ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 8: Ενισχυτές με διπολικά τρανζίστορ Χατζόπουλος Αλκιβιάδης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχ. Υπολογιστών
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σχεδιασμός ενοτήτων: 1. Ημιαγωγική δίοδος 2. Ένωση pn 3. Τρανζίστορ FT 4. Πόλωση των FT - Ισοδύναμα κυκλώματα 5. Ενισχυτές με FT 6. Διπολικό τρανζίστορ (BJT) 7. Πόλωση των BJT - Ισοδύναμα κυκλώματα 8. Ενισχυτές με διπολικά τρανζίστορ 9. Ενισχυτές με ενεργό φορτίο 10. Κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων 4
ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΜΕ ΔΙΠΟΛΙΚΑ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ
Περιεχόμενα ενότητας 1. Εισαγωγή βέλτιστη επιλογή σημείου λειτουργίας (διαφ. 7-9) 2. Ενισχυτής κοινού εκπομπού (διαφ. 10-19) 3. Ενισχυτής κοινής βάσης (διαφ. 20-22) 4. Ενισχυτής κοινού συλλέκτη (διαφ. 23-26) ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Η/Υ 6
Τύποι ενισχυτικών βαθμίδων Ενισχυτής κοινού εκπομπού. Ενισχυτής κοινής βάσης. Ενισχυτής κοινού συλλέκτη. 7
Ευθεία φορτίου ac και βέλτιστη επιλογή σημείου ηρεμίας στον ενισχυτή κοινού εκπομπού (1/2) i C i C (max) i c = - ( 1 / ac ) υ ce ΑC ευθεία φόρτου i = υ C C ac V CC C + I CQ Q (I, V ) CQ CQ I C = -V C /( C + ) + V CC /( C + ) DC ευθεία φόρτου 0 V CQ υ C (max) V CC υ C 8
Ευθεία φορτίου ac και βέλτιστη επιλογή σημείου ηρεμίας στον ενισχυτή κοινού εκπομπού (2/2) V CC = V CQ + I CQ dc = V CQ ( 1 + dc / ac ) V CQ = V CC ( 1 + dc / ac ) ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΕΠΙΛΟΓΗ Q I CQ = V CC ( ac + dc ) 9
Ανάλυση ενισχυτή κοινού εκπομπού με το υβριδικό-π ισοδύναμο (1/5) Vcc B r bb C e in - + 1 c + - out i b r b e β i b r ce s in 2 r in + - C L r b e = (β+1) r d = = (β+1) nv T / I 10
Ανάλυση ενισχυτή κοινού εκπομπού με το υβριδικό-π ισοδύναμο (2/5) s e in B r bb C e out in r in i b r b e β i b out r ce L 1 // 2 C in = 1 // 2 // r in r in = r bb + r b e = r bb + (β+1) r d out = C //r C C A υ = e out / V S e out = - βi b ( C // L ), i b = e in / r in, e in = V S in / ( in + S ) 11
Ανάλυση ενισχυτή κοινού εκπομπού με το υβριδικό-π ισοδύναμο (3/5) s e in B r bb C e out in r in i b r b e β i b out r ce L 1 // 2 C A υ = e out / V S = - β C r in in in + S L L + C A 12
Ανάλυση ενισχυτή κοινού εκπομπού με το υβριδικό-π ισοδύναμο (4/5) Vcc e in - + 1 c + - out s in 2 r in ΧΩΡΙΣ C L 13
Ανάλυση ενισχυτή κοινού εκπομπού με το υβριδικό-π ισοδύναμο (5/5) s e in B r bb C e out in r in i b r b e β i b out r ce L 1 // 2 C e in = i b ( r bb + r b e ) + (β+1) i b r in = e in / i b = r bb + (β+1) (r d + ) β A = - C - r in C 14
Σχεδίαση ενισχυτή κοινού εκπομπού (1/3) 1 c Vcc + - πιλογή σημείου Q στο μέσο της dc ευθείας φόρτου: V CQ = (V CC + V C(sat) ) / 2 V CC / 2 s e in - + in r in out 2 + - C L V CQ = V CQ + I Q V CC / 2 + (V CC - V CQ ) / C V CQ V (1 CC 2 C ) 15
Σχεδίαση ενισχυτή κοινού εκπομπού (2/3) s e in - + 1 2 c in r in out Vcc + - + - C L πιλογή σημείου Q στο μέσο της ac ευθείας φόρτου: (μέγιστη διακύμανση) V CQ = I CQ = V CC ( 1 + dc / ac ) V CC ( ac + dc ) V CQ = V CQ + I Q V CQ V CC ac ac dc 16
Σχεδίαση ενισχυτή κοινού εκπομπού (3/3) V CQ V (1 CC 2 C ) ή V CQ V CC ac ac dc 1 c Vcc + - Ι CQ = (V CC - V CQ ) / C Ι ΒQ = (I CQ - (β+1) I CO ) / β s e in - + in r in out 2 + - C L V ΒQ = V B + (I CQ + I BQ ) 10 2 20 I 2 = V ΒQ / 2 1 = (V CC - V BQ ) / (I B +I 2 ) 17
Σχεδίαση ενισχυτή και ρύθμιση κέρδους (1/2) Με πυκνωτή C : r in = r bb + (β+1) r d Χωρίς πυκνωτή C : r in = r bb + (β+1) (r d + ) 1 c Vcc + - s e in - + in r in out 2 + - C L 18
Σχεδίαση ενισχυτή και ρύθμιση κέρδους (2/2) r in r in = r bb + (β+1) (r d + 1 ) 1 2 + - C in = 1 // 2 // r in A υ = e out / V S = - β C r in in in + S L L + C ΜΕΣΟ dc Ε.Φ. Ή ΜΕΣΟ ac Ε.Φ. ;;;; 19
Ανάλυση ενισχυτή κοινής βάσης με το υβριδικό-π ισοδύναμο (1/3) Vcc B r bb C 1 c + - V ΟUT i b r b e β i b r ce out 2 + - IN s L 20
Ανάλυση ενισχυτή κοινής βάσης με το υβριδικό-π ισοδύναμο (2/3) r ce s in e i r in r b e i b + V - β i b g m V C out C e out L r bb B in = // r in r in = (r bb + r b e ) // (1/g m ) = (r bb + (β+1) r d ) // (1/g m ) out = C A υ = e out / V S e out = - βi b ( C // L ), i b = - e i / (r bb + r b e ), e i = V S in / ( in + S ) 21
Ανάλυση ενισχυτή κοινής βάσης με το υβριδικό-π ισοδύναμο (3/3) r ce s C in r in r b e β i b out L e i i b + V - g m V C e out r bb B A υ = e out / V S = β C (r bb +r b e ) in in + S L L + C A (= g m C ) 22
Ανάλυση ενισχυτή κοινού συλλέκτη με το υβριδικό-π ισοδύναμο (1/3) Vcc B r bb C e in - + 1 i b r b e β i b r ce s in 2 r in + - out L r b e = (β+1) r d = = (β+1) nv T / I 23
Ανάλυση ενισχυτή κοινού συλλέκτη με το υβριδικό-π ισοδύναμο (2/3) s e in B r bb r b e e out in r in i b β i b out r ce L Ε 1 // 2 r out C in = 1 // 2 // r in out = Ε //r OUT r in = r bb + r b e + e out / i b = r bb + (β+1) r d + (β+1) ( Ε // L ) = r bb + (β+1) (r d + Ε // L ) r out = (r bb + (β+1) r d + 1 // 2 // S ) i b = r d + (β+1) i b r bb + 1 // 2 // S (β+1) 24
Ανάλυση ενισχυτή κοινού συλλέκτη με το υβριδικό-π ισοδύναμο (3/3) s e in B r bb r b e e out i b β i b in r in out L 1 // 2 C r out r ce Ε A υ = e out / V S e out = (β+1)i b ( // L ), i b = e in / r in, e in = V S in / ( in + S ) A υ = (β+1)( // L ) in r bb + (β+1) (r d + Ε // L ) in + S A 1 (A < 1) 25
Ενισχυτής κοινού συλλέκτη με υψηλή αντίσταση εισόδου (κυκλωμα bootstrap) Vcc i = ( e in - e out ) / e in 1 = ( e in - A υ e in ) / = ( 1 - A υ ) e in / s in 2 i out e out L = / ( 1 - A υ ) in = // r in in = r bb + (β+1) (r d + Ε // L ) // /( 1 - A υ ) 26
Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Χατζόπουλος Αλκιβιάδης. «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι, Ενισχυτές με διπολικά τρανζίστορ». Έκδοση: 1.0. Θεσσαλονίκη 2015 Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://opencourses.auth.gr/eclass_courses. 27
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά - Μη Εμπορική Χρήση - Όχι Παράγωγα Έργα 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ 28
ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Τέλος ενότητας Επεξεργασία: Σβάρνα Κωνσταντίνα Θεσσαλονίκη, Εαρινό εξάμηνο 2015