5 Ενισχυτές τρανζίστορ σε χαμηλές συχνότητες

5 Ενισχυτές τρανζίστορ σε χαμηλές συχνότητες 5. Περιοχή γραμμικής ενισχυτικής λειτουργίας του τρανζίστορ Στην προηγούμενη ενότητα μελετήσαμε την πόλωση του τρανζίστορ σε ένα σταθερό σημείο λειτουργίας, το οποίο θα ονομάζουμε πλέον σημείο ηρεμίας (quecent pnt), που είναι κυριολεκτεί καλύτερα. Εδώ θα μελετήσουμε τη λειτουργία του τρανζίστορ ως ενισχυτή χρονικά μεταβαλλομένων σημάτων χαμηλών συχνοτήτων. Στο σχήμα 5- εικονίζεται μια στοιχειώδης ενισχυτική βαθμίδα σε συνδεσμολογία κοινού εκπομπού. Είσοδος του ενισχυτή είναι η βάση και έξοδος ο συλλέκτης. Το προς ενίσχυση σήμα παράγει ένα ac ρεύμα βάσης b το οποίο υπερτίθεται στο dc ρεύμα πόλωσης της βάσης Ι b. Η ενίσχυση γίνεται μέσω του ρεύματος του συλλέκτη και το ενισχυμένο σήμα εξόδου είναι το δυναμικό του συλλέκτη. Με την ευκαιρία να σημειώσουμε ότι σε γενικές γραμμές τα κεφαλαία γράμματα συμβολίζουν χρονικά σταθερά μεγέθη, ενώ τα πεζά μεταβαλλόμενα. Εδώ το ρεύμα πόλωσης βάσης που είναι συνεχές συμβολίζεται με κεφαλαίο Ι, ενώ το προς ενίσχυση, που είναι χρονικά μεταβαλλόμενο συμβολίζεται με πεζό. Το συμβολίζει επομένως τον ac όρο του δυναμικού του συλλέκτη. Αναλυτικότερα τα σύμβολα τάσης και ρεύματος του τρανζίστορ σύμφωνα με τους κανονισμούς του nttute fr Electrcal and Electrnc Engneer (EEE) περιλαμβάνονται στον πίνακα 5-. Επιδίωξη μας είναι να λαμβάνουμε για ίσες μεταβολές του ρεύματος βάσης Δ b ίσες μεταβολές του ρεύματος του συλλέκτη Δ c. Στο σχήμα 5-2 έχουμε σχεδιάσει για δύο διαφορετικού πλάτους σήματα εισόδου a και b τις χρονικές μεταβολές του ρεύματος του συλλέκτη συναρτήσει των αντιστοίχων μεταβολών του ρεύματος βάσης σύμφωνα με το διάγραμμα B - που γνωρίζουμε από το σχήμα 4-3. Η διακοπτόμενη γραμμή μας βοηθάει να παρακολουθήσουμε τον τρόπο απεικόνισης του σημείου () στο ( ). Το σήμα a είναι αρκετά μικρό και περιορίζεται μέσα στη γραμμική περιοχή της Ι B -. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την πιστή απεικόνιση του σήματος a στο ενισχυμένο σήμα εξόδου a. Δε συμβαίνει όμως το ίδιο και για το σημα b που υπερβαίνει τη γραμμική περιοχή της Ι B - και εισέρχεται στην περιοχή κόρου με αποτέλεσμα την ψαλίδιση της θετικής ημιπεριόδου του σήματος όπως βλέπουμε στην απεικόνιση του στο σήμα εξόδου b και ως εκ τούτου τη μη γραμμική παραμόρφωση του σήματος εισόδου. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι η περιοχή πλατών του σήματος εισόδου που μπορούν να υποστουν γραμμική επεξεργασία είναι περιορισμένη. Η επιλογή του σημείου ηρεμίας Q κοντά στο μισό της τάσης 5-

2 τροφοδοσίας εξασφαλίζει-όπως είχαμε αναφέρει και στην προηγούμενη ενότητα-τη μέγιστη δυναμική περιοχή. Εδώ θα θεωρούμε ότι τα προς επεξεργασία σήματα είναι αρκετά μικρά, ώστε να κινούνται μέσα στη γραμμική περιοχη λειτουργίας του τρανζίστορ. ΠΙΝΑΚΑΣ 5- Μέγεθος dc ac dc+ac τροφοδοσία Τιμή Στιγμιαία rm Στιγμιαία Μέση τιμή ηρεμίας τιμή τιμή Τάση Q c c συλλέκτη Ρεύμα Ι Q c c συλλέκτη Τάση BB BQ b b B B βάσης Ρεύμα Ι BB BQ b b B B βάσης Τάση EE EQ e e E B εκπομπού Ρεύμα εκπομπού EE EQ e e E E 5.2 Το τρανζίστορ σε ac λειτουργία-υβριδικές παράμετροι και ισοδύναμα υβριδικά κυκλώματα Το τρανζίστορ είναι μία δίθυρη διάταξη, στη λειτουργία του οποίου εμπλέκονται δύο ρεύματα και δύο τάσεις όπως εικονίζονται στο σχήμα 5-3. Το ρεύμα Ι n και η τάση n αναφέρονται στην είσοδο. Το ρεύμα ut και η τάση ut αναφέρονται στην έξοδο.. Στο 5-2

3 σχήμα 5-4 εικονίζεται το ίδιο, αλλά με τάση αναφοράς ως προς τη Γη. Θα μελετήσουμε τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας του τρανζίστορ για κάθε μια από τις τρεις συνδεσμολογίες ξεχωριστά. 5.2. Κοινός εκπομπός 5-3 5-4 Η συνδεσμολογία του κοινού εκπομπού εικονίζεται στο σχήμα 5-5, που είναι ίδιο με το 4-8. Εδώ το ρεύμα βάσης Ι B και το δυναμικό της βάσης B είναι τα μεγέθη της εισόδου, ενώ το ρεύμα του συλλέκτη Ι και το δυναμικό του συλλέκτη είναι τα μεγέθη της εξόδου. Από τα τέσσερα αυτά μεγέθη επιλέγουμε το ρεύμα βάσης B και το δυναμικό του συλλέκτη ως ανεξάρτητα και την τάση βάσης B και το ρεύμα συλλέκτη ως εξαρτημένα. Έτσι καθένα από τα εξαρτημένα εκφράζεται ως συνάρτηση των δύο ανεξαρτήτων: B f(b, ) (5-) f2(b, ) (5-2) Στο σχήμα 5-6 εικονίζεται μια δέσμη χαρακτηριστικών εισόδου BE - B με παράμετρο την τάση συλλέκτη-βάσης E και στο σχήμα 5-7 μια δέσμη χαρακτηριστικών εξόδου Ι E με παράμετρο το ρεύμα βάσης Ι B. Αντικείμενο μας είναι να γνωρίζουμε ποιά θα είναι η μεταβολή be και ι ce της τάσης BE της επαφής βάσης-εκπομπού και του ρεύματος του συλλέκτη αντίστοιχα, όταν μεταβληθούν τα ανεξάρτητα μεγέθη κατά be και ce. Από τη μορφή των διαγραμμάτων εισόδου και εξόδου βλέπουμε ότι στη γενική περίπτωση αυτό δεν είναι εύκολο, γιατί οι σχέσεις δεν είναι γραμμικές. Αν περιοριστούμε όμως σε μικρές μεταβολές, τότε μπορούμε να αξιοποιήσουμε το ανάπτυγμα Taylr διατηρώντας έως πρώτης τάξης μεταβολές, οπότε θα λάβουμε δύο γραμμικές εξισώσεις: 5-5

4 5-5 5-6 be f B E f b + B ce (5-3) c f2 B E f2 b + B ce (5-4) Θα δούμε τώρα τι είναι κάθε μία από τις μερικές παραγώγους, που εμφανίζονται στις εξισώσεις (5-3) και (5-4). Η μερική παράγωγος: e f B σταθ be be σε Ω (5-5) Είναι η αντίσταση εισόδου του τρανζίστορ. Τυπικές τιμές αντίστασης εισόδου τρανζίστορ είναι μερικά δέκατα έως λίγα kω. Πρακτικά η αντίσταση εισόδου είναι το αντίστροφο της κλίσης της εφαπτομένης στο σημείο λειτουργίας της επαφής. Προσέχουμε το σύμβολο, που είναι το αρχικό του ybrd και όχι r όπως συνηθίζουμε να συμβολίζουμε τις αντιστάσεις. Ο χαρακτηρισμός των παραμέτρων του τρανζιστορ ως υβριδικών οφείλεται στο γεγονός ότι-όπως θα διαπιστώσουμε-έχουν διαφορετικές μονάδες η μία από την άλλη. Ο πρώτος δείκτης παραπέμπει στην είσοδο (nput) και ο δεύτερος, που είναι το e στη συνδεσμολογία του κοινού εκπομπού (emtter) σύμφωνα με τον πίνακα 5-. Η μερική παράγωγος: re f E B σταθ be ce αδιάστατη (5-6) Είναι ο αντίστροφος (reere) λόγος μεταφοράς τάσης από την έξοδο στην είσοδο.

5 Η μερική παράγωγος: fe f2 B σταθ c b αδιάστατη (5-7) Όπου ο δείκτης f αναφερεται στο frward, είναι ο συντελεστής ενίσχυσης μικρού ac σήματος με τυπική τιμή 00. Η μερική παράγωγος: e f2 E B σταθ c ce σε Semen (5-8) Όπου ο δείκτης ο παραπέμπει στην έξοδο (utput), είναι η αγωγιμότητα εξόδου του τρανζίστορ. Η αγωγιμότητα εξόδου είναι η κλίση της χαρακτηριστής Ι - E στην ενεργό περιοχή Τυπικές τιμές αγωγιμότητας είναι 00μS. Αναδιατυπώνουμε τώρα τις εξισώσεις (5-3) και (5-4) εισάγοντας τις υβριδικές παραμέτρους στις θέσεις των αντίστοιχων μερικών παραγώγων και λαμβάνουμε: (5-9) be eb +rece (5-0) ce feb +ece Στο σχήμα 5-7 εικονίζεται το ισοδύναμο υβριδικό μοντέλο του τρανζίστορ για τη συνδεσμολογία κοινού εκπομπού. Η λογική κατασκευής του είναι ότι πρέπει να ικανοποιούνται οι εξισώσεις (5-9) και (5-0). Το αριστερό μέρος εκπροσωπεί την είσοδο, όπου έχουμε σε σειρά δύο πτώσεις τάσεις λόγω της διαφορικής αντίστασης της επαφής και της αντίστροφης μεταφοράς τάσης εξόδου. Το δεξιό μέρος εκπροσωπεί την έξοδο με δύο παράλληλες πηγές ρεύματος λόγω της ενίσχυσης του μικρού σήματος και της αγωγιμότητας εξόδου εξ αιτίας της κλίσης της χαρακτηριστικής εξόδου στην ενεργό περιοχή. 5.2.2 Κοινός συλλέκτης Η συνδεσμολογία του κοινού συλλέκτη εικονίζεται στο σχήμα 5-8, που είναι ίδιο με το 4-8. Εδώ το ρεύμα βάσης Ι B και το δυναμικό της βάσης B είναι τα μεγέθη της εισόδου, ενώ το 5-7

6 ρεύμα του εκπομπού Ι Ε και το δυναμικό του εκπομπού Ε είναι τα μεγέθη της εξόδου. Το ρεύμα βάσης και το δυναμικό του εκπομπού είναι τα ανεξάρτητα μεγέθη, το δυναμικό της βάσης και το ρεύμα του εκπομπού είναι τα εξαρτημένα. Να σημειώσουμε ότι για τα τρία ρεύματα του τρανζίστορ Ι, B και E θα κάνουμε χρήση του συμβατικού τρόπου γραφής του πρώτου κανόνα Krcff : Ι +B +E 0 ( + ) E B 5-8 Εδώ οι υβριδικές παράμετροι είναι: Αντίσταση εισόδου: bc c e σε Ω (5-) b Αντίστροφος (reere) λόγος μεταφοράς τάσης από την έξοδο στην είσοδο: bc rc αδιάστατη (5-2) ec 5-9 Συντελεστής ενίσχυσης μικρού ac σήματος: e c +b fc (+fe ) αδιάστατη (5-3) b b

7 Αγωγιμότητα εξόδου: e c e σε Semen (5-4) ec Στο σχήμα 5-9 εικονίζεται το ισοδύναμο υβριδικό μοντέλο του τρανζίστορ στη συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη. 5.2.3 Κοινή βάση Η συνδεσμολογία της κοινής βάσης εικονίζεται στο σχήμα 5-0, που είναι ίδιο με το 4-0. Εδώ το ρεύμα εκπομπού Ι Ε και το δυναμικό E του εκπομπού είναι τα μεγέθη της εισόδου, ενώ το ρεύμα του συλλέκτη Ι και το δυναμικό του συλλέκτη είναι τα μεγέθη της εξόδου. Το ρεύμα του εκπομπού Ι Ε και το δυναμικό του συλλέκτη επιλέγονται ως τα ανεξάρτητα μεγέθη, το δυναμικό του εκπομπού E και το ρεύμα του συλλέκτη Ι επιλέγονται ως τα εξαρτημένα. 5-0 Οι υβριδικές παράμετροι είναι: Αντίσταση εισόδου: eb e b σε Ω (5-5) e +fe Παρατηρούμε ότι η αντίσταση εισόδου στην κοινή βάση είναι μικρή. Αντίστροφος (reere) λόγος μεταφοράς τάσης από την έξοδο στην είσοδο: rb eb cb e + e fe re αδιάστατη (5-6) Συντελεστής ενίσχυσης μικρού ac σήματος:

c fe fb αδιάστατη (5-7) e +fe Αγωγιμότητα εξόδου: c e b σε Semen (5-8) cb +fe 8 Στο σχήμα 5- εικονίζεται το ισοδύναμο υβριδικό μοντέλο του τρανζίστορ στη συνδεσμολογία κοινής βάσης. 5.3 Μελέτη ενισχυτή ac με όρους -παραμέτρων Στην προηγούμενη παράγραφο γνωρίσαμε τις υβριδικές -παραμέτρους στις τρεις συνδεσμολογίες του τρανζίστορ. Εδώ θα μελετήσουμε τον ενισχυτή μικρών ac σημάτων με όρους -παραμέτρων. Τα μεγέθη που μας ενδιαφέρουν είναι: αντίσταση (εμπέδηση) εισόδου, απολαβή (κέρδος) τάσης, Απολαβή (κέρδος) ρεύματος. ή αγωγιμότητα εξόδου και η ολική αντίσταση εξόδου. 5-5-2-5-2-2

9 5-3- 5-3-2 5-4- 5-4-2 Εδώ θα πρέπει να λάβουμε υπ όψη ότι στην ac λειτουργία οι dc πηγές δε συμμετέχουν στην ανάλυση του κυκλώματος και συμπεριφέρονται ως βραχυκυκλώματα. Έτσι στο ac κύκλωμα ο ακροδέκτης της τάσης dc τροφοδοσίας εμφανίζεται γειωμένος (ac grundng). Στα σχήματα 5-2- και 5-2-2 εικονίζονται το ισοδύναμο ac κύκλωμα και το υβριδικό μοντέλο αντίστοιχα για την ενισχυτική βαθμίδα του κοινού εκπομπού. Στα σχήματα 5-3- και 5-3-2 τα αντίστοιχα κυκλώματα για τον κοινό συλλέκτη και στα 5-4- και 5-4-2 για την κοινή βάση. Το σήμα στην είσοδο παρέχεται από μια πηγή τάσης με εσωτερική αντίσταση r. Το σήμα εξόδου λαμβάνεται ως τάση κατά μήκος μιας αντίστασης, η οποία είναι το φορτίο (Lad). 5-5

0 Συγκρίνοντας τα τρία υβριδικά μοντέλα βλέπουμε ότι μπορούμε να τα αντιμετωπίσουμε με ενιαίο τρόπο μέσω του γενικού μοντέλου του σχήματος 5-5. Στο σχήμα αυτό έχουμε διαγράψει τους δείκτες, που αναφέρονται στους επί μέρους τρόπους σύνδεσης. Η αντίσταση L είναι το φορτίο, τα Ι-Ι συμβολίζουν την είσοδο και τα Ο- Ο την έξοδο. Απολαβή (κέρδος) ρεύματος Α Ι Oρίζεται ως το πηλίκο του ρεύματος εξόδου ο προς το ρεύμα εισόδου : L (5-8) f + LL L Οπότε το ρεύμα εξόδου ι είναι: ff L +L ff Οπότε: (+L ) f + f L και L f (5-9) +L Αντίσταση εισόδου Ορίζεται ως το πηλίκο της τάσης εισόδου προς το ρεύμα εισόδου : L (5-20) Από το 2. κανόνα Krcff για το κύκλωμα εισόδου λαμβάνουμε: +r LL L L +rl Επομένως:

+ rl (5-2) Ή μετά αντικατάσταση της Α Ι από την (5-9) fr + L (5-22) Να σημειώσουμε ότι η αντίσταση εισόδου εξαρτάται από την αντίσταση εξόδου L. Απολαβή (κέρδος) τάσης Α Oρίζεται ως το πηλίκο της τάσης εξόδου ο προς την τάση εισόδου : Όμως LL L L Επομένως: Α L Όμως: Οπότε: L Α (5-23) Απολαβή (κέρδος) τάσης Α Oρίζεται ως το πηλίκο της τάσης εξόδου ο προς την τάση της πηγής : (5-24) Η τάση εισόδου είναι κλάσμα της τάσης της πηγής από το διαιρέτη που σχηματίζεται από την αντίσταση της πηγής r και την αντίσταση εισόδου Z :

2 r + Βρίσκουμε έτσι: (r + ) Επομένως: (5-25) r + Απολαβή (κέρδος) ρεύματος Α Oρίζεται ως το πηλίκο του ρεύματος εξόδου L προς το ρεύμα βραχυκύκλωσης της πηγής : L (5-26) Με r Όμως: ι r + Επομένως: r L L (5-27) r + Αγωγιμότητα εξόδου Y Ορίζεται ως εξής: μηδενίζουμε το σήμα εισόδου, αφαιρούμε το φορτίο L και στους ακροδέκτες ΟΟ του (ανοικτού) κυκλώματος εφαρμόζουμε την τάση. Έστω Ι ο το ρεύμα που παράγεται. Η αγωγιμότητα της εξόδου είναι: Υ (5-28) Από το δεξιό βρόχο στο σχήματος 5-5 βλέπουμε ότι έχουμε δύο όρους ρεύματος:

3 Ι fb + Επομένως: f B Υ + (5-28) Από το αριστερό βρόχο του σχήματος 5-5 έχουμε: r B r +ΙB +r 0 ( 0) Ι B r + B r r + Επομένως: f r Y (5-29) r + Η αντίσταση εξόδου είναι το αντίστροφο της εσωτερικής αγωγιμότητας εξόδου (5-30) Y Στον επόμενο πίνακα περιλαμβάνονται οι εξισώσεις ορισμού των μεγεθών της απλής βαθμίδας ενίσχυσης για τον κοινό εκπομπό (E) και τον κοινό συλλέκτη (). Τέλος η ολική αντίσταση εξόδου λαμβάνει υπ όψη και την εξωτερική αντίσταση του φορτίου L και είναι ο παράλληλος συνδυασμός των L L ' (5-3) +L Πίνακας παράμετροι απλής βαθμίδας ενίσχυσης Μεγεθος E fe Απολαβή ρεύματος +e fc + c E fe + +ee Αντίσταση εισόδου e + re c + rce e + rce Απολαβή τάσης Α Α E

4 Απολαβή τάσης με r r + r + Απολαβή ρεύματος με r r r + r r + Αγωγιμότηα εξόδου Y fere e r +e Y c r fc + rc c e ( r fe +) + e rc Αντίσταση εξόδου Y 0 Y 0 Ολική αντίσταση εξόδου ' + ' E + E Εφαρμογή: θα υπολογίσουμε τις παραμέτρους της απλής ενισχυτικής βαθμίδας για τις συνδεσμολογίες του κοινού εκπομπού και κοινού συλλέκτη για τα εξής δεδομένα: e,5kω 4 re 2 0 fe 200 e 25μSemen L r kω 0,5kΩ Κοινός εκπομπός Απολαβή ρεύματος: fe 200 200-95 +e 6 3 + 25 0 0,025 4 3 Αντίσταση εισόδου: e + re.500 + ( 95) 2 0 0 500 39,46kΩ Απολαβή τάσης: Α 95-33,46

5 Απολαβή τάσης:,46 33-99 r +,46+ 0,5 Απολαβή ρεύματος: r r + 95 0,5 0,5 +,46-49,7 200 2 0 Αγωγιμότητα εξόδου: Y fe re 6 e 25 0 r +.500 + 500 e 6 6 25 0 2 0 Y 5μS 4 Αντίσταση εξόδου: 200kΩ Y 6 5 0 Ολική αντίσταση εξόδου: 200x ' 0,995kΩ + 200 + Κοινός συλλέκτης fc fe + Απολαβή ρεύματος: +ce +ee 20 20 + 25 0 6 3 0,025 96 Αντίσταση εισόδου: + + c rc E e rc E.500 +96 000.500 +96.000 97,5kΩ Απολαβή τάσης: Απολαβή τάσης: L Α 96 0,99 97,5 97,5 0,99 0,987 r + 97,5 + 0,5 Απολαβή ρεύματος: r 0,5 95 0,495 r + 0,5 +97,5 ( +) Αγωγιμότητα εξόδου: Y fc rc fe rc c e r +c r +e 6 20 25 0 + 0,000025 + 0,.500 + 500 Y 0,S Αντίσταση εξόδου: 0Ω Y 0,

6 Ολική αντίσταση εξόδου: E 0x000 ' 9,99Ω + 0 +000 E Σημειώνουμε λοιπόν ότι στη συνδεσμολογία κοινού εκπομπού έχουμε μεγάλη απολαβή και για το ρεύμα και για την τάση (~00), σχετικά μικρή αντίσταση εισόδου (~kω) και μέτρια αγωγιμότητα εξόδου (~0μS). Ο κοινός εκπομπός είναι η τυπική ενισχυτική βαθμίδα. Στον κοινό συλλέκτη έχουμε μεγάλη απολαβή μόνο για το ρεύμα (~00) και μικρή απολαβή για την τάση (~). Η αντίσταση εισόδο είναι μεγάλη (~00kΩ) και η αγωγιμότητα εξόδου μεγάλη επίσης (~0,Semen). Ο κοινός εκπομπός είναι επομένως ενδιάμεση βαθμίδα buffer. 5.4 Επάλληλες βαθμίδες ενίσχυσης Σε συνηθισμένες τυπικές εφαρμογές δεν επαρκεί η ενίσχυση με ένα μόνον τρανζίστορ, αλλά απαιτείται η σειριακή σύνδεση της εξόδου του με δεύτερη ενισχυτική βαθμίδα, όπως συμβαίνει στο κύκλωμα του σχήματος 5-6 όπου η πρώτη βαθμίδα είναι σε συνδεσμολογί κοινού εκπομπού και η δεύτερη σε συνδεσμολογία κοινού συλλέκτη. Στο σχήμα 5-7 εικονίζεται το ισοδύναμο κύκλωμα. Εδώ οι πηγές dc εκλαμβάνονται ως βραχυκυκλώματα. Θα υπολογίσουμε τις παραμέτρους του συστήματος των δύο βαθμίδων για τις εξής τιμές - παραμέτρων: e 2kΩ 4 re 6x0 fe 50 e 25μS c 2kΩ rc 5 fc c 25μS. Εργαζόμαστε με το τυπολόγιο του πίνακα και ξεκινάμε από την έξοδο.. 5-6

7 5-7 Βαθμίδα εξόδου : Απολαβή ρεύματος: e2 fc 5 2 2 45,3 b2 + ce2 6 3 + 25x0 x5x0 2 c rc E2 2 228,5k Ω Αντίσταση εισόδου : + 2 + 45,3xx 5 Απολαβή τάσης : 2E2 45,3x5 Α 2 Α 0, 99 228,5 2 2 Βαθμίδα εισόδου E: Για τον υπολογισμό της απολαβής ρεύματος θα χρειαστούμε το φορτίο της πρώτης βαθμίδας. Πρέπει να προσέξουμε ότι η έξοδος του Q τροφοδοτεί όχι μόνο την αντίσταση εξόδου, αλλά και το τρανζίστορ Q2, επομένως το καθαρό φορτίο L στην έξοδο του Q είναι ο παράλληλος συνδυασμός της και της αντίστασης εισόδου 2 του τρανζίστορ Q2: 2 5x228,5 L. Ω + 5 + 228,5 L 4,9k Επομένως: 2 Απολαβή ρεύματος: c fe 50 44, 5 b +el 6 3 + 25x0 x4,9x0 4 Αντίσταση εισόδου: c + rel 2 6x0 x44,5x4, 9,87kΩ Απολαβή τάσης: Α 44,5x4,9,87 L Α 6, 6

8 Αγωγιμότητα εξόδου: Y fe re e 25x0 r +e 6 4 50x6x0 2000 +000 Y 5x0 6 S Αντίσταση εξόδου: Y 66,7k Ω 6 5x0 Η ολική αντίσταση εξόδου αντιστάσεων και c: ' της πρώτης βαθμίδας είναι ο παράλληλος συνδυασμός των Ολική αντίσταση εξόδου πρώτης βαθμίδας: ' 5x66,7 5 + 66,7 ' 4,65kΩ + Αγωγιμότητα εξόδου δεύτερης βαθμίδας (): εδώ χρειάζεται να γνωρίζουμε την αντίσταση της πηγής τροφοδοσίας του Q2, που είναι η ολική αντίσταση εξόδου της πρώτης βαθμίδας. Επομένως: r 2 ' 4,65kΩ Οπότε: Y2 fcrc c r2 + c 25x0 6 5x 3 3 2x0 + 5x0 Y 2 0,0077S Αντίσταση εξόδου δεύτερης βαθμίδας (): Y 0,0077 2 2 30Ω 2 Ολική αντίσταση εξόδου: ' 30x5000 30 + 5000 2 2 2 ' 26,7Ω 2 + 2 2 Ολική απολαβή ρεύματος: είναι το πηλίκο του ρεύματος εξόδου ι e2 προς το ρεύμα εισόδου του ενισχυτή b : e2 b e2 b2 b2 c c b 2 b2 c Από το σχήμα 5-7 έχουμε: b2 c + 2 Επομένως: 5 45,3x x( 5 + 228,5 2( ) 44,5) 43, 2 +

9 Ολική απολαβή τάσης: 2 Α 2 0,99x( 6,6) 5 2 5.6 Το απλουστευμένο υβριδικό πρότυπο Στις προηγούμενες παραγράφους γνωρίσαμε το λεπτομερή τρόπο υπολογισμού των χαρακτηριστικών μεγεθών ενισχυτή από τις υβριδικές παραμέτρους. Στις περισσότερες περιπτώσεις δεν είναι εντούτοις απαραίτητη η τήρηση αυτής της διαδικασίας, που απαιτεί σχοινοτενείς υπολογισμούς, αλλά η προσεγγιστική γνώση των τιμών τους, ώστε να αποκτήσουμε μια εικόνα για τις δυνατότητες του ενισχυτή και αυτό για δύο κατ αρχήν λόγους. Ο πρώτος λόγος είναι ότι μια διαφορά τάξης 0% δεν είναι σημαντική.να σημειώσουμε εδώ ότι με αυτή την ανοχή παρέχονται στην αγορά τα περισσότερα ηλεκτρονικά εξαρτήματα (αντιστάσεις, πυκνωτές). Ο δεύτερος λόγος είναι ότι οι πραγματικές τιμές των παραμέτρων μπορούν να διαφέρουν για τον ίδιο τύπο τρανζίστορ από τις ονομαστικές τιμές που παρέχει ο κατασκευαστής. Στην παράγραφο αυτή θα εξετάσουμε πόσο επηρεάζουν δύο από τις -παραμέτρους την εκτίμηση για την τελική λειτουργία του ενισχυτή. Έχουμε ήδη διαπιστώσει ότι ο αντίστροφος (reere) λόγος μεταφοράς τάσης για τη συνδεσμολογία του κοινού εκπομπού re και η αγωγιμότητα εξόδου εισέρχονται στους τύπους υπολογισμού με αρκετά μικρές τιμές. Θα επαναλάβουμε λοιπόν τους υπολογισμούς στις εφαρμογές των σελίδων 4-6 για τους ενισχυτές κοινού εκπομπού και κοινού συλλέκτη και θα δούμε πόσο επιδρούν αυτές οι δύο παράμετροι στα εκτιμώμενα χαρακτηριστικά του ενισχυτή αν θέσουμε: re 0 0 Θυμίζουμε τα υπόλοιπα δεδομένα: e,5kω fe 200 L r kω 0,5kΩ Το απλουστευμένο μοντέλο για τον ενισχυτή σε συνδεση κοινού εκπομπού Το ac ισοδύναμο κύκλωμα εικονίζεται στο σχήμα 5-8- και είναι ίδιο με εκείνο του σχήματος 5-2-. Στο σχήμα 5-8-2 εικονίζεται το απλουστευμένο υβριδικό μοντέλο. Εφαρμόζουμε τους τύπους του πίνακα και λαμβάνουμε:

20 5-8- 5-8-2 Απολαβή ρεύματος: Αντίσταση εισόδου: fe fe +e -200 (αντί -95),5kΩ (αντί,46kω) e + re e Απολαβή τάσης: Απολαβή τάσης: 200x Α -33 (ίδιο),5,5 33 00 (αντί -99) r +,5 + 0,5 Απολαβή ρεύματος: r r + 95 0,5 0,5 +,5-48,7 (αντί -49,70) Αγωγιμότητα εξόδου: fere e e r +e Y Y 25μS (αντί 5μS) Αντίσταση εξόδου: 40kΩ (αντί 200kΩ) Y 6 25 0 Ολική αντίσταση εξόδου: 40x ' 0,976kΩ (αντί 0,995kΩ) + 400 + Το απλουστευμένο μοντέλο για τον ενισχυτή σε συνδεση κοινού συλλέκτη Το ac ισοδύναμο κύκλωμα εικονίζεται στο σχήμα 5-9- και είναι ίδιο με εκείνο του σχήματος 5-3-. Στο σχήμα 5-9-2 εικονίζεται το απλουστευμένο υβριδικό μοντέλο. Εφαρμόζουμε τους τύπους του πίνακα και λαμβάνουμε:

2 5-9- 5-9-2 fc Απολαβή ρεύματος: fc ( 20) 20 (αντί 96) + Αντίσταση εισόδου: + + c c rc E E e rc E,5 + 20.5 + 20 202,5kΩ (αντί 97,5kΩ) Απολαβή τάσης: Απολαβή τάσης: L Α 20 0,99 (ίδιο) 202,5 202,5 0,99 0,99 (ίδιο) r + 202,5 + 0,5 Απολαβή ρεύματος: r 0,5 20 0,495 (ίδιο) r + 0,5 + 202,5 ( +) Αγωγιμότητα εξόδου: Y fc rc fe rc c r +c r +e 20 Y 0,S (ίδιο).500 + 500 Αντίσταση εξόδου: 0Ω (ίδιο) Y 0, Ολική αντίσταση εξόδου: E 0x000 ' 9,99Ω (ίδιο) + 0 +000 E Συμπεραίνουμε ότι οι διαφορές για τα τέσσερα βασικά χαρακτηριστικά μεγέθη που είναι οι απολαβές τάσης και ρεύματος και οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου είναι πολύ μικρές. Το ίδιο θα διαπιστώσουμε αν εφαρμόσουμε το απλοποιημένο μοντέλο και στον ενισχυτή δύο βαθμίδω που εξετάσαμε στην προηγούμενη παράγραφο, όπου οι διαφορές είναι μικρότερες του 0%.

22 5.7 Μελέτη του ενισχυτή κοινού εκπομπού με θερμική σταθεροποίηση Αντίσταση εκπομπού με παράκαμψη στο ac: Στο σχήμα 5-20 εικονίζεται ο ενισχυτής κοινού εκπομπού με θερμική σταθεροποίηση, που μελετήσαμε στην παράγραφο 4.6.2. Οι πυκνωτές, 2, 3 είναι αρκετά μεγάλοι ώστε να αποκόπτουν μεν τις συνεχείς συνιστώσες, αλλά να είναι βραχυκυκλώματα για το εναλλασσόμενο σήμα. 5-20 5-2 5-22 Στο σχήμα 5-2 όπου εικονίζεται το ισοδύναμο ac η αντίσταση E είναι για το εναλλασσόμενο σήμα βραχυκλωμένη λόγω του πυκνωτή 2 οπότε και ο εκπομπός είναι γειωμένος. Βλέπουμε έτσι ότι έχουμε συνδεσμολογία κοινού εκπομπού. Λόγω ac grundng οι αντιστάσεις, 2 και είναι επίσης γειωμένες. Εδώ βλέπουμε ότι για το ac σήμα έχουμε συνδεσμολογία κοινού εκπομπού. Στο σχήμα 5-22 εικονίζεται το απλοποιημένο -μοντέλο. Η αντίσταση 2 είναι ο παράλληλος συνδυασμός των, 2. Το είναι το ρεύμα εισόδου. Βλέπουμε ότι η αντίσταση εισόδου είναι ο παράλληλος συνδυασμός των 2, e : 2 2 e + e

23 Η απολαβή ρεύματος είναι: c Το ρεύμα εισόδου συναρτήσει του ρεύματος βάσης βρίσκεται από το διανομέα ρεύματος των 2 e : + 2 e ( b )2 be b 2 c b 2 + 2 e fe 2 + 2 e Για 2 >> e fe Η απολαβή τάσης είναι: Α be cc be bfe be fe e Παρατηρούμε ότι στον ενισχυτή με αντίσταση εκπομπού βραχυκυκλωμένη στο ac οι δύο απολαβές εξαρτώνται από τις υβριδικές παραμέτρους. Αντίσταση εκπομπού χωρίς παράκαμψη στο ac: Στο κύκλωμα του σχήματος 5-23 η αντίσταση του εκπομπού δεν έχει παράκαμψη στο ac. 5-23

24 Στο σχήμα 5-24 εικονίζεται το ac ισοδύναμο κύκλωμα, όπου φαίνεται ότι ο εκπομπός δεν είναι γειωμένος και στο σχήμα 5-25 εικονίζεται το -μοντέλο του ενισχυτή. 5-24 5-25 Υπολογίζουμε την αντίσταση εισόδου: Η αντίσταση του εκπομπού άθροισμα των ρευμάτων b και fe b : E διαρρέεται από το e b(+fe ) Η τάση εισόδου είναι άθροισμα της τάσης στην e και την E : be +febe b(e +(+fe )E ) bb Όπου: b e +(+fe ) E Είναι η αντίσταση της βάσης. Η αντίσταση εισόδου είναι ο παράλληλος συνδυασμός των 2 b 2 2 b + b Η απολαβή του ρεύματος είναι: Α c fe b Το ρεύμα εισόδου είναι τότε: 2 + 2 b b Βρίσκουμε έτσι:

25 Α fe 2 2 + Η απολαβή τάσης είναι: Α c b b fe b fe e fe +(+ fe ) E Επειδή τελικά έχουμε: e << (+fe )E fee Α Η απολαβή της τάσης είναι επομένως ανεξάρτητη των -παραμέτρων.