Transcript

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗ DC ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ Στο σχήμα φαίνεται ένα κύκλωμα κοινού εκπομπού από το βρόχο εισόδου Β-Ε ο νόμος του Kirchhoff δίνει: Τελικά έχουμε: I I BB B B E E BE B BB E IE BE 1 1 I BB B E B BE I B BE BB 1 1 B E B E Η σχέση αυτή εκφράζει τη μεταβολή του Ι Β ως συνάρτηση της BE στο πιο κάτω σχήμα φαίνεται η γραφική παράσταση η ευθεία φόρτου dc για το βρόχο εισόδου. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 18

19 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗ DC ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ Στο σχήμα φαίνονται οι συντεταγμένες του σημείου τομής της ευθείας φόρτου με τη χαρακτηριστική εισόδου. Αυτές είναι BEQ =0,7 περίπου για Si και το ρεύμα ίσο με I BQ Ο νόμος του Kirchhoff δίνει στο κύκλωμα εξόδου δίνει: I I CC C C E E CE I E CC C C CE Τελικά για το ρεύμα έχουμε I C 1 CC CE C E C E Η σχέση αυτή εκφράζει τη μεταβολή του Ι C ως συνάρτηση της CE στο πιο κάτω σχήμα φαίνεται η γραφική παράσταση η ευθεία φόρτου dc για το βρόχο εξόδου. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 19

20 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΜΕΛΕΤΗ DC ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ Αν γράψουμε το νόμο του Kirchhoff για το βρόχο συλλέκτη εκπομπού (C-E) έχουμε:. I I CC C C E E CE I E CC C C CE Τελικά για το ρεύμα έχουμε I C 1 CC CE C E C E Η σχέση αυτή εκφράζει τη μεταβολή του Ι C ως συνάρτηση της CE στο πιο πάνω σχήμα φαίνεται η γραφική παράσταση της dc ευθείας φόρτου για το βρόχο εξόδου και τις χαρακτηριστικές εξόδου I C - CE. Το σημείο τομείς της dc ευθείας φόρτου με την αντίστοιχη καμπύλη του ρεύματος Ι Β που έχει αποκατασταθεί στο βρόχο Β-Ε δίνει το σημείο λειτουργίας Q του κυκλώματος. Ο συντελεστής του Ι C είναι η dc αντίσταση του βρόχου C-E. E dc C dc E C ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 20

21 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ Στο σχήμα φαίνεται ένα κύκλωμα ενισχυτή κοινού εκπομπού. Στο κύκλωμα αυτό μαζί με τη dc πηγή υπάρχει και ac πηγή που δίνει το προς ενίσχυση σήμα. Στα διαγράμματα που ακολουθούν δίνονται οι χαρακτηριστικές καμπύλες εισόδου εξόδου. Στο κύκλωμα αυτό υπάρχουν dc και ac μεγέθη έτσι τα dc μεγέθη συμβολίζονται με κεφαλαία γράμματα και οι δείκτες με κεφαλαία, τα ac με μικρά και οι δείκτες το ίδιο ενώ τα ολικά μεγέθη dc+ac με μικρά γράμματα και κεφαλαίους δείκτες. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 21

22 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 22

23 Το σήμα στην έξοδο του ενισχυτή εξαρτάται σημαντικά από τη θέση της ευθείας φόρτου, από το νόμο των τάσεων του KICHHOFF για τους βρόχους εισόδου εξόδου του κυκλώματος στο dc έχουμε: I I BB B B E E BE Η ευθεία φόρτου για το βρόχο εξόδου είναι Τα σημεία τομείς με τους άξονες είναι : I 0, I C ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ 1 CC CE C E C E CC IC C IE E CE και το σημείο λειτουργίας είναι στην αποκοπή C CE CC 0, I CC CE C και το σημείο λειτουργίας είναι στον κόρο C E Από τα στοιχεία εξόδου και την εξίσωση του βρόχου εισόδου μπορούμε να υπολογίσουμε το ρεύμα I C λαμβάνοντας υπόψη ότι I C = I Ε και I Β = I Ε /β έτσι έχουμε: ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ I C BB BE BB 07, IC B B E E 23

24 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ Στους ενισχυτές με τρανζίστορ κοινού εκπομπού θα πρέπει το σημείο λειτουργία να βρίσκεται στο μέσον της ευθείας φόρτου έτσι ώστε να αποφεύγονται οι παραμορφώσεις που εμφανίζονται στις οριακές περιοχές του κόρου και της αποκοπής. Έτσι έχουμε : Κύκλωμα με διαιρέτη τάσης και αυτοπόλωση εκπομπού. Οι τιμές των 1 και 2 καθορίζουν το ρεύμα Ι Β Έχουμε 1 και Για το κύκλωμα θα πρέπει το 10% του ρεύματος εισόδου να περνά στη βάση Έτσι Th B CC και 1 B CC B CC, B ( ) CC CC CEQ και ICQ 2 2 C B B B CC BB 01 E IC 07, 11. E E ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 24

25 ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ Δύο είναι τα προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπίσουμε κατά τη μελέτη κυκλωμάτων κοινού ενισχυτή: Το πρώτο αφορά στη μελέτη των επιδόσεων του ενισχυτή στην περίπτωση αυτή τα στοιχεία του κυκλώματος είναι δεδομένα. Το σημείο λειτουργίας Q προσδιορίζεται από τα χαρακτηριστικά του κυκλώματος. Στην περίπτωση αυτή αντικαθιστούμε τις τιμές των δεδομένων στις εξισώσεις και υπολογίζουμε τα άγνωστα μεγέθη. Στο δεύτερο είδος προβλημάτων σχεδίασης, το κύκλωμα δεν ορίζεται πλήρως. Έχουμε τη δυνατότητα να τοποθετήσουμε το σημείο λειτουργίας στην επιθυμητή περιοχή π.χ. στο μέσον της ευθείας φόρτου και ξεκινώντας από τη θεώρηση αυτή να υπολογίσουμε τα άγνωστα στοιχεία του κυκλώματος. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 25

26 Στο κύκλωμα αυτό έχουμε εκτός της dc πόλωσης και ac σήμα στην είσοδο, οι πυκνωτές αποκόπτουν τις dc συνιστώσες. Για το βρόχο εξόδου C-E έχουμε για το dc την αντίσταση Ενώ για το ac Η DC ευθεία φόρτου έχει κλίση -1/ dc και η AC ευθεία φόρτου -1/ ac. Οι δύο ευθείες τέμνονται στο σημείο λειτουργία Q το οποίο έχει συντεταγμένες ( CEQ, I CQ ). Η DC ευθεία είναι H γενική μορφή της ac ευθεία φόρτου είναι: όπου 1 ac AC ΕΥΘΕΙΑ ΦΟΡΤΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ x v CE dc C E I C ac C L E 1 CE dc y y x x y i C 1 1 CC dc x1 CEQ y1 I CQ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 26

27 Η AC ευθεία φόρτου είναι AC ΕΥΘΕΙΑ ΦΟΡΤΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ Με i Cmax CEQ i 1 v I ac CEQ C CE CQ ac ac I CQ vcemax CEQ ICQ ac Για Q στο μέσον της ac ευθείας φόρτου θα i Πρέπει έτσι Cmax 2I CQ και I CQ CEQ CC ICQ ac dc ac CEQ CC 1 dc ac ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 27

28 ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΣΕ AC ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Α) Μελέτη κυκλώματος : Στη μελέτη των επιδόσεων κυκλωμάτων ενισχυτή κοινού εκπομπού σε ac λειτουργία ζητούνται οι συντεταγμένες του Q (I CQ, CEQ ), οι dc και ac ευθείες φόρτου και οι απολαβές ρεύματος και τάσης δηλαδή: Τα δεδομένα είναι τα στοιχεία του κυκλώματος, δηλαδή αντιστάσεις τάσεις πόλωσης και β του τρανζίστορ στην περίπτωση αυτή από τις σχέσεις BB 1 BE CC 1 CC 12 IC IC CE Th B B B C E C E E Υπολογίζουμε τα B, B και τις συντεταγμένες του Q, I CQ, από την εξίσωση του I C και την CEQ από την ευθεία φόρτου. Στη συνέχεια σχεδιάζουμε τις dc και ac ευθείες φόρτου και προσδιορίζουμε τη μέγιστη αρμονική διακύμανση της τάσης εξόδου. Για Q πάνω από το μέσον της ac ευθείας: Για Q κάτω από το μέσον της ac ευθείας: A v v o in A i i i v 2i v 2(i I ) omax(p p) C ac omax(p p) Cmax CQ ac o in v 2I omax(p p) CQ ac ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 28

29 ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΣΕ AC ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Β) Σχεδιασμός κυκλώματος : Στον σχεδιασμό κυκλώματος ενισχυτή κοινού εκπομπού σε ac λειτουργία συνήθως δίνονται οι συντεταγμένες του Q αλλά πολλές φορές και κάποια μεγέθη του κυκλώματος όπως L, CC, BE και β και προσδιορίζονται τα 1, 2, C ή E έτσι έχουμε τις πιο κάτω περιπτώσεις: i) Για Q στο μέσον της ac ευθείας από τις εξισώσεις: i Cmax CEQ 2I CC CQ ICQ ICQ ac dc ac Προσδιορίζουμε τις συντεταγμένες του Q και από την dc ευθεία φόρτου την τιμή της C ή E με διπλασιασμό των I CQ και CEQ τα σημεία τομείς της ac με τους άξονες. Στη συνέχεια από τις πιο κάτω εξισώσεις ευθεία υπολογίζουμε τα στοιχειά εισόδου 1 B 1 CC B CC ii) Αν το Q δεν είναι στο μέσον της ac ευθείας έχουμε τις συντεταγμένες του Q, από τις πιο κάτω σχέσεις υπολογίζουμε τα σημεία τομείς της ac με τους άξονες CEQ Cmax ac ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 29 CEQ CC 1 I I B CC 2 B 01, E BB B B E E BE B i I vcemax CEQ ICQ ac CQ dc ac

30 ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΣΕ AC ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Β) Σχεδιασμός κυκλώματος : Από την πιο κάτω εξίσωση υπολογίζουμε τις C ή E I I CC C C E E CE Στη συνέχεια, όπως και πριν, από τις εξισώσεις των 1, 2 προσδιορίζουμε τις τιμές. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 30

31 ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΣΥΛΛΕΚΤΗ (CC, Ή ΑΚΟΛΟΥΘΟΣ ΕΚΠΟΜΠΟΥ) Στο κύκλωμα αυτό η C είναι μηδέν και ο συλλέκτης στο ac γειώνεται μέσω της CC για το λόγο αυτό το κύκλωμα ονομάζεται και ενισχυτής κοινού συλλέκτη. Ο ενισχυτής αυτός δεν ενισχύει την τάση αλλά μεταφέρει το σήμα εισόδου στην έξοδο και έχει ενίσχυση ίση με 1. Το θετικό του κυκλώματος αυτού είναι ότι παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση εισόδου και μικρή αντίσταση εξόδου με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται ως βαθμίδα εισόδου σε κυκλώματα όπου η πηγή τάσης εμφανίζει μεγάλη αντίσταση εισόδου. Για την ανάλυση του κυκλώματος χρησιμοποιούνται ακριβώς οι ίδιες εξισώσεις με το κύκλωμα κοινού εκπομπού με μόνη διαφορά στις αντιστάσεις dc και ac Έτσι I C dc E L E ac E L E L 1 CC i CEQ CE C vce ICQ E E ac ac 1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 31

32 ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΩΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ Στα κυκλώματα που μελετήσαμε μέχρι τώρα το τρανζίστορ λειτουργούσε στη γραμμική περιοχή. Πολύ μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει η περίπτωση στην οποία το τρανζίστορ οδηγείται από κατάλληλο ρεύμα βάσης από τον κόρο στην αποκοπή. Η λειτουργία αυτή είναι λειτουργία διακόπτη και αποτελεί τη βάση των λογικών κυκλωμάτων. Για να λειτούργει το τρανζίστορ στην αποκοπή θα πρέπει η in < 0,3 οπότε οι επαφές Β-Ε και B-C είναι ανάστροφα πολωμένες και έχουμε Ι Β = 0, I C = 0, C = CC. Στην περίπτωση αυτή ο διακόπτης θεωρείτε ανοιχτός. Για να λειτουργεί το τρανζίστορ στον κόρο θα πρέπει in > 0,8 οπότε οι επαφές Β-Ε και B-C είναι ορθά πολωμένες και έχουμε Ι Β = Ι βmin. I C. Στην περίπτωση αυτή ο διακόπτης θεωρείτε κλειστός και ισχύουν: I B I Bmin I C I Cmax CC C Csat 03, v ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 32