GAILU ETA ZIRKUITU ELEKTRONIKOAK. 2011/2015-eko AZTERKETEN BILDUMA (ENUNTZIATUAK ETA SOLUZIOAK)

Transcript

1 GAILU ETA ZIRKUITU ELEKTRONIKOAK. 2011/2015-eko AZTERKETEN BILDUMA (ENUNTZIATUAK ETA SOLUZIOAK) Recart Barañano, Federico Pérez Manzano, Lourdes Uriarte del Río, Susana Gutiérrez Serrano, Rubén EUSKARAREN ARLOKO ERREKTOREORDETZAREN SARE ARGITALPENA ISBN: Liburu honek UPV/EHUko Euskararen Arloko Errektoreordetzaren dirulaguntza jaso du

2

3 GAILU ETA ZIRKUITU ELEKTRONIKOAK 2011/2015-eko AZTERKETEN BILDUMA... (ENUNTZIATUAK ETA SOLUZIOAK) Federico Recart Barañano Lourdes Pérez Manzano Susana Uriarte del Río Rubén Gutiérrez Serrano ISBN:

4

5 Aurkibidea ENUNTZIATUAK / eko ekaina eko maiatza / ko ekaina ko maiatza / ko uztaila ko maiatza / ko uztaila ko maiatza / ko ekaina ko maiatza II

6 SOLUZIOAK eko ekaina ZIRKUITU DIODODUNA BASE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA eko maiatza PN JUNTURA DIODOA IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ATE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ko ekaina DIODOA PN JUNTURA BJT TRANSISTOREAREN LAN-PUNTUA BASE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ko maiatza PN JUNTURA - DIODOA ZIRKUITU DIODODUNA IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ko uztaila ZIRKUITU DIODODUNA KORRONTE-ISPILUA IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ko maiatza PN JUNTURA DIODOA IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA III

7 2012ko uztaila ZIRKUITU DIODODUNAK PN JUNTURA BASE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA INBERTITZAILE DIGITALA ko maiatza PN JUNTURA IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ko ekaina PN JUNTURA ZIRKUITU DIODODUNAK ZIRKUITU TRANSISTOREDUNAK BASE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ko maiatza PN JUNTURA ZIRKUITU DIODODUNAK IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA ZIRKUITU TRANSISTOREDUNA ETA DIODODUNA IV

8

9 ENUNTZIATUAK 2

10 3

11 2014/ eko ekaina 1. Kalkulatu eta marraztu 1. irudiko zirkuituaren transferentzia-kurba, eta marraztu, grafiko berean nolakoak izango diren v in sarrerako seinalearen eta v out irteerako seinalearen formak baldin eta sarrera seinale hiruki alterno purua bada eta haren anplitudea V p = 10 V bada. Grafikoan, adierazi balio esanguratsuenak. Datuak: Zener diodoaren haustura-tentsioa, balio absolutuan: V Z = 4 V. Gainerako ezaugarriei dagokienez, bi diodoak idealtzat jo daitezke. 1. irudia. Lehenengo ariketako zirkuitu diododuna. 2. Beheko irudiko transistoreari buruz, bi datu dakizkigu: haren base-igorle junturako eroapeneko tentsioa 0,7 volt ingurukoa da, eta, igorle komuneko egituran, haren seinale handiko korronte-irabazia 100 da. 4

12 2. irudia. Bigarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Erantzun honako galdera hauei: a) Zer egitura ari gara erabiltzen 2. irudiko anplifikadorean? b) Marraztu polarizazio-zirkuitua eta karga-zuzen estatikoa, eta kalkulatu transistorearen lan-puntua. c) Zirkuitua egonkorra al da β-ren aldaketen aurrean? d) Transistorearen oinarrizko asetasun-korronteak I ES = 1 fa eta I CS = 5 fa badira, zenbat da, zehatz-mehatz, V BE? [Gogoratu: 1 fa =10-15 A] e) Zenbatekoa da, funtzio-sorgailuaren barneko erresistentzia aintzat hartu gabe, zirkuituko tentsio-irabazia? f) Kalkulatu sarrerako eta irteerako inpedantziak. g) Zer efektu du R S erresistentziak tentsio-irabazian? h) Kalkulatu tarte dinamikoa eta marraztu irteerako seinalearen forma, kitzikapenak bi balio hauek hartzen dituenean: a) v s (t)=10 mv sin(wt); eta b) v s (t) = 500 mv sin(wt). Zer lan-eskualdek mugatzen du irteerako tarte dinamikoa? 3. Hirugarren irudiko zirkuituan agertzen den FETak honako parametro hauek ditu: V T = 4 V I DSS = 16 ma Badakizkigu, gainera, erresistentzia hauen balioak: R 1 = 1,7 MΩ R 2 = 1,6 MΩ R 3 = 2 kω R 4 = 1 kω R source = 25 kω R LOAD = 2 kω 5

13 Erantzun honako galdera hauei: a) Zer FET mota dugu? Marraztu haren asetasuneko transferentzia-kurba, I DSS eta V T agerian utzita. b) Identifikatu iturria eta draina, eta kalkulatu polarizazio-puntua. Seinale txikiko zirkuituari dagokionez: c) Esan zer anplifikatze-egitura dugun. d) Kalkulatu tentsio-irabazia, eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. e) Zirkuitu bera erabil al genezake p pasabideko JFET bat polarizatzeko ( V T eta I DSS parametro berekin)? 3. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. 6

14 2015eko maiatza 1. Juntura latz laua duen siliziozko diodo baten zenbait ezaugarri elektriko analizatu nahi ditugu. Badakizkigu haren parametro fisiko batzuk eta geometria. Datuak: n i = cm -3 N D = cm -3 N A = cm -3 A = 0,01 cm 2 V T = 25 mv q = 1, C rsi = 11,8 0 = 8,85 pf/m a) Kalkulatu potentzial termodinamikoa, eta eskualde hustuaren orekako zabalera eta junturako kapazitatea. b) Esan zer magnitude irudikatu diren 1. Irudian, eta eman edo kalkulatu balio esanguratsuak: K 1, K 2, K 3 eta K 4. Κ 1 -x p x n x (µm) K 4 Κ 2 -x p x n x (µm) -x p x n x (µm) K 3 1.irudia c) Dakigunez, diodoaren asetasun-korrontea I sat = 1 pa da. Marraztu diodoaren I-V ezaugarri-kurba eta balioetsi zenbatekoa den haren atariko tentsioa ma batzuen inguruko tartean. 7

15 I D (ma) ,5-1 -0,5 0,5 1 1,5 V D (V) 2.irudia Orain, elikatze-iturri bat eta 3 kω-eko erresistentzia bat erabiliz, zirkuitu sinple bat eraikiko dugu (ikus 3. irudia): 3.irudia d1) Kalkulatu, zehatz-mehatz, diodoa zeharkatzen duen korrontea eta haren terminalen artean erortzen den tentsioa, zirkuituan aplikatzen den V DC tentsioak hiru balio hauek hartzen baditu: V DC = 1V V DC = 10 V V DC = -5V d2) Esan zein den seinale handiko eredurik egokiena aurreko ataleko tentsioetarako. 8

16 2. Irudian agertzen den zirkuitu anplifikatzailearen zenbait kontu analizatu nahi ditugu; betiere, behe-maiztasuneko kitzikapenak aplikatuz. Transistoreari dagokionez, badakigu β = 200 eta V BE = 0,7 V direla (V CEsat = 0 V dela joko dugu). Gainera, badakigu erabilitako potentziometroaren balio maximoa ere: R B2 =10 kω. 4.irudia V CC elikatze-tentsio ezezagun bat finkatu dugu; potentziometroaren posizioa aldatuz joan gara (zerotik balio maximora), eta, ondorioz, Q puntuak beheko irudiko ibilbidea egin du: i C Q 4 (4V, 2mA) Q 5 (0V,3mA) Q 6 Q 3 (6V, 1,5 ma) Q 2 (8V, 1mA) Q 1 (12V,0) v CE 5.irudia 9

17 Erantzun honako galdera hauei: a) Zenbatekoa da V CC elikatze-tentsioa? b) Zenbatekoa da R E erresistentzia? c) Zergatik Q 6 ez dago karga-zuzen estatikoan, beste polarizazio-puntuekin lerrokatuta? Zein da zehatz-mehatz haren posizioa (I C, V CE ) eta zenbatekoa da dagokion I B baseko korrontea? d) Marraztu seinale txikiko zirkuitua, kalkulatu karga-zuzen dinamikoa eta marraztu zuzen hori Q 2, Q 3 eta Q 4 puntuetarako. e) Tarte dinamikoa optimizatu nahi badugu, zein polarizazio-puntu aukeratuko zenuke? Kalkulatu horretarako behar den potentziometroaren posizioa (hau da, R B2 erresistentziaren balioa). f) Demagun transistoreak e) ataleko puntuan lan egiten duela. Hala bada, kalkulatu sarrerako eta irteerako inpedantziak eta tentsio-irabazia, eta marraztu nolakoa izango den irteerako seinalea, baldin eta sarrerako seinaleak honako bi balio hauek hartzen baditu: v s = 10 mv sin(wt) eta v s = 100 mv sin(wt) irudiko FETak honako parametro hauek ditu: V T = 1 V I DSS = 1 ma 6.irudia 10

18 a) Zer transistore mota da? Marraztu haren asetasuneko ezaugarri-kurba eta adierazi I DSS eta V T. b) Identifikatu iturria eta draina, eta kalkulatu polarizazio-puntua (asetasuna onartuz). c) Kalkulatu R erresistentziaren balio-tartea lan-puntua asetasunean egon dadin. d) R = 3,3 kω kasurako, kalkulatu lan-puntua osatzeko falta diren balioak. Seinale txikiko zirkuituaren analisiari dagokionez (eta R = 3,3 kω erabiliz): e) Kalkulatu tentsio-irabazia, eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. f) Zer eragin du R erresistentziaren balioak aurreko ataleko emaitzetan? g) Zirkuitu bera erabil al liteke p pasabideko JFET bat polarizatzeko, V T eta I DSS aldatu gabe? 11

19 2013/ ko ekaina 1. Beheko irudian, diodo baten I-V ezaugarria (marra lodia) eta diodoa zeharkatzen duen korrontearen eta haren junturako tentsioaren arteko erlazioa (marra fina) agertzen dira. I D (A) 1.irudia Tentsioa (V) a) Kalkulatu diodoaren asetasun-korrontea eta serieko erresistentzia. Diodoa 2. irudiko zirkuituan erabiliko dugu, eta 50 Hz-eko maiztasuneko eta 15 V-eko anplitudeko seinale sinusoidala aplikatuko dugu. 12

20 10 Ω 2.irudia b) Azaldu 3. irudiko seinale handiko eredu linealen ezaugarri nagusiak eta aukeratu zein den aproposena gure diodoaren portaera modelatzeko. I D I D I D I D V γ = 0 V R f = 0 Ω R r = Ω a) V D V γ = 0,6 V R f = 0 Ω R r = Ω b) V D V γ = 0,6 V R f = 0,6 Ω R r = Ω c) V D V γ = 0,5 V R f = 0,5 Ω R r = Ω d) V D 3.irudia. Analizatu nahi ditugun eredu linealak. c) Aurreko ataleko eredua erabiliz, marraztu zirkuituaren transferentzia-kurba eta irteerako seinalearen forma. d) Dakigunez, oreka termodinamikoan, diodoaren junturako kapazitatea 1 nf da, eta potentzial termodinamikoa, berriz, 1 V. Hori jakinda, kalkulatu junturako kapazitatea sarrerako seinaleak bere balio minimoa hartzen duenean, zikloerdi negatiboaren balio absolutu maximoan (juntura latz laua dela onartuko dugu). 2. Kalkulatu 4. irudiko BJT transistorearen lan-puntua bi kasu hauetarako: a) v in = 10 V b) v in = 0,2 V 13

21 Datuak: Diodoak idealtzat joko ditugu. V BE = 0,7 V, β = 20 eta V CE,sat = 0,2 V. 4.irudia. Transistore bat eta hiru diodo dituen zirkuitua. 3. Beheko irudiko zirkuituan erabili den BJT transistorearen igorle komuneko korronte-irabazia (seinale handietarako) β F = 200 da; eta V BE = 0,7 V. 5.irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. V CC = 15V, R B1 = 10 kω, R B2 = 5 kω, R C = 3 kω, R E = 2 kω, R source = 0 14

22 Erantzun honako galdera hauei: a) Lortu lan-puntua. Egonkorra al da? Arrazoitu erantzuna. b) Aurreko ataletik abiatuz, kalkulatu zehatz-mehatz zenbatekoa izango den V BE base-igorle tentsioaren balioak baldin eta I ES =1 fa = 10-3 pa eta I CS = 5 fa = pa bada. c) Kalkulatu tentsio-irabazia R L kargaren arabera. d) Zenbatekoa izan behar du R Load erresistentziak, tarte dinamikorik zabalena lortzeko? e) Marraztu, grafiko bakarra erabiliz, sarrerako tentsioa eta v ce kolektore-igorle tentsioaren alternoko osagaia baldin eta R L =3 kω bada, bi kasu hauetarako: e1) v s (t) = 20 mv sin(wt) e2) v s (t) = 30 mv sin(wt) irudiko zirkuituko FET transistorearen atariko tentsioa V T = 4 V da. Gainera, beheko zirkuituan, draineko zirkuitua neurtu dugu, I D = 1 ma. 6.irudia. Zirkuitu anplifikatzailea. 15

23 Erantzun honako galdera hauei: a) Kalkulatu zirkuituko tentsio guztiak (hau da, kalkulatu lan-puntua) eta I DSS parametroaren balioa. b) Kalkulatu tentsio-irabazia (bai tentsio-sorgailua baztertuz, bai hura kontuan hartuz), eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Arazorik ikusten al diozu lortu duzun sarrerako inpedantziari? c) Kalkulatu irteerako tarte dinamikoa: irteeran distortsiorik gabe lor daitekeen tentsio maximoa. Zenbatekoa da tentsio hori lortzeko aplikatu beharreko v s balioa? d) Zirkuituaren zenbait ezaugarri hobetu nahi ditugu: sarrerako inpedantzia 1 MΩ eta tarte dinamikoa maximoa izatea nahi dugu. Horretarako, zenbateko erresistentziak ipini behar ditugu ateko tentsio-banatzailean (zatigailuan)? e) Zirkuitu bera erabiliz, n pasabideko JFET bat polarizatzen ahal da? Arrazoitu erantzuna. 16

24 2014ko maiatza 1. A = 0,01 cm 2 -ko azalera duen siliziozko (n i 2 =10 20 cm -6, e Si = 1,044 pf/cm) diodo baten junturako eremu elektrikoa beheko irudikoa da: e(x) -10,1 101 x (nm) -1, V/cm 1. irudia. Junturako eremu elektrikoa. Erantzun honako galdera hauei: a) Identifikatu eskualde hustuaren zabalera eta kalkulatu potentzial termodinamikoa. b) V T = 25 mv hartuz, kalkulatu diodoaren dopaketak. c) Kalkulatu diodoaren orekako junturako kapazitatea. Diodo hori beheko irudiko zirkuituan erabili dugu, eta, V DC = 15 V-eko tentsioa aplikatuta, neurtu den korrontearen intentsitatea 4,83 ma izan da. (Diodoaren portaerak perfektuki jarraitzen dio Shockleyren ekuazioari). 2. irudia. Lehenengo ariketako zirkuitua. d) Kalkulatu diodoan erortzen den tentsioa eta haren asetasun-korrontea. 17

25 2. Kalkulatu 3. irudiko zirkuituaren transferentziaren kurba eta marraztu nolakoak izango direnv out irteerako seinalearen forma baldin eta sarrera v in = 20 V p -eko seinale hiruki alternoa bada. 3. irudia. Bigarren ariketako zirkuitu diododuna. Datuak: Zener diodoaren haustura-tentsioa V Z = 4 V da. Gainerako ezaugarriei dagokienez, diodoak idealtzat jo daitezke irudiko muntaketan, ezaugarri hauek lortu nahi ditugu, besteak beste: tentsio-irabazi osoa, moduluan, 152; irteerako eta sarrerako seinaleen arteko desfasea, 180 ; eta sarrerako inpedantzia, 580 Ω. Dakigunez, erabilitako BJTaren beta honako hau da: 100. Eta haren base-igorle tentsioa V BE = 0,6 V da, baldin eta transistorea aktiboan badago. Erantzun honako galdera hauei: a) Kalkulatu lan-puntua. b) Kalkulatu baseko tentsio-banatzailea osatzen duten erresistentzien balioak. c) Polarizazio-zirkuitua egonkorra al da? d) Marraztu kolektore-igorle tentsio osoa, v CE (t), v s (t) sarrerako seinalearen balio hauetarako: i. v s (t) = 15 mv P sin(wt) ii. v s (t) = 45 mv P sin(wt) iii. v s (t) = 60 mv P sin(wt) 18

26 4. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. 4. Badugu FET transistore bat, honako parametro karakteristiko hauek dituena: V T = -1V eta I DSS = 12 ma. a) Esan zer gailu mota izan daitekeen, eta marraztu (aukera guztietarako) I D -V GS transistore(ar)en asetasuneko ezaugarria (transferentziaren kurba) eta dago(z)kien zirkuitu-ikurrak. Sentsore batek ematen duen seinale ahul bat anplifikatzeko erabili nahi dugu gailua; sentsoreak irteerako (Thévenin) inpedantzia altua du (100 kω), eta, zirkuitu irekian, 10 mvp-eko anplitudea ematen du. Anplifikatu ondoren, 100 kω-eko Thevénin inpedantzia baliokidea duen karga batera eramango dugu seinalea. Zirkuitu anplifikatzailea 5. irudikoa da. Zirkuituko elikatze-tentsioaren eta erresistentzien balioak honako hauek dira: V DD = 33 V, R 1 =, R 2 = 1 MΩ, R 3 = 1 kω eta R 4 = 167 Ω. 19

27 5. irudia. Laugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Transistorea JFET bat dela onartuz, analizatu honako kontu hauek: b) Lan-puntua. c) Tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Iturri komuneko zirkuituen tentsio-irabazia transkonduktantziarekiko proportzionala da, eta, beraz, baita polarizazio-puntuaren araberakoa ere. d) Azaldu nola aldatuko den polarizazio-puntua, R 1 inpedantzia altua baina finitua bada. Horretarako, lagungarria izan daiteke I D -V GS transferentzia-kurba karakteristikoa erabiltzea. Zenbatekoa da R 1 minimoa, JFETa egokiro polarizatzeko? Balio horretarako, kalkulatu tentsio-irabazia, eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. 20

28 2012/ ko uztaila 1. Kalkulatu 1. irudiko zirkuituaren transferentzia-kurba. Halaber, marraztu nolakoa izango den v out irteerako seinalearen forma baldin eta sarrerako seinalea honako hau bada: v in = 20 V sin(wt). Datuak: Zener diodoaren haustura-tentsioa: V Z = 4 V. Gainerako ezaugarriei dagokienez, diodak idealtzat jo daitezke. 1. irudia. Lehenengo ariketako zirkuitu diododuna. 2. Beheko irudian, korronte-ispilu baten eskema agertzen da. Laborategian egin dugu muntaketa, txip berean integraturiko bi transistore berdin-berdin erabiliz, eta zenbait datu neurtu ditugu: V BE1 = V BE2 = 0,603 V V CE2 = 5,05 V I B1 = I B2 = 10,5 ma 21

29 V CC = 15 V I 1 V CC = 15 V I LOAD R=6k8 R LOAD I C1 Q1 Q2 I B1 I B2 2. irudia. Korronte-ispilua erabiliz muntaturiko korronte-iturria. Gainera, beste bi datu hauek ere badakizkigu: I C0 = 0,2 pa eta V T = 25 mv. a) Zenbatekoa da I 1? Eta I C1? b) Zer eskualdetan ari dira lan egiten transistoreak? Zenbatekoa da haien β? c) Zenbatekoa da, gutxi gorabehera, I LOAD? Eta R LOAD? Zenbatekoa da R LOAD erresistentziaren balio maximoa, I LOAD ~I 1 bete behar bada? d) Zenbatekoa da transistoreen asetasun-korrontea (I S )? e) Azaldu zer gertatuko litzatekeen berdin-berdinak ez diren (edo tenperatura ezberdinean dauden) bi transistore erabiliz gero. 3. Badakizkigu irudiko zirkuituan erabili den BJTaren igorle komuneko egiturako h parametroak, espero diren korronte eta tentsioetarako eta erabiliko den alternoko maiztasunean (onartuko dugu lan-maiztasuna baxua izango dela): h ie = 1 k Ω h fe = 250 h re ~ 0 h oe ~ 0 Ω- 1 Gainera, haren eroapeneko tentsioa ere badakigu: V BE = 0,6 V. 22

30 3. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Erantzun honako galdera hauei: a) Marraztu seinale txikiko zirkuitua. b) Frogatu zirkuituaren sarrerako inpedantzia honako hau dela: v v Z = = = R R h + h + R R ( // ) // ( 1 ) ( // ) in in in B1 B2 ie fe E LOAD iin i S c) Frogatu zirkuituaren irteerako inpedantzia honako hau dela: Z ( // // ) h + R R R ie B1 B2 S out = RE // hfe + 1 d) Frogatu zirkuitu honetako tentsio-irabazia honela kalkula daitekeela: A A v out in vs = = Avi vs Zin + RS v Z ( hfe + 1 ) ( RE // RLoad ) ( + 1 ) ( // ) + out vi = = vin hfe RE RLoad hie e) Frogatu karga-zuzen dinamikoaren malda (i c -v CE planoan) m KZD ~ -1/R E dela (gutxi gorabehera). Orain, V CC = 15 V eta R B1 = 50 kω fin k a t u k o d it u gu. f) Kalkulatu polarizazioa eta kokatu (marraztuz) Q puntua karga-zuzen estatikoan, hiru R B2 hauetarako: 0, 10 kω y 75 kω. Analizatu lortutako emaitzak. 23

31 g) R B2 horietarako, kalkulatu A v, Z in Z out eta tarte dinamikoa, eta marraztu karga-zuzen dinamikoak. I C (ma) V CE (V) Langunea Z in ( k ) Z out ( ) A vs Tarte dinamikoa R B2 = 0 R B2 = 10 k Ω R B2 = 75 k Ω h) Hiru R B2 horietarako emaitzak ikusita, zein R B2 erabiliko zenuke? irudiko zirkuituan erabili den FETaren parametro nagusiak honako hauek dira: V T = 4 V I DSS = 16mA a) Zer FET mota da? Marraztu haren asetasuneko ezaugarri-kurba eta adierazi, bertan, I DSS eta V T. b) Identifikatu iturria eta draina, eta kalkulatu polarizazio-puntua. Seinale txikiko zirkuituari dagokionez: c) Identifikatu egitura. b) Kalkulatu tentsio-irabazia, eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. e) Zirkuitu honetan, erabil al daiteke V T eta I DSS berberak dituen n pasabideko JFET bat? 24

32 4.irudia. Laugarren ariketako anplifikadorea. Datuak: R 1 = 1,7 MΩ, R 2 = 1,6 MΩ, R 3 = 2 k Ω, R 4 = 1 kω, R source = 25 kω R LOAD = 2 k Ω 25

33 2013ko maiatza 1. Juntura latz laua duen siliziozko (n i =10 10 cm -3 ) diodo bati buruz, ezaugarri hauek dakizkigu: N D = cm -3 ø T = 0,921 A = 1 mm 2 (V T = 25mV Si = 1,044 pf/cm) a) Kalkulatu anodoko dopaketa. b) Kalkulatu orekako eskualde hustuaren zabalera eta junturako kapazitatea. c) Kalkulatu orekako eremu elektrikoaren balio maximoa. Diodoaren serieko erresistentzia ez da aintzat hartzeko modukoa, eta, hortaz, diodoaren portaerak perfektuki jarraitzen dio beheko irudiko Shockleyren ekuazioari. 1. irudia. Lehenengo ariketako diodoaren I V kurba. d) Kalkulatu diodoaren asetasun-korrontea. e) Diodoa beheko zirkuituan erabiltzen badugu, V DC = 2 V aplikatuz gero, zenbateko korrontea izango dugu? Zenbatekoa izango da diodoan agertuko den tentsioa? Eta V DC = 10 V aplikatzen badugu? 26

34 2. irudia. Lehenengo ariketako zirkuitua. f) Zure ustez, beheko modeloak ikusita, zein da egokiena diodoaren funtzionamendua modelatzeko? I D I D I D V γ = 0 R f = 0 V D V γ = 0,5 V R f = 0 V D V γ = 0,4 V R f = 1 kω V D A) B) C) 3. irudia. Ebaluatu nahi ditugun hurbilketak. 2. Beheko irudiko zirkuituan erabili den BJT transistorearen V BE = 0,7 V eta haren igorle komuneko korronte-irabazia β= 100. Zirkuituari dagokionez, I C = 0,118 ma, Z out = 39 kω eta Z in = 26,09 kω izatea nahi dugu. 4. irudia. Bigarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. 27

35 Erantzun honako galdera hauei: a) Kalkulatu R C kolektoreko erresistentzia eta baseko tentsio-banatzailea osatzen duten R B1 eta R B2 erresistentziak. b) Lan-puntua egonkorra al da? Arrazoitu erantzuna. c) Kalkulatu tentsio-irabazia eta korronte-irabazia. Magnitude hauek beta parametroaren araberakoak al dira? d) Marraztu, grafiko bakarra erabiliz, v s (sarrerako seinalea) eta v ce (kolektore-igorle tentsioaren osagai alternoa) bi kasu hauetan: d1) v s (t) = 300 mv sin(wt) d2) v s (t) = 1 V sin(wt) Arrazoitu lortutako emaitzak. Demagun, orain, igorleko erresistentzia osoa (R E = R E1 +R E2 ) deskoplatzen dugula. e) Nola aldatuko da Q puntua? Egonkorra izaten jarraituko al du? f) Zer gertatuko da A v tentsio-irabaziarekin? Eta tarte dinamikoarekin? 3. Beheko irudiko anplifikadorea analizatu nahi dugu. 6. irudian agertzen da anplifikadorean erabilitako gailuaren irteerako ezaugarria. 5. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Datuak: V 1 = 2 V V 2 = -2 V R 1 = 1 kω R 2 = 100 Ω R 3 = 1k5 R L = 100 Ω 28

36 a) Esan zer gailu mota den eta identifikatu haren terminalak zirkuituan. b) Lortu, arrazoituz, transistorearen parametro karakteristikoak: V T eta I DSS.. c) Lortu eta marraztu karga-zuzen estatikoa (6. irudian bertan). d) Kalkulatu lan-puntua. e) Marraztu seinale txikiko zirkuitua. f) Kalkulatu tentsio-irabazia. g) Kalkulatu sarrerako eta irteerako inpedantziak. I D (ma) V GS = 0 V 12 8 V GS = -0,5 V 4 V GS = -1 V V DS (V) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3, irudia. Hirugarren ariketan erabiltzen den FETaren irteerako ezaugarria. 29

37 2011/ ko uztaila 1. Siliziozko diodo baten ezaugarri nagusiak honako hauek dira: Sekzioa: A = 0,01 cm 2 Anodoko dopaketa: N A = cm -3 Katodoko dopaketa: N D = cm -3 Beste datu batzuk: V T = 25 mv q = 1, C, rsi = 11,8 0 = 8, F/cm n isi = cm -3 a) Kalkulatu juntura horretako potentzial termodinamikoa, eta, orekan, hustutako eskualdearen zabalera eta junturako kapazitatea. Diodo hori erabiliz, 1. irudiko zirkuitua muntatu dugu. 1. irudia. Lehenengo ariketako b) eta c) ataletako zirkuitua. b) Diodoaren asetasun-korrontea I sat = 10 pa bada, kalkulatu zehatz-mehatz 1. irudiko zirkuituko diodoan agertuko diren korronteak eta tentsioak sarrerako bi tentsio hauetarako: V = 5 V eta V = -4 V. Zenbat da, gutxi gorabehera, diodoaren atariko tentsioa 5 ma inguruko korronteetarako? c) Sarrerako tentsioa -4 V denean, zenbat da junt u ra n a ge rtze n d e n p o t e n t zia l elektrikoa? Eta l, eskualde dipolarraren oraingo zabalera? Eskualde dipolarra oso asimetrikoa da. Zergatik? Batez ere, norantz hedatuko da? Diodo hori erabiliz, orain, 2. irudiko zirkuitua muntatu da. 30

38 d) Diodoaren atariko tentsioa arbuiatuz, lortu 2. irudiko zirkuituari dagokion transferentzia-kurba. 2. irudia. Aurreko diodoa erabiliz muntatu den zirkuitua irudiko transistore bipolarrari dagokionez, V BE = 0,5 V eta β= 180. a) Kalkulatu transistorearen polarizazio-puntua. b) Transistorea edo tenperatura aldatzen direnean, lan-puntu hori asko aldatuko da ala egonkortzat jo daiteke? Zergatik? c) Kalkulatu zirkuituko tentsio-irabazia, eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. d) Marraztu nolakoa izango den irteerako seinalearen forma baldin eta sarreran aplikatzen dugun seinalea v in = 20 mv sin (wt ) b a d a (f = 200 Hz). R B2 aldatuz gero, transistorearen lan-puntua karga-zuzen estatikoan zehar mugitu eta, orobat, guztiz aldatuko dugu seinale txikiko erantzuna. e) Nola aldatzen da irabazia R B2 aldatzen dugunean? Tentsio-irabazia bikoiztu nahi badugu, zenbat izan behar du R B2 erresistentziak? Nolako eragina izango du aldaketa horrek tarte dinamikoan? Eta nola aldatuko lirateke sarrerako eta irteerako inpedantziak? [Atal honetan, onartu egonkortasunerako baldintza betetzen dela] f) Tarte dinamiko simetrikoa lortu nahi badugu, zenbat izan behar du R B2 erresistentziak? 31

39 3. irudia. Bigarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea irudiko zirkuitua muntatu nahi dugu, MOS transistoreak erabiliz. Transistoreen ezaugarri-kurbak 5.a. eta 5.b. irudietan agertzen dira. 4. irudia. CMOS teknologia erabiliz eraikitako inbertitzaile digitala. 32

40 V GS = 5V V GS = -5V V GS = 4V V GS = - 4V V GS = 3V V GS = - 3V V GS 2,5V V GS -2,5V 5. irudia. M1 (ezker.) eta M2 (eskuin.) transistoreen ezaugarri-kurbak. a) Esan zer transistore mota diren M1 eta M2, identifikatu haien terminalak eta lortu (grafikoetatik) haien parametro bereizgarriak. b) Marraztu M1 eta M2 transistoreen I D -V GS asetasuneko transferentzia-ezaugarriak. c) M1 transistoreari dagokionez, zenbat da haren pasabidearen erresistentzia V GS = 0 denean? Eta, V GS = 5 V kasuan, M1-ek eskualde ohmikoan (hau da, V DS oso txikiekin) lan egiten badu? 4. irudiko zirkuitua inbertitzaile digital bat da. Aplikazio honetan, transistoreek etenduran ala eskualde linealean (hau da, ohmikoan) lan egingo dute (OFF ala ON, hurrenez hurren). d) Aurreko ataleko emaitzak kontuan hartuz, esan (6. irudiko zirkuituetako) zein dagokien sarrerako seinalearen honako balio hauei: v in = 0 V, v in = 2,5 V eta v in = 5V. Kasu bakoitzerako, zenbat izango da v out? V in V GS1 M1-en Egoera V GS2 M2-ren Zirkuitua Egoera 0 a/b/c 2,5 a/b/c 5 a/b/c v out 33

41 a) b) c) 6. irudia. d) ataleko seinaleei dagozkien zirkuitu baliokideak. e) Nolakoa izango da, gutxi gorabehera, zirkuituaren transferentzia-kurba (v out -v in )? Azaldu zein den, zure ustez, zirkuituaren funtzioa. a) b) c) 7. irudia. Zirkuituaren transferentzia-kurba posibleak. 34

42 2012ko maiatza 1. Juntura latz laua duen diodo bat karakterizatzeko, honako zirkuitu hau muntatu dugu: 1. irudia. Lehenengo ariketako diodoaren I V kurba neurtzeko zirkuitua. Zirkuitu hori erabiliz, honako neurketa hauek hartu dira: V (V) V R (V) a) Marraztu diodoaren I-V kurba, adierazi baliorik esanguratsuenak eta erantzun galdera hauei: zer diodo mota dugu? Zenbat da haren atariko tentsioa, baldin eta korrontea miliampere batzuen ingurukoa bada? Parametro horietaz gainera, zer balio interesgarri ateratzen d(it)uzu diodoari buruz? 35

43 I D (ma) 10 ma -10 V V D (V) Diodo hori erabiliz, zirkuitu hau muntatu dugu: 2. irudia. Diodoaren aplikazio-zirkuitua. b) Lortu eta marraztu zirkuituaren transferentziaren funtzioa. Horretarako, onartu diodoen atariko tentsioa V = 0,5 V dela, eta V Z = 5V. Zertarako balio du zirkuitu horrek? Orobat, badakigu diodoak 0,1 cm 2 -ko sekzioa duela, eta, -1 V-eko tentsioa (inbertsoa) aplikatzen dugunean, junturan agertzen den potentzial elektrikoak honako bilakaera hau du espazioan: 36

44 φ (V) 1,95 V x (µm) -0,15 µm 3. irudia. Junturan agertzen den potentziala V pn = -1 V polarizazioa aplikatzen denean (juntura metalurgikoa x=0 planoan dago; eskualde dipolarrak eskuineko eskualde neutrorantz duen zabalera ez da aintzat hartzeko modukoa). Erantzun galdera hauei: c) Zenbat da ø, eskualde neutroen arteko potentzial aldea? Eta ø T potentzial termodinamikoa? d) Aplikatzen ari garen polarizazio-tentsiorako, zenbat da l, hustutako eskualdearen zabalera? Eta junturako kapazitatea (C J )? e) Zenbat dira magnitude horiek oreka termodinamikoan (l 0 eta C J0 )? [Au rre k o a t a la a te ra e z b a d a, h u rre n go ra k o, h a rt u ø T = 0,9 V eta l 0 = 10-5 cm] f) N D >>N A onartuz, zenbat da anodoko dopaketa? Eta katodokoa? Datuak: n i =10 10 cm -3, V T = 25 mv, q = 1, C, rsi = 11,8; 0 = 8,85 pf/m irudiko zirkuituko transistore bipolarrari dagokionez, V BE = 0,7 V e t a β= 100. a) Kalkulatu transistorearen polarizazio-puntua. Transistorea edo tenperatura aldatzen badira, lan-puntua egonkorra izango al da? Zergatik? 37

45 b) Bigarren hurbilketan, zenbat da (zehatz-mehatz) V BE, baldin eta I E0 = 0,1 pa eta I C0 = 0,3 pa badira? c) Marraztu, 5.a irudian, karga-zuzen estatikoa, eta adierazi Q puntua bertan. d) Kalkulatu, R load erresistentziaren arabera, zirkuituaren tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. e) Zenbat da tentsio-irabazi maximoa dakarren R load erresistentzia? f) Marraztu, 5. irudian, R load = 100 MΩ erresistentzia erabiliz lortzen den karga-zuzen dinamikoa. Nolakoa da tarte dinamikoa? Marraztu, orobat, zer itxura izango duen irteerako seinaleak, sarrera v s = 20 m V sin (2wt) bada (f = 200 Hz). Eta, sarrerako anplitudea 30 mv bada? 3. irudia. Bigarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. 38

46 v out (V) ma 12 ma 5 10 ma 8 ma t(ms) 6 ma 4 ma 2 ma v CE V 5. irudia. a) Transistorearen ezaugarri-kurbak (karga-zuzenak gainean marrazteko). b) Irteerako seinalearen uhin-formak marrazteko ardatzak irudiko zirkuitua eta hango transistorearen asetasuneko transferentziaren kurba erabiliz (I D vs V GS, ikus 7. irudia), erantzun honako galdera hauei: a) Zer transistore mota dugu? Eman haren parametro karakteristikoak. b) Kalkulatu transistorearen polarizazio-puntua. c) Marraztu seinale txikiko zirkuitua, eta kalkulatu tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Orain, aldaketa nabarmena sartzeko transistorea aldatuko dugu: p pasabideko JFET bat erabiliko dugu, honako parametro hauek dituena: I DSS = 4 ma eta V T = 1 V. d) Zer aldaketa agertzen dira polarizazio-zirkuituan? Kalkulatu lan-puntua. e) Eta, seinale txikiko zirkuituari eta anplifikatzeari dagokienez, zer aldaketa nagusi daude? 39

47 6. irudia. Hirugarren ariketako anplifikadorea. 7. irudia. Lehenengo transistorearen asetasuneko transferentziaren kurba. 40

48 2010/ ko ekaina irudiak siliziozko pn junturako diodo baten I-V kurba ematen digu. 1. irudia. Lehenengo ariketako I-V kurba. a) Zenbat da diodo honen atariko tentsioa ma tartean? b) Zenbat da, gutxi gorabehera, haren asetasun-korrontea? Dakigunez, diodoaren sekzioa 0,1 cm 2 da, katodoko dopaketa N D = cm -3 eta potentzial termodinamikoa 0,806 V. c) Zenbat da anodoko dopaketa? d) Eta junturako orekako kapazitatea? Datuak: n i =10 10 cm -3, V T = 25 mv, q = 1, C, rsi = 11,8; 0 = 8,85 pf/m Diodo hori erabiliz, 2. irudiko zirkuitua muntatu dugu. 41

49 2. irudia. Diodoaren aplikazio-zirkuitua. e) Zer zirkuitu mota da? Irudikatu, diodoaren atariko tentsioa kontuan hartuz, zirkuitu horren transferentziaren kurba. f) Marraztu nolakoa izango den irteerako seinalea baldin eta sarreran v in = 15 V sin(wt) aplikatzen bada. Orain, kondentsadore bat (nahiko kapazitate handia duena, RC>>T lortzeko modukoa), erresistentzia batzuk eta 10 V-eko zener bat gehituko ditugu. g) Zenbat izango da irteerako seinalearen osagai zuzena (hots, jarraitua)? Nolakoa izango litzateke, idealki, irteerako osagai alternoa? h) 99 R balioko erresistentzia kargatzat hartzen badugu, zer funtzio du zirkuitu honek? 3. irudia. Diodoaren aplikazio-zirkuitua (bigarren atala). 42

50 3. 4. irudiko zirkuituan erabiltzen den transistore bipolarrari dagokionez, V BE = 0,6 V eta β = 150 dira. Eremu-efektukoaren ezaugarri nagusiak, berriz, honako hauek dira: V T = 4 V eta I DSS = 8 ma. a) Kalkulatu bi transistoreen polarizazio-puntuak. Draineko korronteari dagokionez, FETaren ezaugarrien araberakoa al da? Zerk finkatzen du? b) Kalkulatu zirkuitu honetako tentsio-irabazia. Erabiltzen den sorgailuaren barneko inpedantziak ba al du eraginik? ARRAZOITU ERANTZUN GUZTIAK. 4. irudia. Bigarren ariketako zirkuitua irudiko zirkuituan erabili den transistorearen sarrerako eta irteerako ezaugarrikurbak (I B vs V BE eta I C vs V CE ) 6. irudikoak dira. Erantzun honako galdera hauei: a) Zenbat da transistorearen β? Transistorea ideala izango ez balitz, zer aldaketa ikusiko genituzke kurbetan? b) Kalkulatu, R C -ren arabera, polarizazio-korronte eta tentsioak. Orobat, kalkulatu zein den R C posibleen tartea transistorea aktiboan egoteko. Irudikatu R C 43

51 erresistentziaren muturreko balioetarako karga-zuzen estatikoak, eta adierazi Q lan-puntuak. c) Marraztu seinale txikiko zirkuitua eta kalkulatu tentsio-irabazia. Zenbat da irabaziaren balio maximoa? Zer Rc-rekin lortzen da? d) Kalkulatu, R C -ren arabera, sarrerako eta irteerako inpedantziak. e) Marraztu nolakoa izango den irteerako tentsioa baldin eta R C = 2 kω eta v_source = 40 mv sin(wt) badira. 5. irudia. Zirkuitu anplifikatzailea. Datuak: V CC = 14 V, C i =, R B1 = 12 kω, R 2 = 4 kω R E = 2 kω, R LOAD = 1 kω I B I C 4 ma I B = 20 µa 20 µa 3 ma 2 ma I B = 15 µa I B = 10 µa 1 ma I B = 5 µa 0.5V V BE I B = 0 V CE 6. irudia. Transistorearen I-V kurbak. 44

52 2011ko maiatza 1. Kontaktu ohmikoak dituen diodo bati buruzko oinarrizko kontu batzuk analizatu nahi ditugu. Hona hemen haren ezaugarri batzuk: ANODOA: N A = cm -3 D n = 30 cm 2 /V s L n = 50 µm W a = 200 µm KATODOA: N D = cm 3 D p = 10 cm 2 /V s L p = 100 µm W k = 200 µm Haren sekzioa A = 0,125 cm 2 da, eta hona hemen beste datu orokor batzuk: n i = cm -3 ; rsi = 11.8; 0 = 8,85 pf/m, V T = 25 mv. Erantzun honako galdera hauei: a) Zenbat da pn juntura horretako potentzial termodinamikoa? b) Eta eskualde hustuaren orekako zabalera? I sat = 1 pa hartuz, kalkulatu zenbateko tentsioa aplikatu behar den beheko taulako korronteak lortzeko, eta marraztu diodoaren I-V kurba emandako eskalan. Balioetsi zenbat den diodo honen atariko tentsioa ma inguruko korronteekin lan egin behar badugu. I D V D 1 na 1 ua 1 ma 5 ma 10 ma 1 A 45

53 2. Kalkulatu eta marraztu beheko zirkuituaren transferentziaren funtzioa -20 V, 20 V tartean. Horretarako, jo diodoak idealak direla eta hartu Zenerraren hausturako tentsioa V Z = 10 V dela. Marraztu nolakoa izango den irteerako seinalearen forma baldin eta sarrerako tentsioa 20 V sin(wt) bada. 1. Irudia. Zirkuitua erabiliz tentsio-iturri txiki bat egiteko, laborategiko bigarren praktikan egin zenaren antzera, nahikoa izango litzateke kondentsadore bat gehitzea. Non jarri beharko genuke? Zenbat izango litzateke irteerako tentsioaren balioa? 3. Beheko zirkuitu anplifikatzaileari buruzko kontu batzuk aztertu nahi ditugu. Hari buruz, intereseko datu hauek dakizkigu: Tentsio-irabazia: A v =50 Karga-zuzen estatikoa eta dinamikoa 3. irudikoak dira. Distortsioa simetrikoki agertzen da etenduran eta asetasunean. Zirkuitu-osagai batzuen balioak honako hauek dira: Vcc = 24V R L = 1 kω R B1 //R B2 = 7,5 kω V BE = 0,6V h fe = 150 h ie =1,5 kω a) Zer anplifikatze-egitura da? Zertarako jarri da kondentsadore bat R E erresistentziarekin paraleloan? b) Zenbat da polarizazioko V CE tentsioa? Irteerako seinaleak bere balio maximoa distortsiorik gabe hartzeko, zenbat izan behar du v s sarrerak? c) Tentsio-irabazia A v = 50 izateko, zenbat izan behar du R C -k? 46

54 d) Kalkulatu sarrerako eta irteerako inpedantziak. e) Sarrerako sorgailuak R S = 1,25 kω-eko irteerako inpedantzia izango balu, tentsio-irabazi bera lortuko litzateke? Arrazoitu erantzuna. f) Zenbat da I C kolektoreko korrontea? g) Kalkulatu R E, R B1 eta R B2 erresistentziak. h) β-ren aldaketen aurrean polarizazio-puntua egonkor mantentzeari dagokionez, zirkuitu honek bermatzen al du egonkortasuna? 2. irudia i C 12 v CE (V) 3. irudia 47

55 4. Beheko irudiko zirkuituari dagokionez: a) Zer FET mota dugu? Identifikatu A, B, C eta D puntuak dagozkien terminalekin (iturria, draina, atea eta oinarria). Normalean, zeinekin konektatzen dugu oinarria? b) Marraztu FETaren asetasuneko I D -V GS ezaugarria eta adierazi puntu esanguratsuak. Gailu hau gauza al da V GS positibo zein negatiboekin lan egiteko? Arrazoitu erantzuna. c) Ariketan erabiltzen den zirkuitura itzuliko gara, eta onartuko dugu oinarria eta iturria konektatu direla. Zirkuitutik I DSS asetasuneko korrontea lortzeko, zenbat da ateko terminalean aplikatu behar dugun tentsioa? Zenbat da egoera horri dagokion V BB tentsioa? FETa asetasunean egoteko, zein dira R 1 erresistentziaren muturreko balioak? d) Zirkuitu honekin, V BB doituz, draineko korrontea nulua egin liteke? Arrazoitu erantzuna. e) Orain, draineko erresistentzia 0,1 kω bada, kalkulatu zein izango den draineko korrontearen balio (absolutu) minimoa asetasunean lan egiten f) badugu. Zirkuitu honekin, I DSS baino handiagoak diren korronteak lor daitezke? Nola? 4. irudia. Datuak: I DSS = 5 ma V T = 2V V Z = 10V 48

56 49

57 SOLUZIOAK 50

58 51

59 2015eko ekaina ZIRKUITU DIODODUNA 1. Kalkulatu eta marraztu 1. irudiko zirkuituaren transferentzia-kurba, eta marraztu, grafiko berean, nolakoak izango diren v in sarrerako seinalearen eta v out irteerako seinalearen formak baldin eta sarrera seinale hiruki alterno purua bada, eta haren anplitudea V p = 10 V bada. Grafikoan, adierazi balio esanguratsuenak. Datuak: Zener diodoaren haustura-tentsioa, balio absolutuan: V Z = 4 V. Gainerako ezaugarriei dagokienez, bi diodoak idealtzat jo daitezke. 3. irudia. Lehenengo ariketako zirkuitu diododuna. a) Demagun D1 diodoa OFF dagoela (vin oso negatiboetatik V 1 bateraino gertatuko da hori; atal honetan bilatuko ditugu kasu horretarako vout eta vin tentsioen arteko erlazioa eta V 1 tentsio ezezagun hori). Kasu horretan, honela geratzen da zirkuitua: 52

60 Begi-bistakoa denez, D2 zenerra ON egongo da, eta irteerako tentsioa ez da vin sarrerako tentsioaren funtzioa izango. Honela geratzen zaigu zirkuitua: Begi-bistakoa denez, ID2=10/5R =2/R, eta vout = -2V. Noiz betetzen da D1, OFF dagoela? V D1 < 0V. V D1 = v in -v out = v in +2V; beraz, V D1 negatiboa izateko, v in < -2V. Hau da, v in < -2V denean, D1 OFF dago, D2 ON eta v out =-2V. b) Eta, beraz, aurrekotik abiatuz, v in > -2V denean, D1 ON egongo da. Vin tentsioaren arabera, D2 zenerra egoera ezberdinetan egongo da. Vin baxua denean, D2 ON egon daiteke (hala dago a) kasuan, eta, beraz, seguru asko, horrela egongo da vin=-1,99 denean). Tentsio ertainekin, OFF; eta oso altuekin, hausturan. b1) D2 ON 53

61 I D2 = -v out /R I 4R-goitikbehera = (v out +10)/4R I D1 =(v out + 10)/4R+v out /R = (5 v out +10)/4R v in =v out +I D1 R=v out + (v out +10)/4 + v out v out = (4 v in -10)/9 I D1 = (5 vout+10)/4r = (5 (4 vin-10)/9+10)/4r = ((20 vin-50)+90)/36r = (5 vin+10)/9r I D2 = - v out /R = -(4 vin-10)/10 I D1 > 0 izateko, 5 v in + 10 > 0 v in > -2 I D2 > 0 izateko, 4 v in 10 < 0 v in < 2,5 b2)d2 OFF I D1 = (v in +10)/5R v out = -10+4R I D1 = (v in +10)/5 = 4 v in /5-2 = (4 v in -10)/5 v D2 = -v out = (10-4 v in )/5 Noiz? Zer bete behar da? I D1 > 0 vin>-2,5 V Eta -4 < v D1 < 0-4 < (10-4 v in )/5 < 0 2,5 < v in < 7,5 Aurreko hiru baldintzak uztartuz 2,5 < v in < 7,5 b3) D2-hausturan 54

62 I = (v out -4)/R I 4R-goitikbehera = (v out +10)/4R I D1 = I + I 4R-goitikbehera = (v out -4)/R + (v out +10)/4R = (5 v out -6)/4R v in = v out + I D1 R = v out + (5 v out -6)/4 = (9 v out -6)/4 v out = (4 v in +6)/5 Noiz? Zer bete behar da? I D1 > 0 (5 v out -6)/4R > 0 5 v out -6 > 0 v out > 6/5; v in >(9 6/5-6)/4=6/20 I > 0 (I DZ < 0) -v out >4 v in < (9 4-6)/4 = 7,5 Hau da, v in > 7,5 denean Laburbilduz: NOIZ D1 D2 vout - <vi<-2 OFF ON -2-2<vi<2,5 ON ON (4 v in -10)/9 2,5<vi<7,5 ON OFF 4 v in /5-2 7,5<vi< ON HAUST (4 v in +6)/9 (-10,-2) (-2,-2) (2,5,0) (7,5,4) (12,6) 55

63 56

64 BASE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 2. Beheko irudiko transistoreari buruz, bi datu dakizkigu: haren base-igorle junturako eroapeneko tentsioa 0,7 volt ingurukoa da, eta, igorle komuneko egituran, 100 da haren seinale handiko korronte-irabazia. 4. irudia. Bigarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Erantzun honako galdera hauei: a) Zer egitura ari gara erabiltzen 2. irudiko anplifikadorean? Base komuneko egitura bat da: seinalea igorletik sartu eta kolektoretik irteten da. [Sarrerako inpedantzia baxua eta tentsio-irabazi positibo altua lortuko dira (korronte-irabazi txikia eta irteerako inpedantzia altua (normala)] b) Marraztu polarizazio-zirkuitua eta karga-zuzen estatikoa, eta kalkulatu transistorearen lan-puntua. 57

65 12V = V RE +V BE +V RB +V RC = I C (β+1)/β R E + V BE + I C / β R B + I C ( β+1)/ β R C I C = [12- V BE ]/[( β +1)/ β (R C + R E )+ R B / β = 2,804 ma I B = I C / β = 28,04 ua; I E = -I C ( β+1)/ β = - 2,832 ma V E = 2,832 V; V B = 3,532 V; V C = 6,336 V; V CE = V BE + V RB =3,504 V KZE: 12V = V RE + V CE +V RC = I C ( β+1)/ β R E + V CE + I C ( β+1)/ β R C I C = [12- V CE ]/[( β+1)/β (R C + R E )] I C = [12- V CE ] / 3,03 k ~ [12- V CE ] / 3 k I C (ma) 4 ma 2,8mA Q 3,5 V c) Zirkuitu hau egonkorra al da β-ren aldaketen aurrean? 12 V V CE (V) I C ~ [12- V BE ]/[(R C + R E )+ R B / β = 2,804 ma R B / β = 1 kω eta R C + R E = 3kΩ Bi osagaiak adieragarriak dira, eta, beraz, I C askotxo alda daiteke, beta aldatzen bada. β (RC+R [ E )/R B = 3] Adibidez, β = 50 I C = 2,24 ma, eta V CE = 2,94 V 58

66 β = 200 I C = 3,2 ma eta V CE = 3,9 V Beraz, ez da oso egonkorra, baina ez da asko aldatzen; ez da proportzionala, ez eta gutxiago ere. Eskema nahiko egonkorra da; mugan dago. d) Transistorearen oinarrizko asetasun-korronteak I ES = 1 fa eta I CS = 5 fa badira, zenbat da, zehatz-mehatz, V BE? [Gogoratu: 1 fa =10-15 A] Aktiboan gaudenez: V BC < 0 denez, I R =-I CS ; V BE > 0 denez, I F = I ES (exp(v BE /V T )-1 ~ (V BE >>V T ) ~ I ES exp(v BE /V T ): I E = -I F +α R I R = - I ES exp(v BE /V T ) - α R I CS V BE = 25mV Ln[-I E /I ES ] = 716,8 mv [I C = α F I F - I R ] V BE = 716,8 mv erabiliz I C = [12- V BE ]/[( β +1)/ β (R C + R E )+ R B / β = 2,7998 ma I E =-2,8278 ma V BE =716,76 mv I C = 2,8 ma; I B = 28 ua ; I E = - 2,828 ma V E =2,828V; V B =3,545; V C =6,345V; V CE =2,8+0,717=3,517 V e) Zenbatekoa da, funtzio-sorgailuaren barneko erresistentzia aintzat hartu gabe, zirkuitu honetako tentsio-irabazia? Non g m = I C /V T = 112 ma/v r be =V T /I B =892Ω v out =-i c (R B // R C // R Load ) i c = g m v be = g m (-v in ) v out /v in = A vi = g m (R B // R C // R Load ) = 112 ma/v (1k//2k//100k) = 112mA/V 662Ω v out /v in = A vi =74,17 f) Kalkulatu sarrerako eta irteerako inpedantziak. Z in = v in /i in 59

67 I in = v in /1k + v in /r be + (-g m (-v in )) Z in = 1k//r be //g m -1 = 1k//[r be /( β+1)] = 8,77Ω Z out = R C //R B = 1k996 ~ 2 kω (kitzikapena itzaliz, v be = 0 da) g) Zer efektu du R S erresistentziak tentsio-irabazian? Sarrerako inpedantzia oso baxua denez, R S -k oso eragin handia izango du: A vs = v out /v s = v out /v in ) (v in /v s ) = A vi Z in /(Z in +R S ) = 74,17 8,77/(8,77+50) = 11,07 h) Kalkulatu tarte dinamikoa eta marraztu nolakoa izango den irteerako seinalearen forma kitzikapenak bi balio hauek hartzen dituenean: a) v s (t)=10 mv sin(wt) eta b) v s (t) = 500 mv sin(wt). Zer lan-eskualdek mugatzen du irteerako tarte dinamikoa? Zuzenean egin daiteke, v CB > 0 eta i C > 0 baldintzekin, v CB = V CB + v cb (t) = 2,8 V + v cb (t) = ASE v cb (t) = v out (t) v CB = 2,8 V + v out (t) = 2,8 V + 11,07 v s (t) (v CB >0 bada) v CB = 0 ase v out_ase = -2,8 V; v sase = -253 mv ASETASUNA i C = I C + i c (t) = 2,8 ma - v out (t)/(r C //R Load //R B ) = i C = 2,8 ma - v out (t )/ 662 Ω i C = 2,8 m A + (11,07/ 662 ) v s (t) (i C >0 bada) ETEN HAU DA MUGATZAILEA, i C = 0 eten v out_eten =1,85 V; v eten = 167 mv ETENDURA 60

68 Lehenengo kasuan, v out (t) = 11,07 10 mv sin(wt) = 110,7mV sin((wt), distortsiorik gabe. ETEN ASE Bigarren kasuan, v out (t) = 11, mv sin(wt) = 5,53V sin((wt), distortsionatzen da. Edo, guretzat ohikoagoa den prozeduraz, i C -v CE erlaziora joz: Karga-zuzen dinamikoaren malda: v ce = v c -v e = -i c (R C //R Load //R B )-(-i b ) r be = -i c (662Ω) (-i c /β) 892Ω v ce = -i c (662Ω 892Ω/ β i c /v ce =-1/(653,1Ω) m KZD = -1/(653,1Ω): v ce ac eten = I C / m KZD = 1,83 V v CEeten =3,5+1,83=5,53 V 61

69 i c ac ase = (V CE -v CEsat ) m KZD = (3,5-v CEsat )/653,1 Ω= v CEsat =0 hartuz, i c = 5,36 ma; v CEsat =0,2 hartuz, 5,05 ma; v CEsat =0,7 hartuz, 4,3 ma; v CEsat =0 hartuz, i c = 8,16 ma; v CEsat =0,2 hartuz, 7,85 ma; v CEsat =0,7 hartuz, 7,13 ma; Edozein kasutan, etendurak mugatzen du tarte dinamikoa. Gehienez, v ce -ren ibilbidea +/-1,83V izango da; v out tentsioarena, 2, /- 1,85 V. I C (ma) 4 ma 2,8 ma KZD, m KZD =1/(653Ω) Q Q KZE, m KZE =1/(3kΩ) 3,5 5,53 12 V V CE (V) 62

70 ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 3. Hirugarren irudiko zirkuituan agertzen den FETak honako parametro hauek ditu: V T = 4 V I DSS = 16 ma 3. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Badakizkigu, gainera, erresistentzia hauen balioak: R 1 = 1,7 M Ω R 2 = 1,6 M Ω R 3 = 2 k Ω R 4 = 1 k Ω R source = 25 k Ω R LOAD = 2 k Ω Erantzun honako galdera hauei: a) Zer FET mota dugu? Marraztu haren asetasuneko transferentzia-kurba, I DSS eta V T agerian utzita. p pasabideko urritze (edo hustuketazko) MOSFETa da: V T = 4 V eta I DSS = -16 ma I D I D V T = 4 V V GS I DSS = -16 ma b) Identifikatu iturria eta draina, eta kalkulatu polarizazio-puntua. 63

71 I G = 0 denez, V G = 33/(1M6+1M7) 1M6 = 16 V V S = 33V I R 3 = 33V I 2k V GS = 16-(33- I 2k) = I 2k-17 Asetasunean gaudela onartuko dugu (gero egiaztatuko dugu). I D = I DSS (1-V GS /V T ) 2 = -16 ma (1-V GS /4) 2 I = -I D I = 16 ma (1-V GS /4) 2 = 16 ma (1-(I 2k-17)/4) 2 I = 9 ma; I D = -9mA eta V GS = 1 V (hau da egokia) I = 12,25 ma; I D = -12,25 ma eta V GS = 7,5 V (honek ez digu balio) V GS = -I D 2k -17 I D V T = 4 V V GS V GS I DSS = -16 ma V S = V G -V GS = 16-1 = 15 V V D = I R 4 = 9 V; V GD = 7 V > 4 = V T OK, asetasunean gaude [baita ere, honela: V DS = -6 V < -3 V = V GS - V T ] 64

72 Seinale txikiko zirkuituari dagokionez: c) Esan zer anplifikatze-egitura dugun. Drain komuneko egitura bat dugu: tentsio-irabazia < 1 eta irteerako inpedantzia baxua (sarrerako inpedantzia altua, korronte-irabazi altua). d) Kalkulatu tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Z in = R 1 //R 2 = 1M6//1M7 = 824 kω v g = v sorgailu Z in /(Z in +R Source ) = 0,97 v sorgailu v out = g m v gs (R 3 //R Load ) = g m (v g -v out ) (R 3 //R Load ) v out (1+ g m (R 3 //R Load ) ) = g m (R 3 //R Load ) v g v out /v g = A vi = g m (R 3 //R Load )/[1+ g m (R 3 //R Load )]= 6mA/V 1k/(1+6mA/V 1k)=6/7=0,857 A vs = v out / v sorgailu = 0,831 65

73 Z out = V/I I = V/R 3 + (-g m v gs ) = V/R 3 + (-g m (-V) = V (1/R 3 + g m ) Z out = 1/(1/R 3 +g m ) = R 3 //g m -1 = 154Ω e) Zirkuitu bera erabil al genezake p pasabideko JFET bat polarizatzeko ( V T eta I DSS parametro berekin)? Kasu honetan, guztiz trukagarriak dira urritze MOSFETa eta JFETa: lan-puntua berdin-berdina izango bailitzateke, eta lortzen diren balioak bateragarrriak baitira p pasabideko JFET batekin (V GS = 1 V, V GD = 7 V). [MOSFETakV GS negatiboekin ere lan egin zezakeen; JFETak ez, junturak zuzenean ipiniko bailirateke, baina kasu honetan ez dago arazorik] 66

74 2015eko maiatza PN JUNTURA DIODOA 1. Juntura latz laua duen siliziozko diodo baten zenbait ezaugarri elektriko analizatu nahi ditugu. Badakizkigu zein diren haren parametro fisiko batzuk eta geometria. Datuak: n i = cm -3 N D = cm -3 N A = cm -3 A = 0,01 cm 2 V T = 25 mv q = 1, C rsi = 11,8 0 = 8,85 pf/m a) Kalkulatu potentzial termodinamikoa eta eskualde hustuaren orekako zabalera eta junturako kapazitatea. b) Esan zer magnitude irudikatu diren 1. Irudian, eta eman edo kalkulatu balio esanguratsuak: K 1, K 2, K 3 eta K 4. Κ 1 -x p x n x (µm) K 4 Κ 2 -x p x n x (µm) -x p x n x (µm) 1.irudia K 3 67

75 Ezkerrean, potentziala. K 1 = Φ T = 921 mv; x p ~ l 0 = 0,11µm Erdian, eremu elektrikoa. K 2 = ε max ; Φ T = ½ ε max l 0 K 2 = 167,4 kv/cm Eskuinean, karga elektrikoaren dentsitatea. - K 3 = -q N A = -q cm -3 = -0,016 C/cm 3 ; + K 4 = q N D = 1,6 C/cm 3 = 1,6 C cm -3 c) Dakigunez, diodoaren asetasun-korrontea I sat = 1 pa da. Marraztu diodoaren I-V ezaugarri-kurba eta balioetsi zenbatekoa den haren atariko tentsioa ma batzuen inguruko tartean. aplikatuz (serieko erresistentziarik ez dagoenez) VD(V) -2-1,5-1 -0,5 0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,55 0,6 D(mA) 1E-09 1E-09 1E-09 1E-09 0,98E-6,63E-4,89E-3 0,49 3,58 26,49 I D (ma) V D (V) V γ ~ 0,55V Orain, elikatze-iturri bat eta 3 kω-eko erresistentzia bat erabiliz, zirkuitu sinple bat eraikiko dugu (ikus 3. irudia): 68

76 3. irudia. d1) Kalkulatu, zehatz-mehatz, diodoa zeharkatzen duen korrontea eta haren terminalen artean erortzen den tentsioa, zirkuituan aplikatzen den V DC tentsioak hiru balio hauek hartzen baditu: V DC = 1V V DC = 10 V V DC = -5V V DC = 1V diodoa zuzenean egongo da, V D = 0,55 I D = 0,45/3=0,15 ma Iteratuz, V D = V T Ln[1+I D /I sat ] = 0,471 V I D = [1-V D ]/R = 0,176 ma V D = 0,4747 V V D = 0,4745 V I D = 0,175 ma V DC = 10 V diodoa zuzenean egongo da, V D = 0,55 I D = 9,45/3=3,15 ma Iteratuz, V D = V T Ln[1+I D /I sat ] = 0,547 V I D = [10-V D ]/R = 3,151 ma V D = 0,54677 V V D = 0,54677 V I D = 3,151 ma Bigarren kasu horretan, ez zen beharrezkoa asko iteratzea: aplikatzen den tentsioa atariko tentsioa baino askoz handiagoa denez, V R = 9,5-10V I D =3,17-3,33 ma. V DC = -5 V diodoa alderantziz polarizatzen da, OFF, I D ~ 0, aplikatzen den tentsioa diodoan erortzen da, V D = -5 V (eta erresistentzian V R ~ 0). Zehazkiago, I D = -I sat = -1 pa 69

77 d2) Esan zein den seinale handiko eredurik egokiena aurreko ataleko tentsioetarako. Diodoa ON dagoenean, atariko tentsioa kontuan hartuz (V= 0,55 V), nahiko emaitza zehatza lortzen dugu. Bigarren kasuan, eredu ideala erabiliz (V= 0 V hartuz), ez gara soluziotik asko desbideratuko. [Zehatzagoa izango litzateke, noski, I-V ezaugarrian agertzen den malda (berezkoa, ariketa honetan bezala, zein serieko erresistentziak eragindakoa) kontuan hartzen duen R F erresistentzia erabiltzea, baina, kasu honetan, argi dago efektu hori oso txikia dela eta ez duela merezi hura bilatzea] Diodoa OFF dagoenean, zirkuitu ireki bat da. [Zehatzagoa izango litzateke, noski, ihes-korrontea kontuan hartzen duen eredu bat, baina ariketa honetan ez digute halakorik esaten] 70

78 IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 2. Irudian agertzen den zirkuitu anplifikatzailearen zenbait kontu analizatu nahi ditugu; betiere, behe-maiztasuneko kitzikapenak aplikatuz. Transistoreari dagokionez, badakigu β = 200 eta V BE = 0,7 V direla (V CEsat = 0 V dela joko dugu). Gainera, badakigu erabilitako potentziometroaren balio maximoa: R B2 =10 kω. 4. irudia. V CC elikatze-tentsio ezezagun bat finkatu, eta potentziometroaren posizioa aldatuz joan gara (zerotik balio maximora), eta, ondorioz, Q puntuak beheko irudiko ibilbidea egin du: i C Q 4 (4V, 2mA) Q 5 (0V,3mA) Q 6 Q 3 (6V, 1,5 ma) Q 2 (8V, 1mA) Q 1 (12V,0) v CE 5. irudia. 71

79 i C i C Q 4 (4V, 2mA) Q 5 (0V,3mA) Q 6 ) Q 3 (6V, 1,5 ma) Q 2 (8V, 1mA) Q 1 (12V,0) v CE Erantzun honako galdera hauei: a) Zenbatekoa da V CC elikatze-tentsioa? Hasi baino lehen, polarizazio-zirkuitua marraztuko dugu. Horretarako, kondentsadoreak zirkuitu irekiak direla aplikatuko dugu, eta, basean, Thevenin baliokidea planteatuko dugu: V th = V CC /(R B1 +R B2 ) R B2 R th = R B1 //R B2 Grafikoan irudikatzen dena, nagusiki (Q 0 Q 5 tartean), karga-zuzen estatikoa da, aktiboan kalkulatzen dena, I C = β I B onartuz: V CC = I C R C +I C (β+1)/ β R E +V CE I C = [V CC -V CE ]/[R C +(β+1)/β R E ] 72

80 Bi puntu esanguratsuenak hauek dira: I C = 0 V CE = V CC identifikatuz V CC = 12 V V CE = 0 I C =V CC /[R C +(β+1)/β R E ] identifikatuz 3 ma =12V/[3k+201/200 R E ] R E =1k b) Zenbatekoa da R E erresistentzia? R E =1k c) Zergatik ez dago Q 6 karga-zuzen estatikoan, beste polarizazio-puntuekin lerrokatuta? Zein da zehatz-mehatz haren posizioa (I C, V CE ) eta zenbatekoa da dagokion I B baseko korrontea? R B2 = 0 denean, V th = 0 daukagu, eta transistorea etenik dago (basea erreferentziara konektatuta dago, eta, beraz, ez dago igorle-base juntura polarizatzeko tentsiorik). R B2 igotzen dugunean, V th igoko da, eta, 0,7 baino handiagoa denean (V BEON = 0,7 V eredua erabiliz, zeren eta zehatzak izateko V th > 0 unetik hasten baita), korronteak agertzen dira. I B = (V th -0,7)/[R th +( β+1) R E ] eta I C = β (V th -0,7)/[R th +( β+1) R E ] I C = (V th -0,7)/[R th / β +( β +1)/ β R E ] Noraino egongo gara aktiboan? I C = 3 ma izatera iritsi arte. Hori I B = I C / β = 15 µa denean gertatuko da; eta I E = 3,015 ma. V th = I B R th +V BE + I E R E 12 R B2 /(10k+R B2 ) =(10k//R B2 ) 15 µa+ 0,7 V + 3,015 ma 1k 12 R B2 /(10k+R B2 ) =( 10k R B2 )/(10k+R B2 ) 15µA+ 3,7 V R B2 = 4k54 Hortik aurrera, I B > 15 µa, baina I C ezin da handiagoa izan; I C < β I B izango da, eta transistorea asetasunean egongo da. Polarizazio-puntua ebazteko, orain, V CE = 0 V erabiliko dugu baldintza gisa. Eta, I E =I C +I B erabiliz, 12 V = I C R C +0+(I C +I B ) R E = I C 4k+I B 1k V th = I B R th +0,7+(I C +I B ) R E Muturreko kasuan, R B2 = 10k, R th = 5k, V th = 6V 73

81 6= I B 5k+0,7+(I C +I B ) 1k 5,3= I B 6k+ I C 1k 12 V = I C 4k+I B 1k eta 5,3= I B 6k+ I C 1k erabiliz I B = 0,4 ma, I C =2,9 ma, I E =3,3mA Beraz, I B = 0,4 ma, I C = 2,9 ma, V CE = 0 V d) Marraztu seinale txikiko zirkuitua, kalkulatu karga-zuzen dinamikoa eta marraztu zuzen hori Q 2, Q 3 eta Q 4 puntuetarako. r be eta g m edozein izanda ere: v ce = -i c (R C //R L ) i c /v ce = -1/( 3k//6k) = -1/2k Ω m KZD = -1/ 2kΩ e) Tarte dinamikoa optimizatu nahi badugu, zein polarizazio-puntu aukeratuko zenuke? Kalkulatu horretarako behar den potentziometroaren posizioa (hau da, R B2 erresistentziaren balioa). Q 4 puntuan kokatu behar da, hor dugulako Q karga-zuzen dinamikoaren erdian. Hau da, V CE = 4 V, I C = 2 ma, I B = 10 µa Horretarako, V th = I B R th +0,7+(I C +I B ) R E 12 R B2 /(10k+R B2 ) = 10 µa (10k R B2 )/(10k+R B2 )+0,7+2,01mA 1k R B2 = 2k948 ~ 3k [Rth=2k277; Vth=2,732V] 74

82 f) Demagun transistoreak e) ataleko puntuan lan egiten duela. Hala bada, kalkulatu sarrerako eta irteerako inpedantziak eta tentsio-irabazia, eta marraztu nolakoa izango den irteerako seinalea baldin eta sarrerako seinaleak honako bi balio hauek hartzen baditu: v s = 10 mv sin(wt) eta v s = 100 mv sin(wt). Kasu horretan, r be = V T /I B = 2k5 eta g m = I C /V T = 80 ma/v Z in = R th //r be =2k277//2k5 = 1k19; Z out = R C = 3kΩ A vin = v out /v in = -g m v be (R C //R L )/v be = -g m (R C //R L ) = -80 ma/v 2k = -160 A vs = v out /v s = v out /v in v in /v s = A vin Z in /( Z in +R s ) = k19/(1k19+100Ω) = -147,6 v s = 10 mv sin(wt) bada, v out = -1,476 V sin(wt), ez da distortsionatzen v s = 100 mv sin(wt) bada, v out = -14,76 V sin(wt), eta distortsionatzen da - etenduran i c = -I C denean v out = v ce_eten = I C / m KZD = 2mA 2k = 4V) - asetasunean v CE = 0 v ceac_ase = -V CE = -4 V denean [simetrikoki, noski, horretarako aukeratu baitugu Q4 puntua] 75

83 ATE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA irudiko FETak honako parametro hauek ditu: V T = 1 V I DSS = 1 ma 6. irudia. a) Zer transistore mota da? Marraztu haren asetasuneko ezaugarri-kurba eta adierazi I DSS eta V T. N pasabideko urritze-mosfet bat da eta IDSS>0 eta V GSoff = V T asetasuneko I-V kurba (transferentziaren kurba) honako hau da: < 0. Haren I D I DSS = 1mA V T = -1 V V GS (n pasabideko JFET baten antzeko transferentziaren kurba du, baina V GS >0 izatea onartzen du) 76

84 b) Identifikatu iturria eta draina, eta kalkulatu polarizazio-puntua (asetasuna onartuz). Polarizazio-zirkuitua honela geratzen da: [Kontuan hartu I G = 0 dela eta, beraz, V G = V B = I D R] 12 = I D R 1 + V DS + I D R 2 + I D R V GS = - I D R 2 = -I D 5k6 I D = I DSS (1-V GS /V T ) 2 I D = 1 ma [1-(-I D 5k6)/(-1V)] 2 I D1 = 0,1174 ma V GS1 = -0,657 V I D2 = 0,2716 ma V GS2 = -1,521 V Puntu zuzena lehenengoa da V GS = -0,657 V eta I D1 = 0,1174 ma (-1,52 V, 0,27 ma parabolaren ezkerreko aldean geratzen da) V D = 12 I D R 1 = 6,48 V, Baina beste balioak R erresistentziaren araberakoak dira! c) Kalkulatu zein izango den R erresistentziaren balio-tartea lan-puntua asetasunean egon dadin. V GD = V G -V D = I D R-V D V GD = 0,1174 ma R-6,48 V Asetasunean egoteko, pasabideak itota egon behar du: V GD < -1. Eta, horretarako, V GD = 0,1174 ma R-6,48 V < -1 R < 5,48 V/0,1174 ma = 47 kω 77

85 d) R = 3,3 kω kasurako, kalkulatu lan-puntua osatzeko falta diren balioak. R = 3k3 V G = I D R = 0,387 V, V S = V G -V GS = 1,044 V, V D = 6,48 V, V DS = 5,44 V Seinale txikiko zirkuituaren analisiari dagokionez (eta R = 3,3 kω erabiliz): e) Kalkulatu tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. g m = 2/ V T (I D I DSS ) ½ g m = 2/1 (0,1174 1) ½ = 0,685 ma/v Av=v out /v in = -g m v gs R 1 /(-v gs ) = g m R 1 = 32,2 Z out = R 1 = 47kΩ karga gisa R1 hartzen bada, Zout = infinitua i in = i 1 +i 2 = v in /(R 2 +R//R 3 ) + g m v in Z in = v in /i in = 1/[g m +(R 2 +R//R 3 ) -1 ] = 1k25 [R = 0 bada, Z in =1k16 R = 47k bada, Z in =1k42] f) Zer eragin du R erresistentziaren balioak aurreko ataleko emaitzetan? Ez du eraginik A v eta Z out parametroetan. Sarrerako inpedantzian bakarrik eragiten du (eta, noski, tarte dinamikoan), e) atalean erakutsi den moduan. g) Zirkuitu berau erabil al liteke V T eta I DSS aldatu gabe p pasabideko JFET bat polarizatzeko? 78

86 N pasabideko JFET bat (I DSS = 1 ma, V T = -1V) arazorik gabe erabil daiteke (ariketa honetan, V GS <0 delako). P pasabideko JFET bat (I DSS = -1 ma, V T = +1V) ezin da erabili zirkuitua aldatu gabe. P pasabideko JFET bat erabiltzeko, elikatze-tentsioa alda dezakegu, -12 V aplikatuz (edo zirkuitua alderantziz eraikiz). Orduan, ariketa analogoa dugu: I D = -0,1174 ma, V GS = 0,65 V (eta abar). 79

87 2014ko ekaina DIODOA PN JUNTURA 1. Beheko irudian, diodo baten I-V ezaugarria (marra lodia) eta diodoa zeharkatzen duen korrontearen eta haren junturako tentsioaren arteko erlazioa agertzen dira (marra fina). 3 I D (A) 2 1 Tentsioa (V) 1.irudia a) Kalkulatu diodoaren asetasun-korrontea eta serieko erresistentzia. (3) puntua hartuko dugu. (2) ere har daiteke. I D = 1A V J = 0,7 V, V D = 1,2 V (g.g.g., 1pA) Diodoa 2. irudiko zirkuituan erabili, eta 50 Hz-eko maiztasuna eta 15 V-eko anplitudea dituen seinale sinusoidala aplikatuko dugu. 80

88 10 Ω 2. irudia b) Azaldu 3. irudiko seinale handiko eredu linealen ezaugarri nagusiak eta aukeratu zein den aproposena gure diodoren portaera modelatzeko. I D I D I D I D V γ = 0 V R f = 0 Ω R r = Ω a) V D V γ = 0,6 V R f = 0 Ω R r = Ω b) V D V γ = 0,6 V R f = 0,6 Ω R r = Ω c) V D V γ = 0,5 V R f = 0,5 Ω R r = Ω d) V D 3. irudia. Analizatu nahi ditugun eredu linealak. Lehenengoa (a) guztiz ideala da, eta, bereziki, (oso) tentsio altuak daudenean erabiliko dugu. Bigarrenean (b), lehenengoan baino zehaztasun hobea dugu, eta oso erabilgarria izango da korronte txikiak ditugunean, tentsioa hobeto kalkulatzeko. Hirugarrenean (c) eta laugarrenean (d), korronte handien efektua islatu nahi dugu, baina zein da gure diodoari dagokiona? Argi eta garbi ikusten da atariko tentsioa V = 0,6 V dela korronte hauetarako. Eta, diodoa ON dagoenean, R forward ereduko erresistentziak dakarren tentsioa gehitu behar diogu atariko tentsioari. Gainera, I D = 1 A denean V D = 1,2 V da (3 puntua). Hortaz, c) eredua dagokio gure diodoari (batzuetan, a) eta b) ere erabilgarriak izango dira, noski). Hots, R f diodoaren R s baino pixka bat handiagoa da: berez, malda txiki bat ere badu Shocklreyren kurbak. 81

89 c) Aurreko ataleko eredua erabiliz, marraztu zirkuituaren transferentzia-kurba eta irteerako seinalearen forma. Zirkuitu honen analisia ia berehalakoa da: Kasua Diodoa Tentsio-tartea I D V D v out A OFF v in < V 0 v in 0 B ON v in > V Beraz, transferentziaren kurba eta irteerako tentsioa honela geratzen dira: 82

90 d) Dakigunez, oreka termodinamikoan, 1nF da diodo honen junturako kapazitatea, eta potentzial termodinamikoa, 1 V. Hori jakinda, kalkulatu zenbatekoa den junturako kapazitatea sarrerako seinaleak bere balio minimoa hartzen duenean, zikloerdi negatiboaren balio absolutu maximoan (onartuko dugu juntura latz laua dela). Hau, da, zenbatekoa da CJ, V = -15 V denean? 83

91 BJT TRANSISTOREAREN LAN-PUNTUA 2. Kalkulatu 4. irudiko BJT transistorearen lan-puntua bi kasu hauetarako: c) v in = 10 V d) v in = 0,2 V Datuak: Diodoak idealtzat joko ditugu. V BE = 0,7 V, β = 20 eta V CE,sat = 0,2 V. 4. irudia. Transistore bat eta hiru diodo dituen zirkuitua. --- v in = 10 V kasuan --- Argi dagoenez, lehenengo kasuan, D1 OFF egongo da, eta D2 eta D3, berriz, ON. Beraz, V BB = 10V R 2 /(R 2 +R 1 ) = 2,5 V; eta R BB = R 1 //R 2 = 1k2. Argi dago zuzenean polarizatuko dela igorle-base juntura; transistorea aktiboan ala asetasunean egongo da. Hori bai, edozein kasutan, I B = (V BB -V BE )/R BB = 1,8V/1k2 = 1,5 ma, Lehenengo hipotesian, onartuko dugu transistorea aktiboan dagoela. Orduan, I C = β I B = 30 ma. Eta irteten zaigun kolektore-igorle tentsioa: V CE = = -170V. Ezinezkoa da; I C = 30 ma gehiegizkoa da, eta R C erresistentzian 180 V agertzea ekarriko luke. Transistorea ez dago aktiboan; ase da. Ase bada, I C = (10-0,2)/6k = 1,633 ma; I B = 1,5 ma eta igorletik bi horien batura (3,133 ma) irteten den I E = -3,133 ma. Tentsioei dagokienez, V E = 0; V B =0,7 V, V C = 0,2 V. 84

92 --- v in = 0,2 V kasuan --- Argi dagoenez, bigarren kasuan, D1 ON egongo da, D2 eta D3 (idealak direnez) ere ON egongo dira, eta V BE = 0,2 V izango da; beraz, BJTa praktikoki etenik egongo da, korronterik gabe. I R1 = (10-0,2)/6=1,633 ma; I R2 = 0,2 V /2k = 0,1 ma; I D1 =I R1 -I R2 =1,533 ma; I D2 = I D3 = I R2 = 0,1 ma V B = 0,2 V; V E = 0 V; V C = 10V (I E = I B = I C = 0) [Zehazkiago, BJTa teknikoki aktiboan egongo da, baina, V BE < 0,7 denez, praktikoki etenik dago] 85

93 BASE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 3. Beheko irudiko zirkuituan erabili den BJT transistorearen igorle komuneko korronte-irabazia (seinale handietarako) β F = 200 da, eta V BE = 0,7 V. 5. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. V CC = 15V, R B1 = 10 kω, R B2 = 5 kω, R C = 3 kω, R E = 2 kω, R source = 0 Erantzun honako galdera hauei: a) Lortu lan-puntua. Egonkorra al da? Arrazoitu erantzuna. Aktiboan dagoela onartuko dugu: V BB = 15/(10k+5k) 5k = 5V; R BB = (5k//10k) = 3k333 I B = (V BB V BE )/(R BB +(β+1) R E ) = 10,609 ua I C =2, ma; I E =-(I B +I C ) = -2,13232 ma V E = 2k 2,1323mA= 4,2646 V; V B = V E +V BE = 4,9646 V; V C =15V-3k I C = 15-6,3651= 8,6349 V 86

94 V CE = V C -V E = 4,37 V, eta, beraz, aktiboan dago β R E >>R BB, (200 2k>>3k333). Beraz, egonkorra da. b) Aurreko ataletik abiatuz, kalkulatu zehatz-mehatz V BE base-igorle tentsioa, baldin eta I ES =1 fa = 10-3 pa eta I CS = 5 fa = pa. AUKERA BAT (ASETASUNEAN ERE BALIO DIGUNA): I E =-α R I C -I E0 [exp(v BE /V T )-1] Zenbait datu falta zaizkigu: α R = α F I ES /I CS = [β/( β +1)] 1/5=0,995 0,2=0,199 I E0 =+(1-α R α F ) I ES =0,8 fa Beraz, -2,13232mA=-0,199*2,12171 ma-0,8fa [exp(vbe/0,025v)-1] V BE =710 mv BESTE AUKERA BAT (AKTIBOAN): I E =-I ES [exp(v BE /V T )-1]+ α R I CS [exp(v BC /V T )-1]=-I ES [exp(v BE /V T )-1]- α R I CS V BE = V T Ln[(-I E -α R I CS )/I ES +1]= 710 mv [Itera genezake, V BE zehatzago hau erabiliz, I B zehatzagoa kalkulatzeko, eta I C eta I E, eta V BE, eta baina ez du merezi, ia-ia 0,7 V delako] c) Kalkulatu tentsio-irabazia R L kargaren arabera. Seinale txikiko zirkuitutik abiatuko gara, non: g m =I C /V T = 2,1217 ma /25 mv = 84,868 ma/ V r be = V T /I B = 25 m V/ 10,609uA = 2k

95 Hortik: v b = 0; v e = v in ; v be =-v in ; v out =-i c (R L //R C ) = -g m v be (R L //R C ) =g m v in (R L //R C ) A v = g m (R L //R C ) = 84,868 ma/v (R L //3k); [R L =3k bada, A v =127,3] d) Zenbatekoa izan behar du R Load erresistentziak, tarte dinamikorik zabalena lortzeko? Tarte dinamiko maximoa 4,37 V izango da, horixe baita asetasunerantz daukagun aldea. R L handiekin, hori lortuko dugu, ezkerralderantz zabalagoa baita. RL txikiekin, etendurarantz dagoen aldea txikiagoa ere izan liteke. Tarte dinamiko maximoa bilatuko dugu. i ase 3K 4,24 ma 3 ma I C = 2,12 ma i C i C KZE; (i C - I C )/(v CE -V CE ) = -1/(3k//R L ) = i c /v ce Q(4,37 V, 2,12 ma) KZE; I C ~ (15-V CE )/5k V CE = 4,37 V V eten 3K 8,74 V 15 V v CE m KZD = i c /v ce = -1/(R L //R C ) Aukera asko daude, R L erresistentziaren arabera malda aldatzen delako. Malda eta tarte dinamikoa R L erresistentziaren arabera aldatzen dira. Tarte dinamiko simetrikoa lortzeko, Q karga-zuzen dinamikoaren erdian kokatu behar da (lerro gorri lodiz adierazi dugun kasua). Horretarako: m -1 KZD = 2 V CE / (2 I C )= V CE / I C 2k05 = 3k //R L R L = 6k57 Beraz, R L =6k57 tarte dinamiko simetrikoa dugu, maximoarekin bat datorrena. R L >6k57 bada, tarte dinamikoa 4,37 V da, eta asetasunak mugatzen du. R L <6k57 denean, tarte dinamikoa murritzagoa da, eta etendurak mugatzen du. 88

96 e) Marraztu, grafiko bakarra erabiliz, nolakoak izango diren sarrerako tentsioa eta v ce kolektore-igorle tentsioaren alternoko osagaia baldin eta R L =3 kω bada, bi kasu hauetarako: e1) v s (t) = 20 mv sin(wt) e2) v s (t) = 30 mv sin(wt) R L = 3 kω bada, m KZD = -1/1k5 Hortaz, v ceeten = 1k5 I C = 3,18 V v CEeten = 4,37V + 3,18 = 7,55 V Eta, i cease = V CE /1k5 = 4,37V /1k5 = 2,913 ma i Case = 2,12+2,91 = 5,03 ma Beraz, 3,18 < 4,37 denez, etenduratik dago hurbilago. v ce = v out - v in = 127,3 v in v in = 126,3 v in Etenduran sartzen da vce=3,18 V denean, v in = +25,18 mv denean. Asetzen da v ce =-4,37 V denean, v in = -34,6 mv denean. Hau da, e1) atalean ez dago distortsiorik, eta v ce = ,3 mv sin(wt)=2,53 V sin(wt). e2) atalean, v ce = ,3 mv sin(wt)=3,8 V sin(wt), baina distortsioa agertzen da zikloerdi positiboan, +3,18 V-eko balioetan mugatzen baita. e3) 40 mv-eko anplitudea aplikatuz, 5 V sin(wt) izango litzateke v ce (eta v out oso antzekoa), eta +3,18 V eta -4,37 V balioetan mugatuko litzateke. Irudia egiteko, f = 200 Hz hartuko dugu 89

97 90

98 ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA irudiko zirkuituko FET transistorearen atariko tentsioa V T = 4 V da. Gainera, beheko zirkuituan, draineko zirkuitua neurtu dugu: I D = 1 ma. 6. irudia. Zirkuitu anplifikatzailea. Erantzun honako galdera hauei: a) Kalkulatu zirkuituko tentsio guztiak (hau da, kalkulatu lan-puntua) eta I DSS parametroaren balioa. I G = 0 V G = 15V/2 = 7,5 V I D = 1 ma V S = 2 V; V D = 15 V- 1mA 10k = 5 V; V GS = 5,5 V; V GD =2,5 V; I D = I DSS (1-V GS /V T ) 2 1mA = I DSS (1-5,5/4) 2 I DSS = 7,111 ma b) Kalkulatu tentsio-irabazia (bai tentsio-sorgailua baztertuz, bai hura kontuan hartuz) eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Arazorik ikusten al diozu lortu duzun sarrerako inpedantziari? Seinale txikiko zirkuitua behekoa da, non g m = 2/ V T (I D I DSS ) ½ eta, begi-bistakoa denez, Z in = R G1 //R G2 = 150 kω =1,333 ma/v 91

99 v gs = v g - v s = v in - g m v gs R 1 v gs = v in /(1+ g m R 1 ) v out = -g m v gs R 2 = -g m R 2 v in /(1+ g m R 1 ) v out /v in =A vin =-g m R 2 / (1+ g m R 1 )= -13,33/(1+2,666)=-3,636 v in = v s Z in /(Z in +R s ) = ½ v s A vs = -3,636/2 = -1,818 c) Kalkulatu irteerako tarte dinamikoa: irteeran distortsiorik gabe lor daitekeen tentsio maximoa. Zenbatekoa da tentsio hori lortzeko aplikatu beharreko v s balioa? MOSFETak distortsiorik gabe anplifikatu du, asetasunetik irten arte. Irteera hori bi kasutan gertatuko da: 1) i D < 0 bihurtzen denean (eten egingo litzateke); 2) edo v GD > V T bihurtzen denean (eskualde gradualean sartuko litzateke). Aurreko formulak onartuz (seinale txikiko emaitzak erabiliz): 1) i D = 0 V i d = -I D = -1mA g m v gs =-1 ma v gs = -0,75 V v in = -2,75 V; v s = -5,5, v out = 10 V (noski, i D = 0 bada, v out = 10 V) 2) v GD = V T = 4 V V GD + v gd = V T (V GD = 2,5 V; v gd = v in -v out ) 2,5 V + (v in -v out ) = 4V = 2,5 V + (v in -(-3,636 v in )) v in =0,687 V v s =1,375 V, v out = -2,5 V Distortsioa eskualde gradualean sartzean agertzen da lehenago; v s =1,375 Veko anplitudearekin, hain zuzen ere. 92

100 d) Zirkuituaren zenbait ezaugarri hobetu nahi ditugu: sarrerako inpedantzia 1 MΩ eta tarte dinamikoa maximoa izatea nahi dugu. Horretarako, zenbateko erresistentziak ipini behar ditugu ateko tentsio-banatzailean (zatigailuan)? Z in = 1 MΩ izateko, R G1 //R G2 = 1 MΩ aukeratu behar dugu. Tarte dinamikoa optimizatzeko, asetasunerantz eta eskualde gradualerantz ditugun ibilbideak berdinduko ditugu. Kasu honetan, KZD eta KZE bat datoz: 1,5 ma I 1 =2 I D i D KZE=KZD; i D = (15-v DS )/12kΩ I D V 1 V DS 15 V v DS (V 1, I 1 ) mugan dagoen puntua da; PUNTUA TOPATU BEHAR DA. Eta (V DS,I D ), lan-puntua, baliagarria den tartearen erdian kokatu behar da. Horretarako, ez dugu gainezarmena (seinale txikiko osagaia+polarizazioa) aplikatuko:ekuazio kuadratikoarekin lan egingo dugu. V 1 =15-12k I 1 I 1 =I DSS (1-V GS1 /V T ) 2 ; V 1 =V GS1 -V T V GS1 -V T =15-2k I DSS (1-V GS1 /V T ) 2 V GS1 =7,584 V (eta -0,7V) I 1 = I DSS (1-V GS1 /V T ) 2 =1,2 ma V 1 = 0,55 V Eta, beraz, V DS =7,77 V; I D =0,6mA; V GS =5,16V V S = 0,6 ma 2k=1,2 V; V G =6,36V; V G = 15/(R G1 +R G2 ) R G2 =15 (R G1 //R G2 )/R G1 R G1 =15/V G (R G1 //R G2 )=2M36; R G2 = 1M74 e) Zirkuitu bera erabiliz, n pasabideko JFET bat polariza daiteke? Arrazoitu erantzuna. 93

101 Ezin da halakorik egin lehengo zirkuitua edo oraingo hau erabiliz, zeren eta, V G =7,5 V (edo 6,36) denez eta n pasabideko JFET batek V GS negatiboa behar duenez, V S > 7,5 V (edo 6,36) beharko baikenuke, eta, V R2 = 5 V S denez, V R2 altuegia izango litzateke. Baina V G baxu bat (0, 0,5, 1) ipiniz (hau da, R G2 <<R G1 ), bai, posible da ondo polarizatzea JFET bat. V T < 0 izango luke, noski. Polarizazio-zirkuitu topologia hau oso orokorra da. 94

102 2014ko maiatza PN JUNTURA - DIODOA 1. A = 0,01 cm 2 -ko azalera duen siliziozko (n i 2 =10 20 cm -6, e Si = 1,044 pf/cm) diodo baten junturako eremu elektrikoa beheko irudikoa da: e(x) -10,1 101 x (nm) -1, V/cm 1. irudia. Junturako eremu elektrikoa. Erantzun honako galdera hauei: a) Identifikatu eskualde hustuaren zabalera eta kalkulatu potentzial termodinamikoa. - + Eremua negatiboa da: beraz, ezkerreko eskualdean N A eta eskuinekoan N D ezpurutasunak ditugu. Hau da, ezkerrean p eskualdea eta eskuinean n eskualdea ditugu. Beraz, honela osa dezakegu irudia: x p =-10,1 e(x) x n =101 x (nm) -1, V/cm= E 1 Berehalakoa da eskualde hustuaren zabalera identifikatzea: l 0 = 10, = 111,1 n m = 0,1111 um= 0, cm 95

103 b) V T = 25 mv hartuz, kalkulatu diodoaren dopaketak. Hiru erlazio ditugu / aukera bat baino gehiago dugu b) atala egiteko. x p = x n /10 denez (1), N A =10 N D (N A >>N D ere egin daiteke) (2b) (3a) [Hurbilketa erabiliz, ] (3b) Adibidez, 3a ekuaziotik, (3a) Eta 2a ekuaziotik N A =9,25E17 ~ cm -3 [badaude beste aukera batzuk ere] c) Kalkulatu diodoaren orekako junturako kapazitatea. C J0 = A v Si /l 0 = 0,94 nf Diodo hori beheko irudiko zirkuituan erabili dugu, eta, V DC = 15 V-eko tentsioa aplikatuta, 4,83 ma-ko intentsitatea neurtu da korrontean. portaerak perfektuki jarraitzen dio Shockleyren ekuazioari). (Diodoaren 2. irudia. Lehenengo ariketako zirkuitua. d) Kalkulatu diodoan erortzen den tentsioa eta haren asetasun-korrontea. 96

104 Zirkuituaren analisitik: V DC = I D R 1 +V D V D = V DC - I D R 1 = 0,51 V I D = I SAT [exp(v D /V T )-1] I sat = 6, A = 6,67 pa 97

105 ZIRKUITU DIODODUNA 2. Kalkulatu 3. irudiko zirkuituaren transferentziaren kurba eta marraztu nolakoa izango den v out irteerako seinalearen forma baldin eta sarrera v in = 20 V p -eko seinale hiruki alternoa bada. 3. irudia. Bigarren ariketako zirkuitu diododuna. Datuak: Zener diodoaren haustura-tentsioa V Z = 4 V da. Gainerako ezaugarriei dagokienez, diodoak idealtzat jo daitezke. a) D1 OFF badago, honela geratzen da zirkuitua: Eta D2 diodoa (begi-bistakoa denez) ON egongo da. Orduan, honela geratzen da zirkuitua: 98

106 Eta I D2 =10/5R>0 eta v out = -2 V, v D1vin-10) = v in -(-2). Hau honela izango da baldin eta v D1 < 0 v in <-2 V bada. b) Hortaz, vin>-2 bada, D1 ON egongo da, eta honela geratuko da zirkuitua: Hemen, hiru kasu egon daitezke D2 diodoari dagokionez. D2 ON, OFF eta HAUSTURAN EGON DAITEKE. b1) Hasieran (vin=-2.01 denean), D2 ON egongo da (aurreko egoeratik dator). 99

107 ID2 > 0 v out < 0 v in < 2,5 [eta ID1>0 v in > v out v in > (4 v in -10)/9 5 v in >-10 v in >-2V, bagenekienez] b2) Gero (vin=2,51 denean, adibidez), OFF egongo da (kasu hau errazagoa da A baino, eta lehenago analiza genezake). Orduan, honelakoa da zirkuitua: Eta I D1 = i 2 denez, I D1 = i 2 =(v in +10)/5R v out = R (v in +10)/5R= (4 v in -10)/5 Noiz arte / noiz? D2 hausturan sartu arte: v out < 4 bada (4 v in -10)/5R<4 4 v in -10<20 v in < 7,5V [Edo, I D1 >0 eta -4<V D2 <0 (v in +10)/5>0 (v in >-10) ETA -4< -(4 v in -10)/5 <0 4>(4 v in -10)/5 >0 7,5>v in >2,5 ] b3) Hortik aurrera (v in >7,5 V denean), D2 HAUSTURAN egongo da. Honelakoa da zirkuitua: 100

108 Eta, korronteak analizatzen baditugu: [Hori ez dugu zertan frogatu, baina honela egingo genuke, nahi izanez gero edo hemendik hasiko bagina: I D1 >0 ETA i 3 >0 v in > v out ETA v out > 4 v in >(4 v in +6)/9 ETA (4 v in +6)/9>4 5 v in > 6 ETA 4 v in >30 v in >7,5] LABURBILDUZ: NOIZ D1 D2 vout - <vi<-2 OFF ON -2-2<vi<2,5 ON ON (4 v in -10)/9 2,5<vi<7,5 ON OFF 4 v in /5-2 7,5<vi< ON HAUST (4 v in +6)/9 (-10,-2) (-2,-2) (2,5, 0) (7,5,4) (12,6) ETA GRAFIKOKI: Transferentziaren kurba 101

109 Sarrera 20 Vp-ko hirukia bada, honela geratzen da irteera: (f=50 Hz erabili da) 102

110 IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA irudiko muntaketan, ezaugarri hauek lortu nahi ditugu, besteak beste: tentsio-irabazi osoa, moduluan, 152; irteerako eta sarrerako seinaleen arteko desfasea, 180 ; eta sarrerako inpedantzia, 580Ω. Dakigunez, erabilitako BJTaren beta honako hau da: 100. Eta haren base-igorle tentsioa V BE = 0,6 V da, baldin eta transistorea aktiboan badago. Erantzun honako galdera hauei: 4. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. a) Kalkulatu lan-puntua. Seinale txikiko zirkuitutik abiatuko gara: Zirkuitu honetan: 103

111 Beraz: Beraz, IC/VT = gm denez, IC = gm VT = 2,9206 ma; IB = IC/β= 29,206 VCE = 20 IC RC IC [( β +1)/ β/] RE = 6,536 V > 0 OK, aktiboan dago. A b) Kalkulatu baseko tentsio-banatzailea osatzen duten erresistentzien balioak. Bi kontu ditugu hemen: 1) Z in = R B1 //R B2 //r be (r be = V T /I B = 856 Ω denez) 580 Ω = R B1 //R B2 //856 Ω Eta, beraz, R th =R B1 //R B2 = 1k799=1k8 2) V th = I E R E +V BE +I B (R B1 //R B2 )=3,602V V th =V CC /(R B1 +R B2 ) R B2 =VCC/(RB1+RB2) RB2 RB1 /RB1= V CC (R B1 //R B2 )/R B1 3k6=20 1k8/R B1 R B1 = 9k99 = 10k R B1 //R B2 = 10k//R B2 = 1k8 R B2 =2k19 ~ 2k2 c) Polarizazio-zirkuitu hau egonkorra al da? 104

112 BAI, z e r e n e t a ( + 1) R E = 101k >> R th =(R B1 //R B2 )=1k8. d) Marraztu kolektore-igorle tentsio osoa, v CE (t), v s (t) sarrerako seinalearen balio hauetarako: iv. v s (t) = 15 mv P sin(wt) v. v s (t) = 45 mv P sin(wt) vi. v s (t) = 60 mv P sin(wt) Distortsiorik ez balego: i. v s (t) = 15 mv P sin(wt) v ce (t) = v out (t) = -2,28 sin(wt) V ii. v s (t) = 45 mv P sin(wt) v out (t) = -6,84 sin(wt) V iii. v s (t) = 60 mv P sin(wt) v out (t) = -9,12 sin(wt) V Eta v CE = 6,52 V + v out (t) izango litzateke. Baina v out distortsionatuko da! Noiz agertzen da distortsioa? Asetasunean eta etenduran sartzen garenean. Q puntuaren inguruan mugituko gara. i C I C Q(6,52 V, 2,92 ma) KZD: Aukerak? v CE V CE Eta KZDari jarraituz mugituko gara. i Ceten =0 v CEeten = V CE + I C 2k647 = V CE + I C 2k647=6,52+7,73=14,25 V 105

113 v CEase =0 i Case = I C + V CE /2k647 = 2,92+2,46=5,38 ma i C (ma) 5,38 =I C +2,46 I C Q(6,52 V, 2,92 ma) v CE (V) V CE Asetasunean sartzen gara vce=-6,52 denean. V CE +7,73=14,25 Etenduran sartzen gara vce=+7,73 denean. Beraz, i) kasuan ez da distortsiorik egongo (2,28 < 6,52, hori da adierazi duguna); ii) kasuan, asetasunean bakarrik agertzen da distortsioa (6,52<6,84<7,73); eta, iii) kasuan, bi aldeetatik (vp=9,12>7,73). v CE (kolektore-igorle tentsio osoa adierazten badugu, honela geratzen da). i) kasua (ez da distortsionatzen). 106

114 ii) kasua (v CE =0 denean distortsionatzen da, asetasunean). iii) iv) kasua. v CE =0 denean (asetasunean) eta i C =0 (hau da, v CE =14,25 denean) (etenduran) distortsionatzen da. 107

115 ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 4. Badugu FET transistore bat, honako parametro karakteristiko hauek dituena: V T = -1V eta I DSS = 12 ma. a) Esan zer gailu mota izan daitekeen eta marraztu (aukera guztietarako) I D -V GS transistore(ar)en asetasuneko ezaugarria (transferentziaren kurba) eta dago(z)kien zirkuitu-ikurrak. Parametroak ikusita, I DSS > 0 denez, pasabidea n motakoa da. N pasabidekoetan, V T < 0 bada, V GS = 0 denean (orekan) badago pasabidea. Hortaz, JFETa edo urritze-mosfeta izan daiteke. n pasabideko JFETak ez du V GS positiborik onartzen (atetik korronterik agertzea ez badugu nahi); MOSFETean, V GS positiboak aplika daitezke, arazorik gabe. Kurbak (asetasunean) eta zirkuitu-ikurrak bi forma hauetakoak dira: I D I D I DSS I DSS V GS V GS V T N pasabideko JFETa V T N pasabideko urritze-mosfeta 108

116 5. irudia. Laugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Sentsore batek ematen duen seinale ahul bat anplifikatzeko erabili nahi dugu gailua; sentsoreak irteerako (Thévenin) inpedantzia altua du (100 kω, eta, zirkuitu irekian, 10 mvp-eko anplitudea ematen du. Anplifikatu ondoren, 100 k-ωeko Thevénin inpedantzia baliokidea duen karga batera eramango dugu seinalea. Zirkuitu anplifikatzailea 5. irudikoa da. Zirkuituko elikatze-tentsioaren eta erresistentzien balioak honako hauek dira: V DD = 33 V, R 1 =, R 2 = 1 MΩ R 3 = 1 k Ω eta R 4 = 167Ω Transistorea JFET bat dela onartuz, analizatu honako kontu hauek: b) Lan-puntua. 109

117 V G = 0; V S = I D R 4 ; V GS = -I D R 4 Asetasuna onartuz: Balio egokia V GS =-0,5V izango da I D = 3mA VS=0,5V; VD=33-3=30V; VDS=29,5V V GD =-30V < -0,5V OK, asetasunean dago (pasabidea zabalik dago iturri aldean; itota, drainean). c) Tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Seinale txikiko zirkuitua honelakoa izango da: Eta 110

118 Z in = R 2 = 1 MΩ Z out = R 3 = 1 kω Iturri komuneko zirkuituen tentsio-irabazia transkonduktantziarekiko proportzionala da, eta, beraz, baita polarizazio-puntuaren araberakoa ere. a) Azaldu nola aldatuko den polarizazio-puntua R 1 inpedantzia altua baina finitua bada. Horretarako, lagungarria izan daiteke I D -V GS transferentzia-kurba bereizgarria erabiltzea. Zenbatekoa da R 1 minimoa, JFETa egokiro polarizatzeko? Balio horretarako, kalkulatu tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. g m I D -ren araberakoa da, eta VGS-rekin igotzen da. R 1 finitua bada, V G > 0 da, eta, horren ondorioz, V GS igoko da. Noraino igo daiteke V GS? Oro har, FETetan, asetasunetik irten arte (V DS jaitsiz joango baita). Baina, JFETen kasuan, V GS = 0 tentsiora irits gintezke haietara iritsi baino lehen (ikusiko dugu), eta horixe da muga JFETetan, zeren eta (n pasabideko JFETetan) VGS tentsioa ezin baita positiboa izan. Noiz iristen gara V GS = 0 puntura? V GS = 0 puntuan, I D = I DSS = 12 ma V S = 2,004 V V G =2 V; (eta V D = 33-12=21V; V GD = -19 V < V T, OK) Hau da, V GS = 0 lortzeko, VG=2 aplikatu behar da. Eta, horretarako, 20 R2/(R1+R2)=VG R1=15M5. Orduan: 111

119 Z in = R 1 //R 2 = 0,93939 MΩ, Z out = R 3 = 1k; 112

120 2013ko uztaila ZIRKUITU DIODODUNA 1. Kalkulatu 1. irudiko zirkuituaren transferentzia-kurba. Halaber, marraztu nolakoa izango den v out irteerako seinalearen forma baldin eta sarrerako seinalea honako hau bada: v in = 20 V sin(wt). Datuak: Zener diodoaren haustura-tentsioa V Z = 4 V da. Gainerako ezaugarriei dagokienez, diodoak idealtzat jo daitezke. 1. irudia. Lehenengo ariketako zirkuitu diododuna. a) Demagun D1 OFF dagoela; orduan, zirkuitua honela geratzen da: Beraz, D2 ON egongo da, v out = -2V izango da eta V D1 = v in

121 Hipotesia ondo egongo da (hau da, kasu honetan egongo gara), baldin eta V D1 <0 bada, hau da, v in < -2 V. b) Aurreko analisitik, v in > -2 denean, D1 ON egongo da, eta zirkuitua honela geratuko da: Eta geratzen den zirkuitu honen analisia (ia) berehalakoa da. Hiru azpikasu bereizten ditugu: B1 D2 ON B2 D2 OFF B3 D2 HAUSTURAN v out = v in v out = 0 v out = v in -4 I D2 >0 v in <0-4<V D2 <0 0<v in <4 -I D2 >0 v in <4 (eta v in >-2V) (eta v in >-2V) (eta v in >-2V) 114

122 Laburbilduz: KASUA NOIZ D 1 D 2 v out A - <vi<-2 OFF ON -2 B1-2<vi<0 ON ON v in B2 0<vi<4 ON OFF 0 B3 4<vi< ON HAUST v in -4 Transferentziaren kurba Irteerako seinalea (balio maximoa = 16 V; balio minimoa = -2 V) 115

123 KORRONTE-ISPILUA 2. Beheko irudian, korronte-ispilu baten eskema agertzen da. Muntaketa laborategian egin dugu, txip berean integraturiko bi transistore berdin-berdin erabiliz, eta zenbait datu neurtu ditugu: V BE1 = V BE2 = 0,603 V V CE2 = 5,05 V I B1 = I B2 = 10,5 ua V CC = 15 V I 1 V CC = 15 V I LOAD R=6k8 R LOAD I C1 Q1 Q2 I B1 I B2 2. irudia. Korronte-ispilua erabiliz muntatu den korronte-iturria. Gainera, beste bi datu hauek ere badakizkigu: I C0 = 0,2 pa eta V T = 25 mv. a) Zenbatekoa da I 1? Eta I C1? Zirkuituan erraz irakurtzen denez, R erresistentzian erortzen den tentsioa begi-bistakoa da: I 1 VCC VBE = = = 2.117mA IC1 = I1 ( I B1+ I B2) = 2.096mA R 6k8 1 I E1 = -(I C1 +I B1 ) = -2,1065 ma b) Zein eskualdetan lan egiten ari dira transistoreak? Zenbatekoa da haien β? Zehatzak izateko, Q1 aktiboaren eta asetasunaren arteko mugan dago (V CB1 =0 delako), eta Q2 aktiboan dago. Lehenengo transistorean, ekuazioak honela geratzen dira: 116

124 I C1 = -α I E1 + I C0 (exp(v CB /V T )-1) = - α I E1 α = 0,995 β=199,6 = I C1 /I B1 c) Zenbatekoa da, gutxi gorabehera, I LOAD? Eta R LOAD? Zenbatekoa da R LOAD erresistentziaren balio maximoa, I LOAD ~I 1 bete behar bada? Korronte-ispilu bat da eta, beraz: I LOAD I 1 = 2.117mA [I LOAD = I C2 =(aktiboan )=β I B2 +(β+1) I C0 = 2,096 ma + 40 pa = 2,096 ma] VCC VCE 2 R LOAD erresistentziaren kalkulua berehalakoa da: RLOAD = = 4k7 I Beste R LOAD askorekin ere, I LOAD berdina lortuko da, baldin eta Q2 modu aktibotik ateratzen ez badugu. (R LOADMAX ) V CE = 0 V egiten denean iritsiko da muga: RLOAD max 15 = = 7k08 I 1 LOAD d) Zenbatekoa da transistoreen asetasun-korrontea (I S )? [Gogoratu, I S = α F I ES = α R I CS da.] Q1 transistorearen barruko korronte-osagaiak analizatuko baditugu: I = I = I V I = I V = BE BC1 F1 F 2 ES exp 1 R1 CS exp 1 0 VT VT Eta, beraz, I C1 zuzenean V BE tentsioarekin erlazionatzen da: V I 1 = α = α exp 1 α = = = exp 1 VT BE C1 14 IC FIF FIES FIES IS A VT V BE (I S = 0,0702 pa; 70,19 fa; I ES = I S / F = I S /0,995 = 70,5 fa) [ariketa honetan ez ziren eskatzen, baina I CS, α R eta I E0 ere atera daitezke: ( ) ( ) I α = 1 αα I α = 1 αα I C0 R R F CS R R F S 1 αα R F I 0.2 pa α I fa R C 0 = = = S αf = = αr = = 0.26 α α R R 117

125 I CS = I ES α F/ α R = I C0 /(1- α R α F)= 270 fa = 0,27 pa; I E0 = 0,052 pa = 52 fa] e) Azaldu zer gertatuko litzatekeen berdin-berdinak ez diren (edo tenperatura ezberdinean dauden) bi transistore erabiliz gero. I LOAD korronteak ez lioke estuki jarraituko I1 korronteari, zeren eta asetasunkorronteak ezberdinak izango bailirateke eta horrek, V BE berdin-berdinak aplikatzen ari garenez, (I F eta) I E korronte ezberdinak ekarriko bailituzke. Izan ere, I 1 /I LOAD erlazioa, gutxi gorabehera (I B <<I C onartuz), I ES1 /I ES2 erlazioak zehazten du. Adibidez, I ES2 = I ES1 /2 bada (Q2 10 gradu hotzago badago, adibidez), korrontea erdia izango litzateke: I LOAD =0.5 I 1. Aldiz, I ES2 = 4 I ES1 bada (Q2 ezberdina delako, adibidez), I LOAD =4 I 1 espero genuke hasieran, baina, kasu honetako erresistentziekin, adibidez, ase egingo litzateke eta I Load =15/R Load izango litzateke. 118

126 IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 3. Badakizkigu irudiko zirkuituan erabili den BJTaren igorle komuneko egiturako h parametroak, espero diren korronte eta tentsioetarako eta erabiliko den alternoko maiztasunean (lan-maiztasuna baxua izango dela onartuko dugu): h ie = 1 k h fe = 250 h re ~ 0 h oe ~ 0 Gainera, haren eroapeneko tentsioa ere badakigu: V BE = 0,6 V. 3. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Erantzun honako galdera hauei: a) Marraztu seinale txikiko zirkuitua. 119

127 b) Frogatu zirkuituaren sarrerako inpedantzia honako hau dela: v v Z = = = R R h + h + R R ( // ) // ( 1 ) ( // ) in in in B1 B2 ie fe E LOAD iin i S ( // ) ( 1 ) ( // ) v = i R R = h + i R R e e E Load fe b E Load v = i h be b ie ( 1 ) ( // ) ( 1 ) ( // ) v = v = v + v = i h + R R + h b in e be b fe E Load ie v i i i i i i i h + R R + h b b fe E Load ie i = s = b + RB1// RB2 = b + = b + RB 1// RB2 RB 1// RB2 Z Z ( 1 ) ( // ) ( 1 ) ( // ) in b fe E Load ie in = = iin ib hfe + RE RLoad + hie in v i b i h R R h R // R B1 B2 ( + ) ( ) + ( 1 ) ( // ) hfe 1 RE // RLoad h ie 1 = = h 1 1 fe + RE RLoad + h ie ( 1 ) ( // ) R // R R // R hie + hfe + RE RLoad B1 B2 ( ) ( ) Z = h + h + 1 R // R // R // ( R B2 ) in ie fe E Load B1 B1 B2 c) Frogatu zirkuituaren irteerako inpedantzia honako hau dela: 120

128 Z out ( // // ) h + R R R ie B1 B2 S = RE // hfe + 1 V ib = h + R R R out E ( // // ) ie S B1 B2 V V V I = ( hfe + 1) ib = + ( hfe + 1) R R h + R R R Z R ( // // ) E E ie S B1 B2 V V = = = I V V ( hfe + 1) + R ( ) ( // 1// 2) E hie + RS // RB 1// R R 2 E h B ie + RS RB RB ( // // ) h + R R R // hfe + 1 ie B1 B2 S h fe + 1 d) Frogatu zirkuitu honetako tentsio-irabazia honela kalkula daitekeela: A A v Z out in vs = = Avi vs Zin + RS v ( hfe + 1 ) ( RE // RLoad ) ( + 1 ) ( // ) + out vi = = vin hfe RE RLoad hie ( 1 ) ( // ) ( 1 ) ( // ) ( hfe + 1 ) ( RE // RLoad ) ( + 1 ) ( // ) + vin = vb = ib hfe + RE RLoad + h ie v = v = i h + R R A out e b fe E Load v out vi = = vin hfe RE RLoad hie 121

129 v in A vs Z in = vs R + Z S in ( hfe + 1 ) ( RE // RLoad ) ( 1 ) ( // ) v v v Z Z = = = A = v v v R Z R Z h R R h out in out in in vi s s in S + in S + in fe + E Load + ie e) Frogatu karga-zuzen dinamikoaren malda (i c -v CE planoan) m KZD ~ -1/R E dela (gutxi gorabehera). i v = h + i R R = h + R R c ( 1 ) ( // ) ( 1 ) ( // ) e fe b E Load fe E Load hfe hfe + 1 v = v v = 0 v = i R // R h ( ) ce c e e c E Load fe i v c ce = mkzd = = mkzd hfe ( // ) ( RE // R R ) E R Load h 250 fe E Orain, V CC = 15 V eta R B1 = 50 kω finkauko ditugu. f) Kalkulatu polarizazioa eta kokatu (marraztuz) Q puntua karga-zuzen estatikoan, hiru R B2 hauetarako: 0, 10 k Ω eta 75 k.ω. Analizatu lortutako emaitzak. 122

130 R B2 V th (V) R th ( k ) I B ( A) I C (ma) V CE (V) V CC R B2 R + R B1 B2 R R R R B1 B2 R + th ( β 1) B1 B2 Vth VBEON + + R ( = h fe aplikatuz) E β ( β 1) I B V + I R CC B E 0 Q ,39 < 0 0 etenik 0 15V 10 k Q2 2,5 8k333 7,33 1,83 13,16 75 k Q3 9 30k 29,9 7,47 7,5 Beraz, R B2 =0 erresistentziarekin, transistorea etenik dago (gogoratu laborategiko praktiketan potentziometroaz egin genuena). Ezin du anplifikatu. Zin, Zout, Av formulak ezin dira aplikatu R B2 =0 erresistentziarako. β V 15 V 15 V 15 = IC RE + VCE IC = = β β + 1 R RE 1k E β CE CE CE 15 ma 7,5 I C (ma) KZE Q 3 7,5 Q 2 Q1 13,2 15V V CE (V) g) R B2 horietarako, kalkulatu A v, Z in Z out eta tarte dinamikoa, eta marraztu karga-zuzen dinamikoak. Langunea Z in ( k ) Z out ( ) A vs Tarte dinamikoa R B2 = 0 Etenduran R B2 = 10 k Aktiboan 8k066 21,6 0, Veten ase R B2 = 75 k Aktiboan 26k81 32,7 0,725 Simetrikoa (0-15) m KZD =m KZE =-1/R E Beraz, KZD eta KZD bat datoz. Lehenengo puntuak (Q1-ek) ez digu balio. 123

131 Bigarren puntuarekin (Q2-rekin), etendurarantz dagoen tarteak mugatzen du tarte dinamikoa (etenduran sartzeko, 15-13,16 = 1,84 V; asetzeko, 13,16 V). Hirugarren puntua (Q3) KZDaren erdian dago, eta tarte dinamikoa simetrikoa izango da (vcease=-7,5 V, vceeten=7,5 V). 15 ma 7,5 i C (ma) KZD = KZE Q 3 7,5 1,.2 Q 2 15V v CE (V) h) Hiru R B2 horietarako emaitzak ikusita, zein R B2 erabiliko zenuke? Lehenengo erresistentziak (R B2 = 0) ez digu balio. Noski, etenduran polarizatzen du transistorea. Bigarrenak eta hirugarrenak egokiak izan daitezke. Hirugarrenarekin, sarrerako inpedantzia eta tentsio-irabazia handiagoak dira, eta tarte dinamikoa, berriz, simetrikoa eta oso zabala. Aukerarik onena izan daiteke, beraz. Dena dela, bigarren erresistentziarekin, irteerako inpedantzia baxuagoa da (interesgarria, R load asko jaisten badugu). Polarizazio-p untua b i erresistentziekin da egonkorra (β R E = 250 k >>8k, 30k )(hirugarren erresistentziarekin, ez da bigarrenarekin bezain egonkorra, baino ondo dago). 124

132 ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 4. Irudiko zirkuituan erabili den FETaren parametro nagusiak honako hauek dira: V T = 4 V I DSS = 16mA 4. irudia. Laugarren ariketako anplifikadorea. Datuak: R1 = 1,7 M, R2 = 1,6 M, R3 = 2 k, R4 = 1 k, Rsource = 25 k RLOAD = 2 k a) Zer FET mota da? Marraztu haren asetasuneko ezaugarri-kurba eta adierazi I DSS eta V T. N PASABIDEKO ugaltze (metaketazko) MOSFETa V T = +4V, I DSS = +16mA (I D -V GS ezaugarria asetasunean+kze) b) Identifikatu iturria eta draina, eta kalkulatu polarizazio-puntua. 125

133 33V R I = V = = V G 2 0 G 16 R1+ R2 16V VGS VS = I R4 = ID R4 VGS = 16 V ID R4 ID = (KZE) 1k Asetasunean badago, I D V = IDSS V 1 GS T V V GS V GS 16V VGS VGS I D = = I DSS 1 = 16mA 1 R4 VT 1k 4V 2 2 GS GS GS GS GS 16V V V V V 2 V = 1 1 = V V 8 0 V XX GS VGS VGS + = 0 VGS = 16 16V 16 7 V OK I = 9mA V = 33 I R = = 15V D D 3 V = 1 V < VT Asetasunean dago, ok GD D Seinale txikiko zirkuituari dagokionez: c) Identifikatu egitura. Iturri komuneko egitura (seinalea atetik sartu eta drainetik ateratzen da): 126

134 2 gm = 9mA 16mA = 6 ma/ V 4V d) Kalkulatu tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Z = R // R = 824 kω Z = R = 2kΩ in 1 2 out 3 ( ) ( ) v g v R // R out Av = = v v s gs R // R m gs 3 Load 1 2 [ R // R R ] source R // R 824k24 A = g R R = ma V k = = 1 2 v m 3 // Load 6 / R1// R2 + Rsource 25k+ 824k24 e) Zirkuitu honetan, erabil al daiteke V T eta I DSS berberak dituen n pasabideko JFET bat? Oro har, ezetz pentsa dezakegu: JFETak orekan pasabidea duenez, ezin da ugaltze- MOSFET baten baliokidea izan. ( erantzun hori bilatzen genuen) [Baina zenbait kasutan funtziona zezakeen Hemen, FETa ipintzen badugu, ohi bezala ebazten saiatuz gero, asetasuna onartuz(v G = 16V, eta abar), I D =16mA V GS = 0V, V S = 16 V, V D = 1 V eta V GD = 15V > 0 geratzen zaigu! Hori ezin da soluzioa izan! Izan ere, kasu honetan, muntaketa eginez gero, zuzenean polarizatuko litzateke GS juntura]. 127

135 2013ko maiatza PN JUNTURA DIODOA 2. Juntura latz laua duen siliziozko (n i =10 10 cm -3 ) diodo bati buruz, ezaugarri hauek dakizkigu: N D = cm -3 ø T = 0,921 A = 1 mm 2 (V T = 25mV Si = 1,044 pf/cm) a) Kalkulatu anodoko dopaketa. 2 NA N D ni Dakigunez, φt = VT Ln N 2 A = e ni ND φ T V T N A = cm -3 b) Kalkulatu orekako eskualde hustuaren zabalera eta junturako kapazitatea Formula aplikatuz, l0 = + φt l 0 = 1, cm = 0,11 um q NA ND Eta C J0 = A /l 0 = 0,947 nf (1 nf) c) Kalkulatu orekako eremu elektrikoaren balio maximoa. ½ Emax l 0 =ø T ==> Emax = 2 ø T / l 0 = 1, V/cm Diodoaren serieko erresistentzia ez da aintzat hartzeko modukoa, eta, hortaz, diodoaren portaerak perfektuki jarraitzen dio beheko irudiko Shockleyren ekuazioari. 128

136 1. irudia. Lehenengo ariketako diodoaren I V kurba. d) Kalkulatu diodoaren asetasun-korrontea. Grafikotik datu bat hartuz (adibidez, I D (0.5 V) = 0,5 ma): V D I D V D ID = Isat exp 1 Isat = exp >> 1 ID exp VT V V D T exp 1 VT I sat ~ 1 pa e) Diodoa beheko zirkuituan erabiltzen badugu, V DC = 2 V aplikatuz gero, zenbateko korrontea izango dugu? Zenbateko tentsioa agertuko da diodoan? Eta, V DC = 10 V aplikatzen badugu? 2. irudia. Lehenengo ariketako zirkuitua. 129

137 e1) VDC = 2V Zirkuituak ematen digun ekuazioa hau da: VDC VD 2 VD = = 3kΩ 3kΩ (Kargazuzena) I D Diodoaren I-V ezaugarria: V D 12 V D ID = Isat exp 1 = 10 A exp 1 VT 25mVT Grafikoki zein iteratuz egin daiteke. Grafikoki, karga-zuzena I-V ezaugarriaren gainean marraztuz: V D = 0V I D = 0,66 ma Soluzioa V D = 1V I D = 0,333 ma Iteratuz: ( 2 V ) D I D VDC VD V k D = VT Ln ID VD mv Ln Ω + = = + Isat R 1pA V D =0 V D = 0,50794 V V D = 0,50062 V V D =0,50074 V D =0,50074 Beraz, V D = 0,5 V, eta I D = 0,5 ma. e2) VDC = 10 V Iteratuz, V D 10 VD = 25 mv Ln kω 1 pa V D =0 V D = 0,54818 V V D = 0,54677 V V D =0,

138 Beraz, V D = 0,547 V, eta I D = 3,15 ma. Kasu honetan, grafikoki ezin da egin, iruditik kanpo geratzen da eta. Baina gutxi gorabehera egin daiteke: : VD= 0,5 V hartuz I D = (10 0,5)/3k= 3,17 ma. f) Zure ustez, beheko modeloak ikusita, zein da egokiena diodoaren funtzionamendua modelatzeko? B da egokiena (A baino zehatzagoa da; eta C ez dagokio diodo honi: V y hori baxu samarra eta Rf handiegia dira; aldiz, V y = 0,52 V eta Rf = 6,7 erabiliz, oso ondo egongo litzateke, B) bezain ondo). I D I D I D V γ = 0 R f = 0 V D V γ = 0,5 V R f = 0 V D V γ = 0,4 V R f = 1 kω V D A) B) C) 3. irudia. Ebaluatu nahi ditugun hurbilketak. 131

139 IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 3. Beheko irudiko zirkuituan erabili den BJT transistorearen V BE = 0,7 V eta haren igorle komuneko korronte-irabazia β= 100. Zirkuituari dagokionez, I C = 0,118 ma, Z out = 39 kω eta Z in = 26,09 k Ω izatea nahi dugu. 4. irudia. Bigarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Erantzun honako galdera hauei: a) Kalkulatu R C kolektoreko erresistentzia eta baseko tentsio-banatzailea osatzen duten R B1 eta R B2 erresistentziak. I C = 0,118 ma I B = 1,18uA, I E =0,11918 ma V E = 8,10424 V V B = V E + V BE = 8,80424 V r b = V T /I B = 21,18 k g m = I C /V T = 4,72 ma/v gm vbe=β ib 132

140 Z out = R C R C = 39 k Z in = v b /i s = R th //[r b +(β+1) R E1 ] = 26k09 R th =27k8 V th = V B + I B R th V th = 8.84 V V th = 15/(RB1+RB2)*RB2=15 Rth/RB1 RB1= 47k2 RB2=67k6 V CE = 15 I C R C I E (R E1 +R E2 )= 2,294 V b) Lan-puntua egonkorra al da? Arrazoitu erantzuna. Bai, zeren eta β (R E1 +R E2 )>>R th betetzen baita. c) Kalkulatu tentsio-irabazia eta korronte-irabazia. Magnitude horiek beta parametroaren araberakoak al dira? vout vout vin Av = = v v v s in s v g v ( R // R ) g r ( R // R ) β ( R // R ) = A = = = = v r R r R out m be C L m b C L C L vi v in be b ( 1) E b ( 1) E b β + + β + E1 rb ( r ( β 1) R 1 1 ) vin Zin = = = v R + Z s s in vin Av = Avi = = 4.53 v s 133

141 vin Zin = = = v R + Z s s in vout iload RLOAD vout Zin 26k09 Ai = = = = = i v s in vin RLOAD 50k Z Betarekiko menpekotasuna: v β ( R // R ) R // R = v V in T V + ( β + 1) R + R IC β out C L C L in T E1 E1 IC β -rekiko ia independentea V T Rth // + ( β + 1) RE1 I vin Zin B Rth = = v R + Z V R + R R + R // + ( β + 1) R s s in T S th S th E1 I B β -rekiko nahiko independentea d) Marraztu, grafiko bakarra erabiliz, v s (sarrerako seinalea) eta v ce (kolektore-igorle tentsioaren osagai alternoa) bi kasu hauetan: d1) v s (t) = 300 mv sin(wt) d2) v s (t) = 1 V sin(wt) Arrazoitu lortutako emaitzak. Ikus dezagun tarte dinamikoa: I C 15 VCE 15 VCE = = β k 39k ( RE1+ RE2) + R + C β KZE I C =0,118 ma V CE = 2., V m KZD =-1/(R E1 +(R C //R L ))=-1/25k91 i c i C 0.118mA 1 = = KZD v v 2.294V 25k91 ce CE 134

142 , i C (ma) 0,118 0,139 ic 0.118mA 1 = v 2.294V 25k91 CE I C 15 VCE = 107k68 v CE (V) 2,29 15 i Csat = I C + V CE m KZD =I C +0,0885 ma v CEeten = V CE + I C / m KZD = V CE + 3,057 V Eten baino pixka bat lehenago ase da (baina ez gehiegi, nahiko simetrikoa baita), i c = +0,0885 ma denean. vce= vc-ve = -ic [RC//RL]-(β+1)/β ic RE1] vs= (Zin+Rs)/Zin vin= (Zin+Rs)/Zin ic/β [rb+(β+1) RE1] β + 1 ( R // R ) R = = = Z + R rb + ( β + 1 ) RE k25 Z β C L E1 v ce β k + k v s in S in Beraz, v s =300 mv sin(wt) denean, alternoko v ce = -1,537 sin(wt) izango da, eta (modulua beti 2.,29V baino txikiagoa denez) ez da distortsionatuko. Aldiz, v s =1 V sin(wt) denean, v ce = -5,122 sin(wt) beharko luke, baina 3.,057 V baino handiagoa denean edo -2,29 V baino negatiboagoa denean distortsionatuko da. 135

143 Demagun, orain, igorleko erresistentzia osoa (R E = R E1 +R E2 ) deskoplatzen dugula. e) Nola aldatuko da Q puntua? Egonkorra izaten jarraituko al du? Q ez litzateke batere aldatuko, eta berdin-berdin mantenduko egonkortasuna. litzateke f) Zer gertatuko da A v tentsio-irabaziarekin? Eta tarte dinamikoarekin? Aurreko formulak erabiliko ditugu, R E1 = 0 sartuz. Tarte dinamikoa ez da asko aldatuko, zeren eta Q ez baita aldatzen eta malda gutxi aldatzen baita. m KZD =-1/(0+(R C //R L ))=-1/21k91 i c i C 0.118mA 1 = = KZD v v 2.294V 21k91 ce CE i Csat = I C + V CE m KZD =I C +0,105 ma v CEeten = V CE + I C / m KZD = V CE + 2,58 V Oraindik ere, eten baino pixkatxo bat lehenago ase da, i c = +0,105 ma denean, baina esan genezake tartea ia-ia simetrikoa dela. Irabazia, aldiz, asko aldatuko da. vout β ( RC // RL ) = Avi = = v r + ( β + 1) 0 in b Baina Z in =12k, eta A v = A vi 0,706=-73,04 (lehen -4,32 zen x 17) [Betarekiko menpekotasuna, orain: vout β ( RC // RL ) = v V / I / in T C ( β ) β -rekiko independentea V T Rth // β I vin Zin C = = vs Rs + Zin V T RS + Rth // β I C β -ren araberakoa da. ] 136

144 ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA 4. Beheko irudiko anplifikadorea analizatu nahi dugu. 6. irudian agertzen da erabilitako gailuaren irteerako ezaugarria. 5. irudia. Hirugarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. Datuak: V 1 = 2 V V 2 = -2 V R 1 = 1 k R 2 = 100Ω R 3 = 1 k5 R L = 100Ω a) Esan zer gailu mota den eta identifikatu haren terminalak zirkuituan. n pasabideko JFETa (ikurra ikusita) b) Lortu, arrazoituz, transistorearen parametro karakteristikoak: V T eta I DSS. I D -V DS ezaugarrian, V DS = 3 V balioa finkatuz, asetasuneko I D -V GS ezaugarria marrazteko hiru puntu (datu-pare) ditugu: 137

145 Asetasunean Asetasunean V GS (V) I D (ma) V GS (V) I D V = IDSS V 1 GS T I DSS -0, I DSS (1+0,5/V T ) I DSS (1+0,5/V T ) 2 Beraz, IDSS = 18 ma eta VT = -1,5 V. c) Lortu eta marraztu karga-zuzen estatikoa (6. irudian bertan). 2 V = -2 V + I D R 3 + V DS + I D R 2 I D = (4-V DS )/(R 3 +R 2 ) I D 4 VDS = m KZE = -1/1k6 16 k d) Kalkulatu lan-puntua. I I D D V = IDSS 1 V GS VGS = 18mA T 2 2 V GS = V G -V S = 0 (-2+I D R 3 ) V GS = 2-I D 1k5 I D VGS 2 V = 18mA 1+ = GS VGS 2 VGS 2 2 VGS ( GS ) 18mA = 2mA 3 + 2V = 3 1k ( ) 2 2 ( ) 2mA 1k V + 12V = 2 V GS GS GS V + 12V = 2 V GS GS GS 2 2 GS GS GS GS GS V + 36V = 2 V 12V + 37V + 25 = 0 V GS ± ± 13 1 OK = = = X V GS = -1 V, I D = 2 ma, V DS = 4-I D 1k6 = 0,8 V V G = 0, V S = 1 V, V D = 1,8 V, V GS = -1 V, V GD = -1,8 V V GD < V T, beraz asetasunean gaude, ondo (edo V DS = 0,8 > V DSsat = V GS -V T = 0,5) 138

146 2 1 I D (ma) V GS = V GS = -0, V GS = -1 V DS (V) 6. irudia. Hirugarren ariketan erabiltzen den FETaren irteerako ezaugarria (KZE, Q eta KZD gehitu dira). e) Marraztu seinale txikiko zirkuitua. f) Kalkulatu tentsio-irabazia. Av = g m (R 3 //R L )/[1+g m (R 3 //R L )] = 0,4285 g) Kalkulatu sarrerako eta irteerako inpedantziak. Z in = R 1 139

147 v gs = -V I = -g m v gs + V/R 3 = g m V + V/R 3 Zout = V/I = 1/(gm+1/R3) = 1k5/13 = 115Ω Zout~gm -1 =125Ω 140

148 2012ko uztaila ZIRKUITU DIODODUNAK PN JUNTURA 1. Siliziozko diodo baten ezaugarri nagusiak honako hauek dira: Sekzioa: A = 0,01 cm 2 Anodoko dopaketa: N A = cm -3 Katodoko dopaketa: N D = cm -3 Beste datu batzuk: V T = 25 mv q = 1, C, rsi = 11,8 0 = 8, F/cm n isi = cm -3 a) Kalkulatu juntura horretako potentzial termodinamikoa eta, orekan, hustutako eskualdearen zabalera eta junturako kapazitatea. NA N D Dakigunez φt = VT Ln 2 ø T = 1,036 V ni l φ φt =3, cm= 0,037 m ; rsi 0 0 = + T = + q NA ND q NA ND eta C J0 = A /l 0 = 2, F = 2,82 nf Diodo hori erabiliz, 1. irudiko zirkuitua muntatu dugu. 1. irudia. Lehenengo ariketako b) eta c) ataletako zirkuitua. b) Diodoaren asetasun-korrontea I sat = 10 pa bada, kalkulatu zehatz-mehatz 1. irudiko zirkuituko diodoan agertuko diren korronteak eta tentsioak, sarrerako bi tentsio hauetarako: V = 5 V eta V = -4 V. Zenbat da, gutxi gorabehera, diodoaren atariko tentsioa 5 ma inguruko korronteetarako? Lehenengo kasuan, diodoa zuzenean egongo da, eta ekuazioak honako hauek izango dira: 141

149 5 V = V D + I D 1 k eta I D = I sat [exp(v D /V T )-1] = A [exp(v D /25mV)-1] 5 V = V D V [exp(v D /25mV)-1] V D = 0,025 V Ln[1+(5-V D )/1E-8]. Haren soluzioa honako hau da: V D = mv, I D = 4,502 ma. (Adibidez, iteratuz kalkula dezakegu: V D0 = 0 V D1 = 0,5007 V D2 = 0,4981 V D3 = 0,4981 V). Beraz, V y =0,5 V Bigarren kasuan, diodoa inbertsoan egongo da, eta korrontea oso txikia izango da. Beraz, ez da ia tentsiorik egongo erresistentzian, eta V D = -4 V eta I D = -10 pa. Eta V 1k = -10 nv, eta V D = -3, V (hau da, V D = -4 V) eta I D = -10 pa. Sarrerako tentsioa -4 V d e n e a n, ze n b a t d a ju n t u ra n a ge rt ze n d e n p o t e n t zia l elektrikoa? Eta l, eskualde dipolarraren oraingo zabalera? Eskualde dipolarra oso asimetrikoa da. Zergatik? Batez ere, norantz hedatuko da? Orain, V D = -4 V ø=ø T VD = +5,036 V φ φt V l = + φ l = 0,0815 m (e d o l = l0 = l0 erabiliz) q NA ND φt φt Batez ere, dopaketa txikiena duen eskualderantz hedatuko da hustutako eskualdea, zeren eta x n N D = x p N A betetzen baita (x p = N D /N A x n = 0,01 x n ~ l/100 =0,81 nm). φ = 5,036 V φ (V) p n (C J = 1,28 nf) x (µm) l = 81,5 nm ~ x n c) Diodoaren atariko tentsioa arbuiatuz, lortu 2. irudiko zirkuituari dagokion transferentzia-kurba. 142

150 2. irudia. Aurreko diodoa erabiliz muntatu den zirkuitua. d1) D1 OFF badago, argi dagoenez, eskuineko bi adarrak isolatu egiten dira, eta D2 ON dago: Eta, zirkuitu horretan, i D2 = 4/4R = 1/R v out = 2 V. Eta i D2 > 0, noski. v D1 = v in 2; hipotesia ontzat emateko (D1 OFF egoteko): v D1 < 0 v in < 2 V. Laburbilduz, v in < 2 V bada, D1 OFF, D2 ON eta v out = 2 V. d2) Aurreko arrazoiketatik, v in > 2 D1 ON (ez dugu i D1 >0 egiaztatu behar). Orduan, bi kasu izan ditzakegu: D2 OFF (d2.1) edo D2 ON (d2.2) egon daiteke. Analizatzen errazena B1 izango da. i 2Rout d2.1) D2 OFF d2.2) D2 ON d2.1) D2 OFF Argi ikusten denez, v out = 2/3 v in. Eta, hipotesia ontzat emateko, v D2 <0 4-v out <0 4-2/3 v in <0 v in > 6 V 143

151 (eta i D1 > 0 v in >0). Hortaz, v in > 6 V denean, D1 ON, D2 OFF eta v out = 2/3 v in. Eta, beraz, B2 kasuan egongo gara, baldin eta 2 < v in < 6 tartean badago. [Jadanik arrazoitu dugunez, ez da berriro egiaztatu behar, baina egiaztatuko dugu] Eta, orduan, i D1 = (v in -v out )/R; i D2 = (4-v out )/2R i 2Rout = v out /2R; I 2Rout = i D1 + i D2 denez, v out /2R = (v in -v out )/R + (4-v out )/2R v out = 1+v in /2. Laburbilduz: Kasua Tartea D1 D2 Vout(vi) A vi<2 OFF ON 2 B2 2<vi<6 ON ON 1+v in /2 B1 vi>6 V ON OFF 2/3 v in Eta, grafikoki, transferentziaren kurba honela geratzen da: 144

152 BASE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA irudiko transistore bipolarrari dagokionez, V BE = 0,5 V eta β = irudia. Bigarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. a) Kalkulatu transistorearen polarizazio-puntua. Polarizazio-zirkuitua planteatu (f = 0 Z kondents =, v in = 0), eta basetik ezkerrerantz geratzen den zirkuituaren Thevenin baliokidea kalkulatuko dugu: V RC =I C R C = β I B R C I C =β I B I B V CE V RTH (β+1) I B V RE = I E R E V RE = (β+1) I B R E V TH = 15 V /(R B1 +R B2 ) R B2 = 2,5 V R TH = R B1 //R B2 = 1k6666 Ondoren, aktiboan gaudela onartuz (I C ~b I B ), base-igorle sareari dagokion ekuazioa planteatuko dugu: 145

153 ( β ) ( ) ( β 1) V = V + V + V V = I R + V + + I R I TH RTH BE RE TH B TH BE B E B VTH VBE 2.5V 0.5V = = = 10.95µ A R R 1k k TH I = β I = 1.971mA C B I = I + I = 1.982mA E B C E V = 15 I R = V V = I R = 1.98 V V = 2.48V C C C E E E B V = V V = 9.08V > 0 Eta, beraz, aktiboan dago, bai. CE C E Grafikoki, KZE erabiliz: β + 1 VCC VCE 15 VCE VCC = IC RC + VCE + IC RE IC = IC β β + 1 R 2k 1k C + R + E β i C 5 ma KZE 1,.97 ma Q 9,08 V 15 V v CE Ikusten dugunez, Q puntua etenduratik hurbilago geratzen da asetasunetik baino. b) Transistorea edo tenperatura aldatzen direnean, lan-puntu hori asko aldatuko da ala egonkortzat jo daiteke? Zergatik? Transistorearen β edo tenperatura aldatzen badira, Q puntua mugituko da, noski, baina nahiko egonkorra izango da, zeren eta β R E = 180kΩ>> R TH =1.67 kωbaita. c) Kalkulatu zirkuituko tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Seinale txikiko zirkuitua planteatzen dugu, Z C =0, V CC 0 eta transistorearen zirkuitu baliokidea ipiniz (r b = V T /I B = 2k28 eta g m = I C /V T = 78,8 ma/v ). 146

154 Erraz ikusten denez: ( // ) ( ) ( ) v = v v = g v R R in be out m be C LOAD v gm vbe RC // R out LOAD Av = = = gm RC // RLOAD = v v in Sarrerako inpedantzia kalkulatzeko: Z in be vin vin vin 1 1 = = = = = = 12.46Ω i in ir + i in in E r g b mv v v be + gm ( vin ) + + gm ma/ V R r R r 1k 2k28 E b E b Izan ere: Z in 1 VT g = I = Ω m C [Irteerako inpedantzia, kasu honetan, nahiko erraz kalkulatzen da beheko zirkuitua erabiliz: Z out = V/I = R C (zeren eta orain v be =0 baita)] d) Marraztu nolakoa izango den irteerako seinalearen forma baldin eta sarreran aplikatzen dugun seinalea v in = 20 mv sin (2 ft ) b a d a (f = 200 Hz). KZDa kalkulatzeko, hasteko, malda kalkulatzen dugu: m KZD = i c /v ce = g m v be / [-g m (R C //R L ) v be -(-v be )]= g m / [-g m 1k v be +1] ~ -1/ 1k v CE_etendura = 9,08 + 1,97mA 1k = 11,05 V 147

155 i Csat = 1,97 + 9,08V/1k= 11,05 ma Asetasunean sartu baino lehenago, ase egingo da. i C 5 ma 1.97 ma KZE KZD 9.08 V V 15 V v CE 20 mv sin (wt) aplikatuz v out = 1,58 V sin(wt), ez dago distortsiorik. Sarrerarekin fasean dagoen seinale sinusoidal garbia da (78,8 aldiz handiagoa). R B2 aldatuz gero, transistorearen lan-puntua karga-zuzen estatikoan zehar mugituko dugu, eta, orobat, guztiz aldatuko dugu seinale txikiko erantzuna. e) Nola aldatzen da irabazia R B2 aldatzen dugunean? Tentsio-irabazia bikoiztu nahi badugu, zenbat izan behar du R B2 erresistentziak? Nolako eragina izango du aldaketa horrek tarte dinamikoan? Eta nola aldatuko lirateke sarrerako eta irteerako inpedantziak? [Atal honetan, onartu egonkortasunerako baldintza betetzen dela] Itxura batean, tentsio-irabazia ez da R B2 -rekin aldatzen, baina polarizazioak g m finkatzen du, eta, beraz, R B2 -k tentsio-irabazia markatzen du. 148

156 ( B2 ) ( ) vout I function R C A = = g ( R // R ) = ( R // R ) = R // R v V V v m C LOAD C LOAD C LOAD in T T Tentsio-irabazia kolektoreko korrontearen araberakoa da, eta R B2 erresistentziarekin aldatzen da hori. Izan ere, Av bikoitza lortzeko, I C bikoitza beharko genuke (I C = 3.94 ma), eta, horretarako behar den RB2 erresistentzia kalkulatzeko: I V B TH IC VTH VBE VTH VBE VTH 0.5 = = 21.9µ A= β R + β + 1 R β + 1 R k = 4.463V ( ) ( ) ( ) TH E E Eta, horretarako: VTH = 15 V /(10 k +RB2) RB2 RB2=4k236 (Hurbilketarik gabe, R B2 =4k3261) Irteerako inpedantzia ez da aldatuko, baina sarrerakoa bai: Z inberria = 6,28Ω f) Tarte dinamiko simetrikoa lortu nahi badugu, zenbat izan behar du R B2 erresistentziak? Tarte dinamiko simetrikoa lortzeko: 2IC 1 I = mkzd = = 2V 1kΩ V CE C CE 1 IC IC IC = = 1k V β + 1 CE 15V 2k I 1 15V 3k I C k I C β 15V 15V 3k IC IC 1k IC = = 3.75mA 4kΩ C i C 5 ma 3,75 ma KZD KZE 3,75 V 15 V 9,08 V v CE VTH VBE 181 Eta, horretarako: 3.75mA = IC VTH = mA 1k = 4.271V β + 1 R 180 β E 149

157 R 15V 15V 10k V = V = V R = k TH B B k+ R 10k B2 + 1 k RB2 RB (hurbilketarik gabe, R B2 = 4,059 k ) [OHARRA: Soluzio honetan, asetasuneko v CE =0 hartu dugu, baina badaude bestelako aukerak. Izan ere, v CEsat = V BEQ = 0,5 V har daiteke (horixe egiten da i C -v CB kurba eta V CB = 0 erabiltzen direnean). Edo oso ohikoa den v CEsat = 0,2 V ere har daiteke. Balio horiek hartuz gero, noski, emaitzak (pixka bat) aldatuko lirateke]. 150

158 INBERTITZAILE DIGITALA irudiko zirkuitua muntatu nahi dugu, MOS transistoreak erabiliz. Transistoreen ezaugarri-kurbak 5.a. eta 5.b. irudietan agertzen dira. 4. irudia. CMOS teknologia erabiliz eraikitako inbertitzaile digitala. V GS = 5V V GS = -5V V GS = 4V V GS = - 4V V GS = 3V V GS = - 3V V GS 2,5V V GS -2,5V 5. irudia. M1 (ezker.) eta M2 (eskuin.) transistoreen ezaugarri-kurbak. a) Esan zer transistore motatakoak diren M1 eta M2, identifikatu haien terminalak eta lortu (grafikoetatik) haien parametro bereizgarriak. M1: N pasabideko ugaltze (metaketazko) MOSFETa da. Atariko tentsioa: V T = 2,5 V (V GSoff ). I DSS kalkulatzeko, asetasuneko edozein puntu har dezakegu (adibidez, gorriz adierazi duguna), eta ekuazioa aplikatu: 2 2 V GS 5V I D = I DSS 1 50mA = I DSS 1 I DSS = 50mA VT 2.5V M2: P pasabideko ugaltze (metaketazko) MOSFETa da. Atariko tentsioa V T = -2,5 V (V GSoff ). 151

159 I DSS kalkulatzeko, asetasuneko edozein puntu har dezakegu (adibidez, gorriz adierazi duguna), eta ekuazioa aplikatu: 2 2 V GS 5V I D = I DSS 1 50mA = I DSS 1 I DSS = 50mA VT 2.5V b) Marraztu M1 eta M2 transistoreen I D -V GS asetasuneko transferentziaezaugarriak. M 1 I D -2.5 V I D V GS +2.5 V V GS M 2 c) M1 transistoreari dagokionez, zenbat da haren pasabidearen erresistentzia, V GS = 0 denean? Eta, V GS = 5 V kasuan, M1ek eskualde ohmikoan (hau da, V DS oso txikiekin) lan egiten badu? V GS = 0 denean, ez dago pasabiderik R pasabidea =. V GS = 5 V denean, aldiz, V DS tentsioarekin aldatuz joango litzateke. Baina, eskualde ohmikoan (V DS txikiekin), ia konstantea izango da. Adibidez, biribil urdin batez adierazi den puntuan, gutxi gorabehera: R pasabide = V DS /I D = 0,25 V / 10 ma = 25 Ω. 4. irudiko zirkuitua inbertitzaile digital bat da. Aplikazio honetan, transistoreek etenduran edo eskualde linealean (hau da, ohmikoan) lan egingo dute (OFF edo ON, hurrenez hurren). d) Aurreko ataleko emaitzak kontuan hartuz, esan (6. irudiko zirkuituetako) zein dagokien sarrerako seinalearen honako balio hauei: v in = 0 V, v in = 2,5 V eta v in = 5V. Kasu bakoitzerako, zenbat izango da v out? 152

160 V in V GS1 M1-en Egoera V GS2 M2-ren Egoera Zirkuitua 0 0 OFF R= -5 ON 25 Ω a 5 V 2,5 2,5 OFF R= -2,5 OFF R= c 2,5 V 5 5 ON 25 Ω 0 OFF R= b 0 V v out a) b) c) 6. irudia. d) ataleko seinaleei dagozkien zirkuitu baliokideak. e) Nolakoa izango da, gutxi gorabehera, zirkuituaren transferentzia-kurba (v out -v in )? Azaldu zein den, zure ustez, zirkuituaren funtzioa. Inbertitzen du: (a) Sarreran dagoenaren kontrakoa agertzen da irteeran. a) b) c) 7. irudia. Zirkuituaren transferentzia-kurba posibleak. 153

161 2012ko maiatza PN JUNTURA 1. Juntura latz laua duen diodo bat karakterizatzeko, honako zirkuitu hau muntatu dugu: 1. irudia. Lehenengo ariketako diodoaren I V kurba neurtzeko zirkuitua. Zirkuitu hori erabiliz, honako neurketa hauek hartu dira: V (V) V R (V) ,529 3,508 5,497 7,489 9,483 I D =VR/R ,53 3,51 5,5 7,49 9,48 0 ma ma ma pa pa ma ma ma ma ma V D = V-V R -5 V -5 V ,471 0,492 0,503 0,511 0,517 a) Marraztu diodoaren I-V kurba, adierazi baliorik esanguratsuenak eta erantzun galdera hauei: zer diodo mota dugu? Zenbat da haren atariko tentsioa, baldin eta korrontea miliampere batzuen ingurukoa bada? Parametro horietaz gainera, zer balio interesgarri ateratzen d(it)uzu diodoariburuz? 154

162 Zener diodo bat da, V Z = 5 V-eko hausturako tentsioa duena. 5 ma inguruko korronteetan, atariko tentsioa V y =0,5 V da. Haren asetasun-korrontea I sat = 10 pa da (-4V - 10 V bitarteko edozein balio erabiliz). Diodo hori erabiliz, zirkuitu hau muntatu dugu: V A 2. irudia. Diodoaren aplikazio zirkuitua. b) Lortu eta marraztu zirkuituaren transferentziaren funtzioa. Horretarako, onartu diodoen atariko tentsioa V y = 0,5 V dela eta V Z = 5V. Zertarako balio du zirkuitu honek? Diodoetatik ez da korronterik izango baldin eta ez badaude D1 Hausturan eta D2 ON (V A =5,5V) edo D1 On eta D2 Hausturan (V A =-5,5 V). Bestela (diodoetatik korronterik ez badago). v out = 100/102 Vin eta v A =101/102 V in. Lehenengo kasuan (V A =5,5V) bagaude, v out = 5,5 100/101 V (v in >102/101 5,5 V). 155

163 Bigarren kasuan (V A =-5,5V) bagaude, v out = -5,5 100/101 V (v in <-102/101 5,5 V). Gutxi gorabehera: zirkuituak tentsioei pasatzen uzten die -5,5 eta 5,5 bitartean badaude. Hortik gorakoak badira, mugatu egiten ditu, eta irteerako seinalea beti dago [-5,5 eta 5,5] artean. Zehatz-mehatz Gutxi gorabehera vi D1 D2 vout vi D1 D2 vout vi<-5,55 ON HAUST -5,44 vi<-5,5 ON HAUST -5,5-5,55<vi<5,55 Korronterik ez 0,99 vi -5,5<vi<5,5 Korronterik ez vi vi>5,55 HAUST ON 5,44 vi>5,5 HAUST ON 5,5 [ESKA ZITEKEEN: Marraztu nolako uhin-forma agertuko litzatekeen irteeran baldin eta sarreran v in = 15 V sin(wt) seinalea aplikatzen bada.] (Marrazkietan, gutxi gorabeherako soluzioa irudikatu da) 156

164 Orobat, badakigu diodoak 0,1 cm 2 -ko sekzioa duela, eta, -1 V-eko tentsioa (inbertsoa) aplikatzen dugunean, junturan agertzen den potentzial elektrikoak honako bilakaera hau du espazioan: 1,95 V φ (V) x (µm) -0,15 µm 3. irudia. Junturan agertzen den potentziala V pn = -1 V polarizazioa aplikatzen denean (juntura metalurgikoa x=0 planoan dago; eskualde dipolarrak eskuineko eskualde neutrorantz duen zabalera ez da aintzat hartzeko modukoa). Erantzun galdera hauei: c) Zenbat da ø, eskualde neutroen arteko potentzial aldea? Eta ø T potentzial termodinamikoa? Iruditik: ø=1,95 V. Eta, dakigunez: ø=ø T V ==> ø T = 0,95 V. d) Aplikatzen ari garen polarizazio-tentsiorako, zenbat da l, hustutako eskualdearen zabalera? Eta junturako kapazitatea (C J )? Iruditik: l = 0,15 um(1, cm). Teoriatik/definiziotik: C J =A /l = 6,962 nf (7 nf). e) Zenbat dira magnitude horiek oreka termodinamikoan (l 0 eta C J0 )? T Dakigunez: C = J C φ φ J0 CJ0 CJ φ = l = l φ 0 T φt φ Eta, beraz: l 0 = 0,1047 um, e t a C J0 = 9,97 nf (10 nf). [Aurreko atala atera ez bada, h urren gorako, h artu ø T = 0,9 eta l 0 = 10-5 cm] f) N D >>N A onartuz, zenbat da anodoko dopaketa? Eta katodokoa? 157

165 Datuak: n i =10 10 cm -3, V T = 25 mv, q = 1, C, rsi = 11,8; 0 = 8,85 pf/m l φt = + φ φ N 0 T T A 2 q NA ND q NA q l 0 2 φ (edo N A ) 2 q l Beraz: N A = 1, cm NA N D ni Eta φt = VT Ln N 2 D = e ni NA φ T V T N D = 2, cm

166 IGORLE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA irudiko zirkuituko transistore bipolarrari dagokionez, V BE = 0,7 V e t a β= irudia. Bigarren ariketako zirkuitu anplifikatzailea. a) Kalkulatu transistorearen polarizazio-puntua. Transistorea edo tenperatura aldatzen badira, lan-puntua egonkorra izango al da? Zergatik? R V V R R R B2 TH = 18 = 7 TH = B2// B1=8k555 RB2 + RB 1 Aktiboan dagoela onartuz (hipotesia eginez): V = I R + V + ( I ) R TH B TH BE E E ( β β ) V V = I R + ( I + I ) R = I R + I + ( + 1) I + I R TH BE B TH C B E B TH B C0 B E 159

167 ( β β 0 ) ( β ) β V V = I R + ( + 1) I + ( + 1) I R TH BE B TH B C E V V = I R + ( + 1) R + ( + 1) I R I TH BE B TH E C0 E V V ( β + 1) I R V V TH BE C 0 E TH BE B = = RTH + ( β + 1) RE RTH + ( β + 1) RE C B C0 B 30,06µ A I = β I + ( β + 1) I β I = 6,0127 ma (-I E =6,0428 ma) V = 12 I R ( I ) R = 5,94V (eta, beraz, aktiboan dago) CE C C E E Laburbilduz: Q I C = 6 ma, V CE = 6 V; β R E >>R TH egonkorra da. b) Bigarren hurbilketan, zenbat da (zehatz-mehatz) V BE, baldin eta I E0 = 0,1 pa eta I C0 = 0,3 pa badira? V IE α R I C I = α I I exp V = V Ln BE E R C E0 BE T VT IE0 No n α R = α F I E0 /I C0 = B F /(B F + 1) I E0 /I C0 = 0, Eta, beraz, V BE = 610,6 mv. V BE V BE IE = αr IC IE0 exp = αr( αfie + IC0) IE0 exp VT VT ( αα ) ( 1 αα ) V I αi I 1 = α I I exp V = V Ln BE E R F R C0 E R F R C 0 E0 BE T VT IE0 ( 1 ) I E αα R F VBE VT Ln = 610,4 mv I E0 c) Marraztu, 5.a irudian, karga-zuzen estatikoa, eta adierazi Q puntua. β + 1 VCE = 18 IC RC ( IE ) RE 12 IC RC + RE β β + 1 VCE = 18 IC RC ( IC IC0 ) RE β I C 18 VCE 18 V β + 1 R 2k C + RE β CE (eta hori irudikatu da,urdinez, 5. irudian ) 160

168 d) Kalkulatu, R load erresistentziaren arabera, zirkuituaren tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Seinale txikiko zirkuituan, r b = V T /I B = 831,6Ω eta g m = I c /V T = 240,5 ma/v. Erraz ikusten denez, Z = R // r = 758Ω eta Z = R = 1kΩ in TH b Zin v = v = 0,938 v Z + R be source source in source Zin vout = gm vbe ( RC // RL ) = vsource gm ( RC // RL ) Z + R out C in source vout Zin Av = = gm ( RC // RL) = 225, 6 ( RC // RL) v Z + R source in source e) Zenbat da tentsio-irabazi maximoa dakarren R load erresistentzia? Maximoa izango da R L infinitua ipiniz gero: A v RLoad_infinitu = - 225,6. f) Marraztu, 5. irudian, R load = 100 MΩ erresistentzia erabiliz lortzen den karga-zuzen dinamikoa. Nolakoa da tarte dinamikoa? Marraztu, orobat, zer itxura izango duen irteerako seinaleak, sarrera v s = 20 m V sin (2wt ) b a d a (f = 200 Hz). Eta, sarrerako anplitudea 30 mv bada? Hasteko, kzd-aren malda kalkulatuko dugu: m kzd ic ic ic 1 1 = = = = = v v i ( R // R ) (1 kω//100 MΩ) 1k ce c c C L Eta, beraz, badakigu noiz sartuko garen etendurara eta asetasunera: 161

169 ETENDURA: i C = 0 v CEeten = V CEQ - I CQ /m kzd ~ 6 V + 6mA 1k = 12 V ASETASUNA: v CE ~0 i Csat = I CQ - V CEQ m kzd ~ 6mA + 6V/1k = 12 ma [5. irudian, karga-zuzen dinamikoa gorriz irudikatu da] m kzd 1 ic 6mA = = 1k v 6V CE Beraz, tarte dinamikoa (gutxi gorabehera) simetrikoa geratzen da. Irteerako seinaleak distortsiorik gabe har dezakeen puntako balioa 6 V da. Eta, erdiziklo negatiboan, berdin: -6 V. Hori dela eta, sarrerako lehenengo anplitudearekin (20 mv), ez dago distortsiorik (v outp = 4,5 V), baina, bigarrenarekin (30 mv), bai (6,77 mv). i C (ma) 14 ma 12 ma 10 ma 8 ma 6 ma Q 4 ma 2 ma v CE 6V 12V 18 V 5. irudia. a) Transistorearen ezaugarri-kurbak (karga-zuzenak gainean marrazteko). b) Irteerako seinalearen uhin-formak marrazteko ardatzak. 162

170 ITURRI KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA irudiko zirkuitua eta hango transistorearen asetasuneko transferentziaren kurba erabiliz (I D vs V GS, ikus 7. irudia), erantzun honako galdera hauei: 6. irudia. Hirugarren ariketako anplifikadorea. a) Zer transistore mota dugu? Eman haren parametro karakteristikoak. Zirkuitu-ikurra ikusita zein asetasuneko I D -V GS ikusita, argi dago N pasabideko ugaltze (edo metaketazko) MOSFETa dela. Ezaugarritik, V T = V GSoff = 4V. Eta I DSS = I Dsat (0V) edo I Dsat (2 V T ) = (grafikotik) =4 ma. [Bestela, edozein puntu hartuz eta I D V = IDSS V 1 GS b) Kalkulatu transistorearen polarizazio-puntua. T 2 erabiliz, I DSS = 4 ma] 163

171 Zirkuitua analizatuz, I G =0 denez, V S = I D R S V D = V G = 20-I D R D V GD = 0 V (eta, beraz, pasabidea itota dago drainaren aldean) V GS = 20-I D R D - I D R S Eta, beraz, I D = (20-V GS )/(R D +R S ). Grafikoki erraz ikusten denez: V GS = 8 V eta I D = 4 ma [Analitikoki ere egin daiteke, noski: 2 2 VGS 20 V GS VGS V GS I D = 4mA 1 = = 20 VGS 4 V 3 k V V ( ) GS GS ± + Vok VGS = 20 VGS 3 5V GS 8= 0 VGS = = 4 4 3/2 1, 33 V ( x) I D 20 VGS 20 V = = R + R 3kΩ S D GS 7. irudia. Lehenengo transistorearen asetasuneko transferentziaren kurba. c) Marraztu seinale txikiko zirkuitua, eta kalkulatu tentsio-irabazia eta sarrerako eta irteerako inpedantziak. Seinale txikiko zirkuitua hau izango da: 164

172 i Non gm = I D I DSS = 4 ma 4mA = 2 ma/ V V 4V T Hau da, iturri komuneko egitura bat dugu (igorle komunekoaren antzekoa, beraz). Zirkuitu honetan: v gs = v s ( ) vout = i1 gm vgs ( RD // Rload ) vs v out vout = gm vs ( RD // Rload ) RG v v v = gm vs R // R R R out s out D load G G vout + = vs gm RD // Rload RG RG 1 gm v RG out 1 Av = = = gm ( RD // Rload // RG ) gmrd 4 v 1 1 = s + RG R // R R D load G vs vs M Ω Zin = = = RG = RG = RG = = 200kΩ i1 ( vs vout ) vout 1 1 Av 1+ gmrd 1+ 4 RG v s Z out kalkulatzeko, honako zirkuitu hau analizatu behar dugu: v gs =0 denez, i d =0 izango da, eta Z out = V/I = R D //R G ~ 2k 165

173 Orain, aldaketa nabarmena sartzeko transistorea aldatuko dugu: p pasabideko JFET bat erabiliko dugu, honako parametro hauek dituena: I DSS = 4 ma eta V T = 1 V. d) Zer aldaketa agertzen dira polarizazio-zirkuituan? Kalkulatu lan-puntua. Aldaketa nabarmena dago, bai, zeren eta, kasu honetan, draina eta iturria lekuz aldatzen baitira: draina beheko terminala izango da; iturria, goikoa. Ebazpena, dena dela, erraz egiten da bi hipotesi onartuz: Bi junturak alderantziz polarizatuko dira (I G =0). Asetasunean lan egingo dugu: 2 2 V GS VGS I D = I DSS 1 = 4mA 1 VT + 1V (gero, hipotesi horiek egiaztatu beharko ditugu) Hala gertatzen bada, I G =0 denez, V GS =0 V eta I D = - 4mA izango da. Eta orduan, V D = 4 V, V G = V S = 20-8 = 12 V. Beraz, V GS =0 V (ok) eta V GD = 8 V. Beraz, junturak ez daude zuzenean polarizatuta, eta pasabidea itota dago drainaren aldean: hipotesiak egiaztatu ditugu. e) Eta, seinale txikiko zirkuituari eta anplifikatzeari dagokienez, zer aldaketa nagusi daude? [Hau ere galdera logikoa izango zen: Zenbat da oraingo A v?] 166

174 Seinale txikiko zirkuitua hau izango da: i 1 Non 2 2 gm = I D I DSS = 4 ma 4 ma = 8 ma/ V V 1V T Ikusten dugunez, guztiz bestelakoa izango da emaitza, zeren eta drain komuneko egitura bat baitugu (kolektore komunekoaren antzekoa, beraz). [Ez zen eskatzen, baina, zirkuitu honetan, honela kalkulatuko litzateke tentsioirabazia: v i1 = R gs G ; vgs 1 vout = ( i1 + id ) ( RD // RLoad ) = + gmvgs ( RD // RLoad ) = vgs + gm ( RD // RLoad ) RG RG 1 vs = vout + vgs = vgs + gm ( RD // RLoad ) + 1 RG 1 + gm ( RD // RLoad ) v R out G gm RD 16 Av = = = = 0,9411 vs 1 gm RD gm ( RD // RLoad ) + 1 RG Z in = v s /i 1 =v gs (g m R D +1)/(v gs /R G )= R G (g m R D +1)= 17 M Eta, irteerako inpedantzia kalkulatzeko: 167

175 v gs = -V; I= -g m vgs + V/R D + V/ R G = g m V + V/ 2k + V/1M Z out = V/I = 1/ (g m + 1/R D + 1/ R G ) = (RG//RD//gm-1) = 117Ω ] 168

176 2011ko ekaina PN JUNTURA ZIRKUITU DIODODUNAK irudiak siliziozko pn junturako diodo baten I-V kurba ematen digu. 1. irudia. Lehenengo ariketako I-V kurba. Datuak: n i =10 10 cm -3, V T = 25 mv, q = 1, C, rsi = 11,8; 0 = 8,85 pf/m a) Zenbat da diodo diodoaren atariko tentsioa ma tartean? Ikusten denez, V ingurukoa da. Adibidez, 0,52 V. b) Zenbat da, gutxi gorabehera, haren asetasun-korrontea? Shockley aplikatzen badugu (efektu erresistiboak arbuiatzen baditugu), I=I sat [exp(v/v T )-1] da, eta I sat = I / [exp(v/v T )-1]. Adibidez, (0,5 V, 25 ma) puntua hartuz: 5,15E-11 A = 51,5 pa; (0,525 V, 70 ma) puntua hartuz, I sat = 5,31E-11 A = 53,1 pa. Hortaz, esan daiteke 50 pa ingurukoa dela. Dakigunez, diodoaren sekzioa 0.1 cm 2 da, katodoko dopaketa N D = cm -3 eta potentzial termodinamikoa 0,806 V. c) Zenbat da anodoko dopaketa? φ ( V ) 2 N N ni φ A D T = VT Ln N T 10 2 A = exp = cm ni ND T

177 d) Eta junturako orekako kapazitatea? A Si A rsi 0 CJ 0 = = l0 2 rsi φt q ND ND l = 1.03E 4cm= 1.03 µ m C = 1.02E 9F = 1nF 0 J 0 Diodo hori erabiliz, 2. irudiko zirkuitua muntatu dugu. 2. irudia. Diodoaren aplikazio-zirkuitua. e) Zer zirkuitu mota da? Irudikatu, diodoaren atariko tentsioa kontuan hartuz, zirkuitu honen transferentziaren kurba. f) Marraztu nolakoa izango den irteerako seinalea baldin eta sarreran v in = 15 V sin(wt) aplikatzen bada. Uhin osoko zuzentzaile bat da (erdiziklo positiboan, D1 eta D2 diodoek eroaten dute; negatiboan, D3k eta D4k). Diodoen ukondoko tentsioa gutxi gorabehera 0.52 V dela jotzen badugu: vin (V), vout(v) vin vout time(s) 170

178 3. irudia. Diodoaren aplikazio-zirkuitua (bigarren atala). Orain, kondentsadore bat (nahiko kapazitate handia duena, RC>>T lortzeko modukoa), erresistentzia batzuk eta 10 V-eko zener bat gehituko ditugu. g) Zenbat izango da irteerako seinalearen osagai zuzena (hots, jarraitua)? Nolakoa izango litzateke, idealki, irteerako osagai alternoa? Lehenengo, kondentsadorearen efektua ikusiko dugu. Tentsioa mantentzen saiatzen da, eta, sarrerako seinaleak puntako balioa (maximoa zein minimoa) hartzen duen unetik aurrera, diodoak OFF geratzen dira, eta kondentsadorea pixkanaka deskargatuko da 100 R erresistentziatik. Seinalearen forma zerra-hortz batena izango da. Haren balio maximoak 15V-2 Vy izaten jarraituko du. Txikiena, aldiz, pixka bat txikiagoa izango da. Ondoren, zenerrak mugatu, erregulatu egiten du. Irteerako tentsioa 10 V-eko seinale zuzen (purua) izango litzateke idealki (laborategiko bigarren praktikan, kizkurdura-faktore oso txiki bat neurtu genuen). Tentsio zuzeneko iturri edo sorgailu txiki bat da. 171

179 ZIRKUITU TRANSISTOREDUNAK irudiko zirkuituan erabiltzen den transistore bipolarrari dagokionez, V BE = 0,6 V eta β = 150 dira. Eremu-efektukoaren ezaugarri nagusiak, berriz, honako hauek dira: V T = 4 V eta I DSS = 8 ma. 4. irudia. Bigarren ariketako zirkuitua. a) Kalkulatu bi transistoreen polarizazio-puntuak. Draineko korronteari dagokionez, FETaren ezaugarrien araberakoa al da? Zerk finkatzen du? Transistore bipolarra aktiboan eta JFETa asetasunean daudela jotzen badugu: 10 VBE VB = 0 = VBE + I R R ( 10) 2 E E + I R = = ma E R I RE I = β B µ A IC I R 1.987mA 2mA E β + 1 = = β + 1 = Eremu-efektuko transistorea n pasabideko JFET bat da: V T =-4V; I DSS =8mA. I = I = I = 1.987mA 2mA D S C 2 V 2 ( ) GS I V ok D ID = IDSS 1 VGS = VT 1 V ± T I = DSS 6 V( X) E 172

180 V GS =-2 V (zehazkiago -2,0066V) I G =0 V G =0 V S = V C = 2 V V D = 15 I D R D = 8,4 V V CE = V C V E = 2 (-0.7) = 2.7 V > 0 Beraz, BJTa aktiboan dago. V GD = V G V D = 0 8,4 V < V T = -2 V Beraz, JFETa asetasunean dago. Transistore bipolarrak finkatzen du draineko korrontea (noski, JFETak 2 ma onartu behar ditu, R G tentsio egoki batera konektatu behar da, R D ezin da handiegia izan, eta abar). b) Kalkulatu zirkuitu honetako tentsio-irabazia. Ba al du eraginik erabiltzen den sorgailuaren barneko inpedantziak? ARRAZOITU ERANTZUN GUZTIAK. Seinale txikian, BJTak ez du parte hartzen (lurrera, erreferentziara konektatuta daude c eta b). Non 2 2 gmfet = I DSS I D = 8 2 ma / V = 2 ma / V V 4 T Z in = 1 0 M Z out = 3.3 k ( // ) v g R R v A = = = g R R ( // ) out mfet D Load gs in v mfet D Load v Z source in + Rsource v Zin Rsource gs + Zin A v = -5,38 (R source =0 izango balitz, -5,41) Muntaketa honetan, sorgailuaren barneko inpedantziak eragin txikia du, zeren eta sarrerako inpedantzia (Z in = 10 MΩ) oso handia baita. Z 173

181 BASE KOMUNEKO ANPLIFIKADOREA irudiko zirkuituan erabili den transistorearen sarrerako eta irteerako ezaugarri-kurbak (I B vs V BE eta I C vs V CE ) 6. irudikoak dira irudia. Zirkuitu anplifikatzailea. Datuak: VCC = 14 V, Ci = inf., R B1 = 12 k, R B2 = 4 k R E = 2 k, R LOAD = 1 k I B I C 4 ma I B = 20 µa 20 µa 3 ma 2 ma I B = 15 µa I B = 10 µa 1 ma I B = 5 µa 0.5V V BE I B = 0 V CE 6. irudia. Transistorearen I-V kurbak. Erantzun honako galdera hauei: a) Zenbat da transistorearen β? Transistorea ideala izango ez balitz, zer aldaketa ikusiko genituzke kurbetan? 6. irudiko eskuineko aldean ikusten denez, I C /I B = 200. Hori da, beraz, β. Transistore errealetan, hiruzpalau efektu nagusi ikusiko genituzke: 174

182 - Sarrerako I B -V BE kurba ez litzateke bakarra izango (ezberdina da modu aktiboan eta asetasunean), eta, gainera, malda finitua izango lukete. - Irteerako kurbek malda txiki bat izango lukete tarte aktiboan (hemen, nulua da), batez ere Early efektua dela eta. Gainera, beta=i C /I B erlazioa ez litzateke konstantea izango kolektoreko korronte guztietarako (kurben arteko aldea ez litzateke berdina izango). b) Kalkulatu, R C -ren arabera, polarizazio-korronte eta tentsioak. Orobat, kalkulatu zein den R C posibleen tartea transistorea aktiboan egoteko. Irudikatu R C erresistentziaren muturreko balioetarako karga-zuzen estatikoak, eta adierazi Q lan-puntuak. Vth= 14/(12+4) 4=3.5V Rth=12k//4k=3k Vth VBE I B = = µ A IC = 1.481mA 1.5mA R + + R TH ( β 1) E I RE =1.489 ~ 1.5 ma β VCE = VCC IC RC + RE 0 RC = 7k33 β 1.5 Rc maximoa 7k33 da (zehazkiago 7k44). Minimoa 0 izango da. I C VCC VCE = β + 1 RC + R β E 175

183 I C 3,5mA 14 V IC = 4k R C =2k CE R C =0 I C 14 V = 2k CE 1,5mA Q RC=2 Q RC=2 Q RC=0 R C =7k33 14 V IC = 9k33 CE V CE c) Marraztu seinale txikiko zirkuitua eta kalkulatu tentsio-irabazia. Zenbat da irabaziaren balio maximoa? Zer Rc-rekin lortzen da? r b = V T /I B = 25mV/7,407mA = 3k375 g m =I C /V T = 59,24 ma/v (60mA/V) vsource v source 1 i = g v = g ( v ) = v + g RE // rb RE // rb RE // rb i m be m source source m ( // ) ( ) ( // ) ( // ) v = g v R R = g v R R A = g R R out m be C Load m source C Load v m C Load Tentsio-irabazi maximoa RC handienarekin lortuko da. Infinitu izango balitz A v = gm 1k= 59,24 (~60). Baina gure R C handiena 7k33 da, eta, horrekin, A v =52,13. Hori bai, RC horrekin ez dugu tarte dinamikorik, ia asetasunean gaude eta. 176

184 d) Kalkulatu, R C -ren arabera, sarrerako eta irteerako inpedantziak. Z Z in out vin vsource 1 = = = = 16.66Ω i 1 1 in iin + + gm R r V = = R I C E b e) Marraztu nolakoa izango den irteerako tentsioa baldin eta R C = 2 k e t a v_source = 40 mv sin(wt) bada. 3,5mA 1,5mA I C, i C R C =2k KZD i Q RC=2 C vce 8V 1.5mA 1 k// 2k I KZE C 14 V = 4k CE V CE, v CE 8 14 I C =1,5 ma, V CE = 8V, Av=39,5, m KZD =i c /v ce ~-1/(1k//2k)= -1/(0,666k) Distortsiorik ez balego, v out = A v v source = 39,5 40 mv sin(wt) =1,58 V sin(wt). v = 8 + v = 8 + v v = 8 + A v v mv sin( wt) CE ce c e v s s i = 1.5mA + i = 1.5 ma g v = 1.5mA ma sin( wt) C c m s Baina distortsioa ager daiteke: v = 0 v = 207.8mV v = 8V CE s _ ase out min i = 0 v =+ 25 mv v = A 25mV = 0.99V C s _ eten out max v Hau da, 8 V-eko tartea dago asetasunerantz; etendurarantz, 1 V (1,5mA/m KZD ). V C = ,58 sin(wt) V (distortsiorik ez dagoen bitartean). 177