ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 31 ΣΥΝ ΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ Η συνδεσµολογία κοινού εκποµπού φαίνεται στο σχήµα 31 Είναι η πιο συχνά χρησιµοποιούµενη συνδεσµολογία διότι απαιτεί µικρά ρεύµατα στην είσοδο Η είσοδος σε αυτή τη συνδεσµολογία είναι οι ακροδέκτες της βάσης και του εκποµπού και η έξοδος είναι οι ακροδέκτες του συλλέκτη και του εκποµπού Σχ31 Συνδεσµολογία κοινού εκποµπού (npn) Σε αυτό το npn τρανζίστορ τα ηλεκτρόνια ξεκινούν από τον εκποµπό και πηγαίνουν προς τον συλλέκτη, οπότε το βέλος στο σύµβολο πάλι δείχνει την συµβατική φορά του ρεύµατος Για να αναλύσουµε την λειτουργία πάλι θα ξεκινήσουµε από την επαφή του εκποµπού αλλά πρέπει να προσέξουµε ότι για να πολωθεί ορθά στα npn τρανζίστορ θέλει V E >0,7V, δηλαδή αντίθετο πρόσηµο από αυτό των pnp τρανζίστορ Σχ32 Χαρακτηριστική εισόδου (α) και εξόδου (β) Στο σχήµα 32α βλέπουµε ότι η είσοδος λειτουργεί σαν δίοδος, δηλαδή µε µία τάση περίπου 0,7V έχουµε «ανοίξει» την επαφή και το τρανζίστορ άγει και µε µικρή διακύµανση της τάσης V E έχουµε µεγάλη διακύµανση στο ρεύµα
V V E E VT VT = e 1 e (31) S S Με αυτή την τάση οι φορείς (ηλεκτρόνια) περνάνε την από την περιοχή του εκποµπού στην περιοχή της βάσης Οι φορείς δεν θέλουµε να περάσουν στον ακροδέκτη της βάσης αλλά να προχωρήσουν προς τον συλλέκτη Για να το πετύχουµε αυτό, (όπως στη συνδεσµολογία κοινής βάσης) το τρανζίστορ έχει µικρό πλάτος στην περιοχή της βάσης και εµείς πολώνουµε την επαφή του συλλέκτη ανάστροφα, για να σπρώξουµε προς τον συλλέκτη όσοι φορείς µπούνε στην περιοχή φορτίων χώρου της επαφής του συλλέκτη Εδώ αξίζει να σηµειώσουµε ότι για ορθή λειτουργία και στα pnp αλλά και στα npn τρανζίστορ πρέπει να πολώσουµε την επαφή εκποµπού-βάσης ορθά και την επαφή συλλέκτη-βάσης ανάστροφα Όµως η ορθή πόλωση για τα npn τρανζίστορ είναι V E =0,7V ενώ για τα pnp τρανζίστορ είναι V E =0,7V Στην χαρακτηριστική εξόδου (σχ32β), βλέπουµε ότι για u E από 0V µέχρι περίπου 0,2V (δυναµικό κόρου V Esa t=0,2v) το ρεύµα αυξάνει απότοµα Αυτή η περιοχή ονοµάζεται Περιοχή κόρου Η περιοχή µεταξύ της χαρακτηριστικής =0 και του άξονα Χ ονοµάζεται Περιοχή αποκοπής και αντιστοιχεί στην περίπτωση που δεν σπρώχνονται φορείς από τον εκποµπό προς την βάση Η περιοχή µεταξύ αποκοπής και κόρου ονοµάζεται Γραµµική περιοχή και είναι η περιοχή όπου ισχύει V V = Ι = S 1 S και η τιµή του ρεύµατος συλλέκτη είναι σχεδόν ανεξάρτητη από την τάση u E (Η τιµή του β και κατά συνέπεια και του µειώνεται µε πολύ αργό ρυθµό όσο αυξάνει το ρεύµα E E VT VT β β e e (32) 32 ΤΟ JT ΣΑΝ ΙΑΚΟΠΤΗΣ Μία από τις πιο συνηθισµένες αλλά και πιο απλές εφαρµογές του τρανζίστορ είναι η χρήση του ως διακόπτης Η συνδεσµολογία του φαίνεται στο παρακάτω σχήµα 33α Σχ33 Συνδεσµολογία διακόπτη (α) και ευθεία φόρτου (β)
Το τρανζίστορ ελέγχεται από την τάση V E αν θα άγει και η τιµή του ρεύµατος ελέγχει την τιµή του =β Οπότε, όταν συνδέουµε την πηγή Ε δίνουµε την απαιτούµενη τάση (0,7V) για να άγει το τρανζίστορ και µέσω της αντίστασης ελέγχουµε την τιµή του ρεύµατος βάσης E 0,7 E = + VE = (33) Αν επιθυµούµε το φορτίο µας να διαρρέεται από ρεύµα Ι (sat), πόσο πρέπει να είναι το Ι ; Αυτό είναι ένα συχνό ερώτηµα Καταρχήν πρέπει να διευκρινίσουµε ότι η τάση πάνω στο φορτίο και η τάση V E δεν είναι ανεξάρτητες, εποµένως έχει σηµασία η τιµή που θα διαλέξουµε V = V + V = V + E E (34) Όπως φαίνεται όσο µεγαλύτερη τάση στο φορτίο θέλουµε, τόσο µικρότερη θα είναι η V E Όµως δεν µπορούµε να µειώσουµε την V E κάτω από 0,2V διότι από την γραµµική περιοχή το τρανζίστορ θα µπει στην περιοχή κόρου, όπου και το ρεύµα συλλέκτη πέφτει Μία λύση θα ήταν να αυξήσω την τάση τροφοδοσίας V σε πολύ µεγάλη και έτσι να έχω τη δυνατότητα να δώσω µεγάλο ρεύµα Αυτή δεν είναι η πιο σωστή λύση, διότι αν χρησιµοποιώ τάση V = V VE (35) στο φορτίο τότε µένει τάση V E πάνω στο τρανζίστορ που προκαλεί θέρµανση του τρανζίστορ (P= V E ) και επίσης χρησιµοποιούµε άνευ λόγου µία µεγαλύτερη πηγή τροφοδοσίας Εποµένως, αν θέλουµε να χρησιµοποιήσουµε ρεύµα Ι (sat) πάνω στο φορτίο, το βέλτιστο είναι να έχουµε τάση V E =0,2V=V Esat (σηµείο Α στο σχ33β), και αυτό επιτυγχάνεται µε ρεύµα βάσης mn του οποίου η τιµή υπολογίζεται µε την παρακάτω σχέση 1 1 V VEsat mn ( sat) = (36) β β Με µικρότερη τιµή ρεύµατος βάσης µπαίνουµε στην περιοχή κόρου χαµηλότερα, πάνω σε χαρακτηριστική µε µικρότερη τιµή ρεύµατος, ενώ µε µεγαλύτερη τιµή ρεύµατος βάσης θα µπούµε στην περιοχή κόρου πιο αριστερά (σηµείο Α ) Μεταβατικοί χρόνοι Ένα άλλο θέµα που προκύπτει στο κύκλωµα αυτό είναι η ταχύτητα του διακόπτη Λόγω των φορτίων που δεσµεύονται στην περιοχή φορτίων χώρου, δηµιουργείται µία κατανοµή ηλεκτρονίων (αρνητικά φορτία) στη µία πλευρά της επαφής και οπών (θετικά φορτία) στην άλλη πλευρά της επαφής, ακριβώς όπως συµβαίνει και σε ένα επίπεδο πυκνωτή Αυτή η «χωρητικότητα» της επαφής προκαλεί ορισµένους περιορισµούς στην ταχύτητα γιατί όταν το τρανζίστορ οδηγείται από την αποκοπή στο κόρο ή στην γραµµική περιοχή (και το αντίθετο) πρέπει ο πυκνωτής να φορτιστεί (και να εκφορτιστεί), δηλαδή τα φορτία να περάσουν από τη µία περιοχή της επαφής στην άλλη και να δεσµευτούν (και το αντίθετο) Αυτοί οι µεταβατικοί χρόνοι φαίνονται στο παρακάτω σχήµα 34 και υπολογίζονται συνήθως για µετάβαση από το 10% έως το 90% της τιµής
Χρόνος καθυστέρησης Χρόνος ανόδου Χρόνος έναρξης Χρόνος αποθήκευσης Χρόνος καθόδου Χρόνος αποκοπής t d (delay tme) t r (rse tme) t on = t d + t r t s (storage tme) t f (fall tme) t off = t s + t f Σχ34 Μεταβατικοί χρόνοι του τρανζίστορ (β) σε βηµατική είσοδο (α)
33 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ Το πιο απλό κύκλωµα ενισχυτή κοινού εκποµπού φαίνεται στο παρακάτω σχήµα και έχει τον εκποµπό συνδεµένο κατευθείαν στη γείωση Σχ35 Ενισχυτής κοινού εκποµπού µε γειωµένο τον εκποµπό Για την εξήγηση της λειτουργίας του ενισχυτή είναι απαραίτητο να µιλήσουµε πρώτα για την D και ευθεία φόρτου Ευθείες φόρτου Από το κύκλωµα του σχ(36) βλέπουµε ότι το ρεύµα (D ρεύµα) διαρρέει µόνο την αντίσταση και το τρανζίστορ, ενώ ρεύµατα διαρρέουν τις αντιστάσεις και L και το τρανζίστορ Για τα D και µεγέθη ισχύουν αντίστοιχα τα σχήµατα 36β και 36γ Σχ36 Ενισχυτής κοινού εκποµπού (α) και τα D (β) και (γ) ισοδύναµά της εξόδου Συµβολίζουµε µε d την αντίσταση που διαρρέει το D ρεύµα και a αυτήν που διαρρέει το ρεύµα, δηλαδή d = και a = // L (37) Αν σχηµατίσουµε την ευθεία φόρτου χρησιµοποιώντας µόνο τα D µεγέθη θα φτιάξουµε την D ευθεία φόρτου V = V + (38) E d
Λύνοντας προς έχουµε την D ευθεία φόρτου 1 V = VE + (39) d d Προφανώς είναι VE = V d (310) και για τα a µεγέθη ue = a (311) Προσθέτοντας κατά µέλη τις 310 και 311 και αντικαθιστώντας µε βάση τις σχέσεις u E = ue + VE και = (312) καταλήγουµε στην σχέση ue = a ( ) + V d (313) και λύνοντας ως προς το µικτό ρεύµα 1 V ( d a ) = ue + (314) a a έχουµε την ευθεία φόρτου 1 V ' = ue + (315) a a όπου V ' (316) = V ( d a ) Η σχέση 315 ονοµάζεται ευθεία φόρτου παρά το ότι συσχετίζει το σύνθετο ρεύµα και τη σύνθετη τάση u E Όπως είναι φανερό η λειτουργία του ενισχυτή θα στηρίζεται πλέον στην ευθεία φόρτου επειδή υπάρχουν και τα δυο είδη των µεγεθών, δηλαδή τα D και τα Σχ37 D και ευθείες φόρτου Αν δεν έχω τάσεις το σηµείο λειτουργίας θα βρισκόταν επάνω στην D ευθεία φόρτου Η τοµή των δύο ευθειών µας δίνει το σηµείο ηρεµίας Q (όταν δεν έχω τάσεις) αλλά κατά την εφαρµογή της τάσης u s το σηµείο λειτουργίας θα κινείται πλέον πάνω στην ευθεία φόρτου και όχι στην D ευθεία φόρτου
Λειτουργία του ενισχυτή Η τάση εισόδου υ s προκαλεί ένα ρεύµα στη βάση του τρανζίστορ και µία αντίστοιχη τάση υ e Το συνολικό ρεύµα της βάσης κυµαίνεται µεταξύ δύο τιµών 1 και 2, όπως φαίνεται στη χαρακτηριστική εισόδου στο σχ38α Στο παράπλευρο σχήµα 38β και πάνω στην ευθεία φόρτου φαίνονται τα δύο ακραία σηµεία q 1, q 2 που αντιστοιχούν στα παραπάνω ρεύµατα βάσης 1 και 2 Το σήµα της εξόδου αναπτύσσεται στα κοινά άκρα των L, και του τρανζίστορ (σχ36γ) Σχ38 Λειτουργία του ενισχυτή Πόλωση Mε την τιµή της καθορίζουµε το ρεύµα πόλωσης Με δεδοµένο το ρεύµα, σηµειώνοντας ότι = /β και θεωρώντας ότι V E =0,7V, η τιµή της θα είναι V VE = (317) / β Επιζητούµε συνήθως να έχουµε τη δυνατότητα να πάρουµε τη µέγιστη δυνατή διακύµανση του ρεύµατος ή της τάσης υ Ε, τοποθετώντας το σηµείο πόλωσης Q στο µέσον της ευθείας φόρτου Αυτό εξηγείται επαρκώς στο σχ39 Σε περιπτώσεις όπου απαιτείται µικρότερη κατανάλωση ισχύος, το σηµείο Q τοποθετείται σε χαµηλότερο σηµείο ρεύµατος, αλλά τότε θα παίρνουµε µικρότερο µέγιστο πλάτος σήµατος Για να βρούµε τη συνθήκη ώστε το Q να είναι στο µέσον της ευθείας φόρτου, στην εξίσωση 314 για u E =0 θέτουµε (0)=2 Έτσι θα έχουµε V ( d a ) V ' 2 = 2 = (318) a a Από την παραπάνω σχέση βρίσκουµε ότι το ρεύµα πόλωσης θα πρέπει να καθορίζεται ως εξής
V = (319) d + a Πάλι µε την βοήθεια της εξίσωσης 314 βρίσκω την τιµή της τάσης V E av VE = (320) + d a Σχ39 Επιλογή του σηµείου λειτουργίας στο µέσο της ευθείας φόρτου για αποφυγή ψαλιδισµού ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Στο παρακάτω σχήµα βλέπουµε το a ισοδύναµο του κυκλώµατος Σχ310 ισοδύναµο του κυκλώµατος του σχ35 Αντίσταση εισόδου Η αντίσταση εισόδου του ενισχυτή είναι ue = re = r + rπ rπ = ( β + 1) re βre (321) όπου r η δυναµική αντίσταση της περιοχής της βάσης, r π η δυναµική αντίσταση της επαφής βάσης εκποµπού και r e η δυναµική αντίσταση του εκποµπού dve VT r e = = d E E (322) όπου V T =26mV Η παραπάνω σχέση προκύπτει παραγωγίζοντας και κατόπιν αντιστρέφοντας την σχέση
V V E ES ES Η συνολική αντίσταση εισόδου που περιλαµβάνει και την είναι ' = // βr (324) E E VT VT = e 1 e (323) e Αντίσταση εξόδου Η συνολική αντίσταση εξόδου του ενισχυτή είναι ' o = (325) διότι προσεγγιστικά η αντίσταση εξόδου που βλέπουµε προς τον συλλέκτη είναι άπειρη (το ρεύµα δεν εξαρτάται από την τάση u e ) Απολαβή τάσης Η τάση εξόδου είναι u o = ( // L ) = ' (326) όπου = // L = a, ενώ η τάση εισόδου είναι u = βre (327) Εποµένως η απολαβή τάσης είναι uo ' ' u = = = (328) u βre re Αν θελήσουµε να υπολογίσουµε την ολική απολαβή τάσης, δηλαδή την έξοδο σε σχέση µε την πηγή u s αντί την τάση εισόδου του τρανζίστορ (u =u e ), θα συµπεριλάβουµε τον διαιρέτη τάσης της εισόδου (s, ) για να εκφράσουµε την u =u s /( + s )=K u s και θα έχουµε us = K u = u (328β) + s Απολαβή ρεύµατος Η απολαβή ρεύµατος του τρανζίστορ είναι = = β (329) και η απολαβή ρεύµατος του ενισχυτή (µε το φορτίο) είναι L ' = = (330) + L Αν θελήσουµε να υπολογίσουµε την ολική απολαβή ρεύµατος, δηλαδή ως προς το ρεύµα της πηγής us, θα συµπεριλάβω και τον διαιρέτη ρεύµατος της εισόδου (, ) οπότε θα έχουµε L L L s = = = = = M M o (330β) + + s s s s L
Παράδειγµα 31 Στο παρακάτω κύκλωµα να υπολογιστούν Α) Για Vs=1V, V=10V, =1KΩ, =10KΩ και β=100, το δυναµικό V E Σε ποια περιοχή λειτουργίας είναι το τρανζίστορ; ) Για Vs=1V, V=10V, =1KΩ και β=100, τι τιµή θα έχει η ώστε V =5V; Λύση: ) Το τρανζίστορ κρατά V E =0,7V για να άγει Vs = V + V V = 1 V 0,7V = 0, E 3 V 0,3V = = = 0, 03m 10KΩ Το ρεύµα συλλέκτη είναι = β = 100 0,03m = 3m Εποµένως η τάση βρίσκεται VE = V = V V = 10 V = 10V 3m 1KΩ = 10V 3V VE = 7V Το τρανζίστορ είναι στη γραµµική περιοχή, διότι η περιοχή κόρου περιορίζεται µέχρι τα V E =0,2V Το τρανζίστορ θα ζεσταίνεται αρκετά γιατί θα δίδεται σε αυτό θερµική ισχύς P=V E ) Ισχύει Αλλά V = V + V V = V V = 10 V 5V V = 5V = V 5V 5m = = = 5m β = 5m = = 0, 05m 1KΩ 100 V Vs VE 0,3V = = 0,05m = = = 6ΚΩ 0,05m V
Παράδειγµα 32 Για τον ενισχυτή του παρακάτω σχήµατος δίνονται V =10V, =1ΚΩ, L =4ΚΩ, s =50Ω και β=100 Να προσδιοριστεί η ώστε το Q να βρίσκεται στο µέσο της ευθείας φόρτου και στη συνέχεια να προσδιοριστούν οι απολαβές τάσης και ρεύµατος, καθώς και οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του ενισχυτή Επίσης να βρεθεί η το µέγιστο πλάτος (p-p) της πηγής us ώστε το σήµα να µην ψαλιδίζεται Λύση: 1) Για τις αντιστάσεις έχουµε = = 1ΚΩ d 1 4 και a = // L = = 0, 8ΚΩ 1+ 4 Από τη σχέση (319) βρίσκουµε V 10 = = = 5, 56m d + a 1+ 0,8 Εποµένως το ρεύµα βάσης είναι 5,56 = = = 55,6µ β 100 Εποµένως η αντίσταση θα έχει την τιµή V VE 10 0,7 V = = = 167ΚΩ 55,6 µ 2) Για την αντίσταση εισόδου έχουµε 26mV 26mV re = = 4, 68Ω 5,56m Εποµένως η αντίσταση εισόδου είναι = β r e = 100 4,68 = 468Ω ενώ αν συµπεριλάβω και την θα είναι ' = // β r = 167ΚΩ // 468Ω 468Ω e 3) Για το ρεύµα οι δύο αντιστάσεις και L είναι µεταξύ τους παράλληλες και ισοδύναµες µε την αντίσταση ' = = 0, 8ΚΩ a
Άρα η απολαβή τάσης του τρανζίστορ θα είναι ' 800 u = = = 171 re 4,68 ενώ η ολική απολαβή θα είναι ' 468 us = u = ( 171) = 154 ' + 468 + 50 s 4) Η απολαβή ρεύµατος του τρανζίστορ είναι = = β = 100 και η ολική απολαβή ρεύµατος είναι 167 1 s = = 100 = 19,9 + + 167 + 0,468 1+ 4 L 5) Η αντίσταση εξόδου είναι = = 1ΚΩ o 6) Από τη σχέση (316) βρίσκουµε V ' = V ( d a ) = 10 (1 0,8) 5,56ΚΩ m = 8, οπότε το µέγιστο πλάτος της εξόδου είναι uo ( p p) = V ' = 8, 89V Εποµένως το µέγιστο πλάτος της πηγής u s θα είναι V ' 8,89 us ( p p) = = V = 57, 7mV 154 89 us V
34 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΜΕ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΤΟΝ ΕΚΠΟΜΠΟ Ο ενισχυτής κοινού εκποµπού µε αντίσταση φαίνεται στο παρακάτω σχήµα Οι διαφορές µε το προηγούµενο κύκλωµα (µε γειωµένο τον εκποµπό) είναι η αντίσταση στον εκποµπό και ο διαιρέτης τάσης στη βάση για πόλωση του ενισχυτή Με τον διαιρέτη τάσης σταθεροποιείται σηµαντικά το σηµείο λειτουργίας, το οποίο ολισθαίνει µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας και επίσης επηρεάζεται από την ανοµοιογένεια των χαρακτηριστικών από τρανζίστορ σε τρανζίστορ Με την αντίσταση στον εκποµπό αυξάνει η αντίσταση εισόδου του ενισχυτή µε αποτέλεσµα η ενίσχυση της τάσης να είναι αρκετά ανεξάρτητη από τις παραµέτρους του τρανζίστορ και τις µεταβολές τους Σχ310 Ενισχυτής κοινού εκποµπού µε αντίσταση στον εκποµπό ΚΑΙ D ΕΥΘΕΙΕΣ ΦΟΡΤΟΥ Για να σχηµατίσουµε τις ευθείες φόρτου πρέπει να εκφράσουµε τις d και a Από το σχήµα 311 φαίνεται ότι d = + e και a = e + // L (331) Οι εξισώσεις που είχαµε βγάλει για τον ενισχυτή κοινού εκποµπού µε γειωµένο τον εκποµπό είναι γενικές και ισχύουν και στον ενισχυτή µε αντίσταση στον εκποµπό D ευθεία φόρτου 1 V = VE + d d (332) ευθεία φόρτου όπου 1 u V ' = E + (333) a a V ' (334) = V ( d a )
Σχ311 D (α) και Α (β) ισοδύναµα της εξόδου ΠΟΛΩΣΗ ΤΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ Σε σχέση µε τον ενισχυτή µε γειωµένο τον εκποµπό όπου είχαµε στη βάση µία αντίσταση, σε αυτό το κύκλωµα έχουµε ένα διαιρέτη τάσης αποτελούµενο από τις αντιστάσεις 1 και 2 Αν αντικαταστήσουµε το διαιρέτη τάσης µε το ισοδύναµο του κατά Thevenn, θα προκύψει το κύκλωµα του σχήµατος 312 Σχ312 Ισοδύναµο κύκλωµα πόλωσης Οι τιµές της και της V είναι // 12 2 = 1 2 = και V = V (335) 1 + 2 1 + 2 Αν θέλουµε, γνωρίζοντας το σηµείο πόλωσης, να υπολογίσουµε τις 1 και 2 V V 1 = και 2 = (336) V V V Βλέπουµε ότι και V εξαρτώνται µεταξύ τους Σε ποιο από τα δύο όµως θα δώσουµε αυθαίρετη τιµή ώστε µετά να υπολογίσουµε το άλλο; Προτιµότερο είναι να δώσουµε αυθαίρετη τιµή στην, διότι η τιµή της επηρεάζει άλλους παράγοντες Όσο µικρότερη τιµή έχει τόσο καλύτερη σταθεροποίηση του σηµείου ηρεµίας, αλλά όσο µεγαλύτερη τιµή έχει τόσο µεγαλύτερη ενίσχυση Ανάλογα µε την χρήση
επιλέγουµε την τιµή της, ενώ όταν δεν υπάρχει προτίµηση συνήθως επιλέγουµε ίση µε το 1/10 της τιµής της ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Με τη βοήθεια του σχήµατος 313 θα υπολογίσουµε τις απολαβές Σχ313 Ισοδύναµο κύκλωµα Αντίσταση εισόδου Για να υπολογίσω την αντίσταση εισόδου είναι χρήσιµο να εκφράσω την τάση εισόδου σε σχέση µε το ρεύµα εισόδου και µετά να σχηµατίσω το πηλίκο τους u = ue + e ( + ) = ( β + 1) re + ( β + 1) e (337) οπότε η αντίσταση εισόδου είναι u = = ( β + 1)( re + e ) βe (338) Αντίσταση εξόδου Η αντίσταση εξόδου για το τρανζίστορ ισούται πρακτικά µε άπειρο, για τους ίδιους λόγους µε τον ενισχυτή µε γειωµένο τον εκποµπό ( o = + e = ), ενώ η αντίσταση εξόδου για τον ενισχυτή συµπεριλαµβάνει και την και είναι ' = // = // = (339) o o Απολαβή τάσης Η τάση εξόδου, θεωρώντας και φορτίο L στην έξοδο, είναι u o = ' = β' (340) όπου ' = // L (341) Η τάση εισόδου είναι u = = ( β + 1)( e + re ) βe (342) οπότε η απολαβή τάσης του ενισχυτή µε το φορτίο προκύπτει uo β' ' u = = = (343) u β e e
Απολαβή ρεύµατος Η απολαβή ρεύµατος του τρανζίστορ, όπως του ενισχυτή µε γειωµένο τον εκποµπό, ισούται µε = = β (344) Αν θελήσω να υπολογίσω την απολαβή του ενισχυτή (µε το φορτίο) θα συµπεριλάβω και τον διαιρέτη ρεύµατος που σχηµατίζεται από τις και L ' = = β (345) + + L L
Παράδειγµα 33 Να υπολογισθούν οι αντιστάσεις 1, 2 του ενισχυτή του παρακάτω σχήµατος ώστε η αντίσταση εισόδου να είναι ίση µε 10 ΚΩ και το σηµείο πόλωσης να βρίσκεται στο µέσον της ευθείας φόρτου Να θεωρηθεί ότι e >>r e Λύση: Η αντίσταση εισόδου, εφόσον e >>r e, είναι βe = // βe = βe + όπου µε αντικατάσταση κατά Thevenn, 12 = + 1 2 Λύνοντας ως προς, έχουµε = βe 100 0,5 10 500 = = = 12, ΚΩ 100 0,5 10 40 5 βe Για να είναι το σηµείο πόλωσης στη µέση της ευθείας φόρτου θα πρέπει η πτώση τάσης πάνω στις δύο αντιστάσεις και e, όπως και η V E, να είναι το µισό της V Εποµένως V ( + e ) = 2 οπότε V 24 24 = = = = 2, 67m 2( + e ) 2(4 + 0,5) 9 Εάν ο διαιρέτης τάσης 1, 2 αντικατασταθεί κατά Thevenn, από το βρόχο της βάσης θα έχουµε 2,67 V = + e + VE = 12,5 + 0,5 2,67 + 0,7 = 2, 37V β 100 Το ισοδύναµο κατά Thevenn προκύπτει από τις σχέσεις 12 2 = και V = V 1 + 2 1 + 2 από τις οποίες παίρνουµε V 12,5 24 1 = = = 127ΚΩ V 2,37 και = V 12,5 24 = = 13, ΚΩ 24 2,37 9 2 V V
35 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΜΕ ΠΥΚΝΩΤΗ ΣΤΟΝ ΕΚΠΟΜΠΟ Η ύπαρξη της αντίστασης e ελαττώνει την ενίσχυση τάσης στην προσεγγιστική τιµή του λόγου -' / e Με µηδενισµό της αντίστασης e, αυξάνουµε την ενίσχυση στην προσεγγιστική τιµή του λόγου /r e σύµφωνα µε τη σχέση (328) εδοµένου όµως ότι η αντίσταση e έχει σκοπό να σταθεροποιήσει το σηµείο λειτουργίας, είναι απαραίτητη για το συνεχές ρεύµα Για τους παραπάνω λόγους τοποθετούµε έναν πυκνωτή στα άκρα της e, ο οποίος να έχει µικρή τιµή αντίστασης στις συχνότητες του σήµατος, δηµιουργώντας, έτσι µηδενική αντίσταση µεταξύ εκποµπού και γης για το σήµα Σχ314 Η τοποθέτηση της e αυξάνει την αντίσταση εισόδου του ενισχυτή Είναι φανερό ότι η ύπαρξη της χωρητικότητας e δεν επιδρά στο συνεχές ρεύµα και εποµένως στον ρόλο που παίζει η αντίσταση e για τη σταθερότητα του σηµείου πόλωσης Έτσι, για το ρεύµα, η αντίσταση µεταξύ εκποµπού και γης είναι η r e, ενώ για το D ρεύµα πόλωσης είναι η e Η προσθήκη της e αφήνει την d ανεπηρέαστη διότι το D ρεύµα διέρχεται πάλι από την και e, ενώ αποκλείει τη συµµετοχή της e στην a, καθότι το ρεύµα διέρχεται από την παράπλευρη χωρητικότητα e, έτσι θα είναι a = (346) και = + (347) d e Αντίσταση εισόδου Η αντίσταση εισόδου θα είναι = βr e ενώ αν συµπεριλάβουµε και τον διαιρέτη τάσης = ( // ) // ' 1 2 (348) (349) Αντίσταση εξόδου Η αντίσταση εξόδου για το τρανζίστορ είναι o =, ενώ η αντίσταση εξόδου του ενισχυτή είναι ' = // (350) o o
Απολαβή τάσης Η απολαβή τάσης για τον ενισχυτή είναι και η ολική απολαβή τάσης είναι ' us = ' + s u = (351) re u ' = ' + s re (352) Απολαβή ρεύµατος Η απολαβή ρεύµατος στα άκρα του τρανζίστορ είναι = = β (353) ενώ αν συµπεριλάβουµε και τον διαιρέτη τάσης στην είσοδο = = ' (354) + + Παράδειγµα 34 ίνεται ο ενισχυτής του παρακάτω σχήµατος µε V =12V, =0,5ΚΩ, e =0,5ΚΩ, 1 =40KΩ, s =600Ω, β=100 Ζητούνται: α) Να σχεδιασθεί η D ευθεία φόρτου και στη συνέχεια να σχεδιασθεί η ευθεία φόρτου ώστε το Q να είναι στο µέσον της β) Να υπολογισθεί η 2 γ) Να βρεθεί η αντίσταση εισόδου του ενισχυτή δ) Να βρεθεί η ολική απολαβή και να υπολογισθεί το u s (p-p)max Λύση: Α) Τα σηµεία της D ευθείας φόρτου επί των αξόνων είναι V=V =12V και =V / d = V /( + e ) = 12/1 = 12m Εφ όσον το Q είναι µέσον της ευθείας φόρτου το ρεύµα πόλωσης θα είναι V V 12 = = = = 8m + ( + ) + 1,5 d a e
Εποµένως τα σηµεία της ευθείας φόρτου επί των αξόνων θα είναι στον οριζόντιο άξονα των τάσεων V ' = V ( d a ) = 12 (1 0,5) 8 = 8V και στον κατακόρυφο άξονα των ρευµάτων V ' / = 8/ 0,5 = m a 16 Β) Έχουµε VE = e = 0,5 8 = 4V οπότε V = VE + VE = 4 + 0,7 = 4, 7V Επίσης είναι 8 = = = 0, 08m 100 100 Το ρεύµα δια της 1 είναι V V 12 4,7 7,3V 1 = = = = 0, 183m 1 40 40ΚΩ Έτσι θα έχουµε 2 = 1 = 0,183 0,08 = 0, 103m και τελικά V 4,7V 2 = = = 45, 6ΚΩ 0,103m 2 Γ) Είναι και Επίσης έχουµε r e 26mV 26mV = = = 3, 25Ω 8m = β = 100 3,25 = 325Ω r e
οπότε 1 // 2 40 45,6 = 40 // 45,6 = = 21, 3ΚΩ 40 + 45,6 21,3 0,325 = ( 1 // ) // = = 0, 320ΚΩ 21,3 + 0,325 ' 2 ) Βρίσκουµε την ολική απολαβή του ενισχυτή Έχουµε 500 u = = = 154 r 3,25 ' 320 K = = = 0,348 ' + s 320 + 600 και us = K u = 0,348 ( 154) = 53,6 Από την ευθεία φόρτου βλέπουµε ότι u o (p-p)=v =8V, οπότε uo ( p p) 8 us ( p p) = = = 0, 149V 53,6 e us