταση εισόδου συνολική: z n,stage = ( // ) // z n,base = ( // ) // (β ac.r e ) b Τάση εξόδου: out = c.( // ) = β ac. b.( // ) Κέρδος τάσης: Α = Αντίσταση εξόδου: z out = out n // r e ' Μια φυσική εξήγηση του αρνητικού προσήμου του κέρδους (που δηλώνει αναστροφή φάσης μεταξύ των σημάτων εισόδου και εξόδου) είναι η εξής: Αύξηση του n προκαλεί αύξηση του b, άρα αύξηση του c =β. b και της πτώσης τάσης κατά μήκος της και συνεπώς μείωση της τάσης out = ce. Η εξάρτηση του κέρδους τάσης Α από την αντίσταση σώματος εκπομπού r e συνιστά μειονέκτημα, αφού οι διακυμάνσεις στην τιμή της εν λόγω αντίστασης προκαλούν διακυμάνσεις και στην τιμή του Α. Για το λόγο αυτόν, στον εκπομπό Ε, εκτός από την αντίσταση (που, στο A, βραχυκυκλώνεται από το πυκνωτή παράκαμψης) συνδέεται μια επιπλέον αντίσταση r (αντίσταση εξουδετέρωσης) η οποία δεν βραχυκυκλώνεται και παραμένει παρούσα τόσο στο D όσο και στο A (βλ. αμέσως παρακάτω). Τοποθέτηση του σημείου Q στο μέσο της γραμμής φορτίου D Για λειτουργία μικρού σήματος (χρήση ποσοστού <0% της γραμμής φορτίου), η τοποθέτηση του σημείου ηρεμίας Q στο μέσο της γραμμής φορτίου D, συνιστά μια καλή πρακτική για την αποφυγή της αποκοπής και του κόρου και τη διασφάλιση της γραμμικής λειτουργίας του ενισχυτικού κυκλώματος. Σημείο Q:,Q = = 0,5. και I,Q = I,sat ( I ) Επιλέγεται: Ε = 0,. (άρα c =,Q = 0,4. ) Συνεπώς: Ε = I c =,Q = 0,5. 0,. = 0,4. = 4 Το θέμα αναλύεται πληρέστερα στο κεφάλαιο 4. Επισημαίνεται ότι για λειτουργία ισχύος (χρήση του 00% της γραμμής φορτίου βλ. κεφάλαιο 4) επιδιώκεται η τοποθέτηση του σημείου ηρεμίας Q στο μέσο της γραμμής φορτίου A. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).7

18 B = + 0,7 = I B I β D I, 0.I B =, Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητες , (και λυμένα παραδείγματα) Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητες (και λυμένα παραδείγματα)..5. Συνδεσμολογία κοινού εκπομπού () με διαιρέτη τάσης και αντίσταση εξουδετέρωσης r 3 G n (t) g (t) ~ r out (t) 3 Ανάλυση D Υπολογισμοί (παρόμοιοι με παραπάνω) ΒΒ TH = = B B B = B 0,7 3 Ο χαρακτηρισμός της r ως αντίστασης εξουδετέρωσης οφείλεται στο γεγονός ότι η r καθιστά το κέρδος A λιγότερο ευαίσθητο στις μεταβολές της αντίστασης σώματος εκπομπού r e (ουσιαστικά, «εξουδετερώνει» την επίδραση των διακυμάνσεων τη r e στην τιμή του κέρδους Α ). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).8

19 I = r // β dc I I = I = = I Ι Ε I ( + Ε ) Ευθεία φορτίου D Εξίσωση ευθείας: = I.( + +r ) I = Κόρος (,sat 0): I,sat Αποκοπή (Ι 0):,cut,sat r r Ανάλυση A G n (t) b β ac.r e c = β ac. b g (t) ~ // // out (t) z n,stage z n,base e r Αντίσταση (A) διόδου Β-Ε: 5m r e I Τάση εισόδου: z n = g z Αντίσταση εισόδου από τη βάση: z n,base = G n,stage n,stage.β.r n = b ac e b b = b.β ac r e e.r = β ac.(r e + r ) Αντίσταση εισόδου συνολική: z n,stage = ( // ) // z n,base = ( // ) // β ac.(r e + r ) Τάση εξόδου: out = c.( // ) = β ac. b.( // ) Κέρδος τάσης: Α = out n // r ' r e Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).9

20 Αντίσταση εξόδου: z out = // H σχέση Α = καταδεικνύει το γεγονός ότι η παρουσία της αντίστασης re ' r εξουδετέρωσης r μειώνει μεν την τιμή του κέρδους Α όμως την καθιστά λιγότερο ευαίσθητη στις μεταβολές της r e (ιδιαίτερα αν r >> r e ). Μια φυσική εξήγηση της σταθεροποίησης του κέρδους είναι η εξής: Σε περίπτωση αύξησης του ρεύματος εξόδου c, αυξάνει το e, άρα (λόγω της αντίστασης r ) αυξάνει και η A τάση του εκπομπού e. Όμως, δεδομένου ότι be = n e, αύξηση της e μειώνει την τάση be (= b β ac r e ), άρα το ρεύμα b, και, συνεπώς, το ρεύμα c (=β ac b ). Δηλαδή η παρουσία της r δημιουργεί ένα μηχανισμό ανάδρασης που «εξουδετερώνει» τυχόν αυξήσεις του ρεύματος εξόδου c (με αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση του κέρδους A ). Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητα 8. (και λυμένα παραδείγματα) Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητα 6.4 (και λυμένα παραδείγματα)..6. Συνδεσμολογία κοινού εκπομπού () με διαιρέτη τάσης δύο ενισχυτικές βαθμίδες σε σειρά (με σύζευξη πυκνωτή) n (t) ~ out (t) Ε Ε Ανάλυση D Υπολογισμοί Δεδομένου ότι, στο D, ο πυκνωτής αποτελεί ανοικτoκύκλωμα, η κάθε βαθμίδα αναλύεται ξεχωριστά (κατά τα γνωστά) Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).0

21 ΒΒ TH = = B B B = B 0,7 I = // β I I dc = I = Ευθεία φορτίου D Εξίσωση ευθείας: = I.( + ) I = Κόρος (,sat 0): I,sat Αποκοπή (Ι 0):,cut,sat Ανάλυση A Στις σχέσεις που ακολουθούν, η χρήση των, και, στους δείκτες δηλώνει ότι η συγκεκριμένη παράμετρος αφορά την η ή τη η βαθμίδα. Προφανώς, n, n (η είσοδος της ης βαθμίδας είναι η είσοδος του συνολικού κυκλώματος) και out, out (η έξοδος της ης βαθμίδας είναι η έξοδος του συνολικού κυκλώματος). Υπόψη ότι οι δύο βαθμίδες είναι, συνήθως, όμοιες. Η η βαθμίδα αναλύεται κατά τα γνωστά: r e, 5m / I, z n,base, = β ac,.(r e, + r, ) z n,stage, = (, //, ) // z n,base, = (, //, ) // β ac,.(r e, + r, ) n, = b,.β ac,.(r e, + r, ) out, out = c,.(, //, ) = β ac,. b,.(, //, ) Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).

22 Α = out n, r ', e, // r,,, r //,, Κατά την ανάλυση της ης βαθμίδας θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι στο φορτίο της βαθμίδας αυτής «συμμετέχει» και η η βαθμίδα. Συγκεκριμένα, το φορτίο r, της ης βαθμίδας είναι η, εν παραλλήλω με την αντίσταση εισόδου z n, της ης βαθμίδας. r, =, // z n,stage, =, // (, //, ) // β ac,.(r e, + r, ) Α = out n, r ' r e,, r, r r,, Το συνολικό κύκλωμα έχει κέρδος Α = Α.Α Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητες 9.9. (και λυμένα παραδείγματα) Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητα 6.5 (και λυμένα παραδείγματα)..7. Άλλα κυκλώματα κοινού εκπομπού () Αν και τα ενισχυτικά κυκλώματα κοινού εκπομπού, συνήθως, χρησιμοποιούν την πόλωση με διαιρέτη τάσης (βλ. παραπάνω ενότητες..4..6), υπάρχουν υλοποιήσεις που προβλέπουν εναλλακτικές τεχνικές πόλωσης, όπως πόλωση με ανάδραση από τον εκπομπό, πόλωση με ανάδραση από το συλλέκτη, πόλωση με ανάδραση και από τον εκπομπό και από το συλλέκτη ή ακόμη και χρήση πρόσθετης πηγής τροφοδοσίας στον εκπομπό (κύκλωμα με διπλή τροφοδοσία TSB) Γενικά σχόλια για τη συνδεσμολογία κοινού εκπομπού () Στο ισοδύναμο κύκλωμα A, αμελούνται, σκόπιμα, δύο () αντιστάσεις, μία στο τμήμα εισόδου (αντίσταση βάσης r b σε σειρά με την β ac.r e ) και μία στο τμήμα εξόδου (η εσωτερική αντίσταση r c της πηγής, παράλληλη με, ). Η απλοποίηση αυτή του ισοδύναμου κυκλώματος είναι θεμιτή λόγω του ότι r Β << β ac.r e (οπότε r b + β ac.r e β ac.r e ) και r c >> // (οπότε r c //( // ) // ). 4 Υπενθυμίζεται ότι η πόλωση βάσης δεν χρησιμοποιείται σε ενισχυτικά κυκλώματα, λόγω της αστάθειας του σημείου ηρεμίας Q (βλ. ενότητα..). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).

23 Για μια ακριβέστερη ανάλυση των παραπάνω ενισχυτών θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί το υβριδικό μοντέλο του τρανζίστορ. Οι εκφράσεις για τα Α, A, z n, z out είναι περισσότερο πολύπλοκες, μεταπίπτουν όμως στις αντίστοιχες εκφράσεις που έχουν ήδη υπολογιστεί αν αγνοηθούν οι όροι με τις παραμέτρους h r και h o. Η αντίσταση r e υφίσταται σημαντικές διακυμάνσεις λόγω μεταβολών στο Ι Ε και τη θερμοκρασία (η σχέση r e 5m/I ισχύει για θερμοκρασία δωματίου). Οι μεταβολές στο Ι αντιμετωπίζονται με την προσθήκη αντίστασης (και μάλιστα με τιμή τέτοια // ώστε >> ), παρ όλα αυτά το κέρδος Α παραμένει εκτεθειμένο στις μεταβολές βdc της r // e αφού Α =. Για το λόγο αυτόν, προστίθεται η αντίσταση εξουδετέρωσης r ' e r (σε σειρά με την αλλά χωρίς να βραχυκυκλώνεται από πυκνωτή παράκαμψης) // επιειδή, λόγω της r, το κέρδος γίνεται Α = οπότε, δεδομένου ότι r >>r e, το r ' r κέρδος μειώνεται μεν, αλλά ανεξαρτητοποιείται από τις μεταβολές της r e. // // Στη συνδεσμολογία κοινού εκπομπού (), Α = ή Α = και z out = re ' re ' r. Αυτό σημαίνει ότι μείωση της αντίστασης εξόδου z out συνοδεύεται από ταυτόχρονη μείωση του κέρδους Α. Για το λόγο αυτόν, ο ενισχυτής κοινού εκπομπού δεν είναι κατάλληλος για τροφοδότηση μικρών αντιστάσεων φορτίου. (Προκειμένου το φορτίο να τροφοδοτείται με το μεγαλύτερο μέρος της τάσης εξόδου out, θα πρέπει z out << ). e Παραπομπές Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητα. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).3

24 .3. Συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη ().3.. Γενικά Στη συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη (): Η βάση (Β) αποτελεί τον πόλο εισόδου. Ο εκπομπός (Ε) αποτελεί τον πόλο εξόδου. Ο συλλέκτης () γειώνεται. Όπως θα φανεί και παρακάτω, η συνδεσμολογία χρησιμοποιείται κυρίως για ενίσχυση ρεύματος (ή ενίσχυση ισχύος). Σημειωτέον ότι η συγκεκριμένη συνδεσμολογία δεν ενισχύει την τάση εισόδου (Α out / n ). G n (t) g (t) ~ out (t).3.. Ανάλυση ενισχυτή κοινού συλλέκτη () Ανάλυση D G g (t) ~ Υπολογισμοί Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).4

25 ΒΒ TH = = B B B = B 0,7 I = // β dc I I Ευθεία φορτίου D Εξίσωση ευθείας: = I.( + ) I = Κόρος (,sat 0): I,sat Αποκοπή (Ι 0):,cut,sat Ανάλυση A 5,6 G n (t) b g (t) ~ // β ac.r e c = β ac. b z n,stage z n,base // e out (t) Αντίσταση (A) διόδου Β-Ε: r e 5m I 5 Λόγω του ότι η G είναι συνήθως μικρή ( G << z n,stage ) πολλές φορές αμελείται, οπότε g (t) = n (t) το δε σύμβολο n (t) προσδιορίζει ευθύς εξαρχής την τάση της πηγής. 6 Η αντίσταση // συμβολίζεται είτε με r («Βασική Ηλεκτρονική») είτε με r e («Ηλεκτρονική»). Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).5

26 Τάση εισόδου: n = b.β ac r e + e.( Ε // ) b.β ac r e + b.β ac.( Ε // ) = e.(r e + Ε // ) (αφού b.β ac e ) n e (re ' // ) Αντίσταση εισόδου από τη βάση: z n,base = β ac.( Ε // + r e ) β ac.( Ε // ) b b Αντίσταση εισόδου συνολική: z n,stage = ( // ) // z n,base = ( // ) // β ac.( Ε // + r e ) Τάση εξόδου: out = e.( Ε // ) β ac. b.( Ε // ) Με βάση τα παραπάνω προκύπτουν: out // Ενίσχυση τάσης: Α = n // re ' e Ενίσχυση ρεύματος: A = β ac Ενίσχυση ισχύος: A p = p A p = p out n out n.(.z // n,base b p p out n ) b Αντίσταση εξόδου: z out = // [r e + out n.β ac out n e out n out n = A.A β ac.( // ) β ac.( // ) ( // r ') β ( // r ') G // β ac // e ] ac e β ac //. β ac // r ' e Τοποθέτηση του σημείου Q στο μέσο της γραμμής φορτίου D Για λειτουργία μικρού σήματος (χρήση ποσοστού <0% της γραμμής φορτίου), η τοποθέτηση του σημείου ηρεμίας Q στο μέσο της γραμμής φορτίου D, συνιστά μια καλή πρακτική για την αποφυγή της αποκοπής και του κόρου και τη διασφάλιση της γραμμικής λειτουργίας του ενισχυτικού κυκλώματος 7. Σημείο Q:,Q = I,sat = 0,5. και I,Q = I Ισχύει: Ε = 0,5. Συνεπώς: Ε = I B = + 0,7 = I B I β D, 7 Το θέμα αναλύεται πληρέστερα στο κεφάλαιο 4. Επισημαίνεται ότι για λειτουργία ισχύος (χρήση του 00% της γραμμής φορτίου βλ. κεφάλαιο 4) επιδιώκεται η τοποθέτηση του σημείου ηρεμίας Q στο μέσο της γραμμής φορτίου A. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).6

27 Παραπομπές I, 0.I B = Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητες 9.3 (και λυμένα παραδείγματα) Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητες (και λυμένα παραδείγματα).3.3. Ζεύγος Darlngton Ρεύμα εκπομπού: Ι Ε = B Αντίσταση φορτίου: r = Ε // B Αντίσταση εισόδου από τη βάση: z n,base, = β ac,.(r + r e ) β ac,.r Αντίσταση εισόδου από τη βάση: z n,base, = β ac,.(z n,base, + r e ) β ac,.z n,base, β ac,.β ac,.r Αντίσταση εισόδου συνολική: z n,stage = ( // ) // z n,base = ( // ) // β ac.(r + r e ) Ενίσχυση ρεύματος: Ενίσχυση ισχύος: A = Α.Α β ac,.β ac, A p = Α p.α p = A.β ac,.a β ac, β ac,.β ac, Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητα 9.6 (και λυμένα παραδείγματα) Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητα 7.7 (και λυμένα παραδείγματα).3.4. Γενικά σχόλια για τη συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη () Στη συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη (), A και z out = // [r e + Αυτό σημαίνει ότι είναι εφικτή η μείωση της αντίστασης εξόδου z out χωρίς να επηρεάζεται το κέρδος Α. Για το λόγο αυτόν, ο ενισχυτής είναι κατάλληλος για τροφοδότηση μικρών αντιστάσεων φορτίου. (Προκειμένου το φορτίο να τροφοδοτείται με το μεγαλύτερο μέρος της τάσης εξόδου out θα πρέπει z out << ). G // β ac // ]. Επειδή A, άρα η τάση εξόδου (δηλαδή η τάση στον εκπομπό) «ακολουθεί» την τάση εισόδου, το κύκλωμα κοινού συλλέκτη () χαρακτηρίζεται ως «ακόλουθος εκπομπού». Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).7

28 .4. Στοιχεία για το εργαστήριο Από τον κατασκευαστή, συνήθως παρέχονται τα εξής στοιχεία: Oι βασικοί περιορισμοί (maxmum ratngs) για τη λειτουργία του τρανζίστορ. Συνήθως δίνονται οι μέγιστες τάσεις μεταξύ επαφών με την τρίτη επαφή ανοικτή (π.χ. O, BO BO ), μέγιστες τιμές ισχύος 8 κλπ. Τα χαρακτηριστικά αποκοπής (OFF characterstcs) όπως οι τάσεις διάσπασης και τα ρεύματα αποκοπής των επαφών. Τα χαρακτηριστικά λειτουργίας (OΝ characterstcs) όπως οι ελάχιστες και μέγιστες τιμές του h F (λειτουργία σε D), οι τιμές του h fe (λειτουργία με μικρά σήματα A κλπ.). Τα χαρακτηριστικά μεταγωγής (swtchng characterstcs). Διάφορες γραφικές παραστάσεις. Πρόχειρος έλεγχος ενός τρανζίστορ μπορεί να γίνει: Με χρήση ωμομέτρου όταν το τρανζίστορ είναι εκτός κυκλώματος (μετρώνται οι αντιστάσεις μεταξύ των επαφών για ορθή και ανάστροφη πόλωση). Με χρήση βολτομέτρου όταν το τρανζίστορ είναι εντός κυκλώματος (μετρώνται αρχικά οι D και στη συνέχεια οι A τάσεις). Λεπτομερέστερος έλεγχος μπορεί να γίνει με χρήση ανιχνευτή καμπυλών (cure tracer) ή διάταξης δοκιμής (transstor tester). Αντιπροσωπευτικό τρανζίστορ: Ν3904 (npn) Παραπομπές Α.P. Malno, Ηλεκτρονική, ενότητες 6.8, 7.0, 8., 9.9. Α.P. Malno, Βασική Ηλεκτρονική, ενότητες 5.0, Τα συνήθη τρανζίστορ προορίζονται για μέγιστη καταναλισκόμενη ισχύ τα 0,5 W. Από την άλλη πλευρά τα τρανζίστορ ισχύος μπορούν να καταναλώσουν ισχείς μέχρι και W. Συνήθως τα τα τρανζίστορ αυτά συσκευάζονται σε μεταλλική θήκη που αφενός παρέχει την επαφή συλλέκτη και αφετέρου χρησιμεύει ως απαγωγός θερμότητας. Γερ. Κ. Παγιατάκης: Ηλεκτρονική (βασικά στοιχεία).8