Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne) Małosygnałowe wzmacniacze tranzystorowe (układ ze wspólnym kolektorem, emiterem)

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne) Małosygnałowe wzmacniacze tranzystorowe (układ ze wspólnym kolektorem, emiterem)"— Zapis prezentacji:

1

2 Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne) Małosygnałowe wzmacniacze tranzystorowe (układ ze wspólnym kolektorem, emiterem)

3 Pasmo podstawowe (walencyjne) Podstawy teorii przewodnictwa Pasmo przewodnictwa Obszar zabroniony elektrony mogą przebywać tylko w określonych pasmach: (a) podstawowe- są związane z atomem w sieci krystalicznej (b) przewodnictwa-mogą się poruszać swobodnie wewnątrz całego kryształu Pasmo wzbronione- lub przerwa energetyczna E

4 Rodzaje przewodnictwa Izolatory : przerwa E 5 eV (eV = energia 1 elektronu przyspieszonego napieciem 1 V) – duża oporność właściwa Samoistne półprzewodniki : Si (krzem) lub Ge (german) E 1.2 eV (Si), E 0.7 eV (Ge) Przewodnictwo : brak przerwy energetycznej- elektrony swobodne przemieszczają się wewnątrz kryształu kT=26 mV dla T=300 K, zależy od temperatury (rośnie)! -ruchliwość elektronów (dziur) e =0.38, dziury =0.18 [m 2 /(Vs)] N-ilość nośników

5 Złącze p-n Krzem typu n - domieszkowany (donorami) atomami V grupy (fosfor)-5 elektronów walencyjnych. 4 wiązania kowalencyjne Si użyte jeden elektron (donor) wolny. Krzem typu p - domieszkowany (akceptorami) atomami III grupy (Gal)-3 elektronów walencyjnych. 3 wiązania kowalencyjne Si użyte jeden elektron- jedno wiązanie wolne dziura- tak jakby był to ładunek dodatni _ +

6 Złącze p-n np X XQ V Dyfuzja ładunków większościowych Rekombinacja D-grubość warstwy zaporowej V 0 =0.7 V potencjał diody V d -potencjał zasilania N/V- koncentracja nośników pn

7 Złącze p-n uwagi Jeżeli domieszkowanie typu p i n jest różne warstwa zaporowa jest niesymetryczna (N d N a ) Elektrony przechodząc do z warstwy n do p natrafiają na dziury i ulegają rekombinacji – wydziela się energia. Może być w postaci promieniowania świetlnego- dioda świecąca (LED) Dioda spolaryzowana zaporowo (+ na materiale n oraz - na materiale p) może być źródłem prądu kiedy pada na nią światło- dioda foto-czuła. Grubość warstwy zaporowej zależy od potencjału oraz gęstości domieszkowania (N/V)

8 Praca z diodą n-p Dioda spol. zaporowo Dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia

9 Charakterystyka diody n-p Zródło ac Charakterystyka jest nieliniowa ! kT/q=T/11.6[mV]= 26mV dla T=300K I 0 prąd zerowy Punkty pracy Linia pracy

10 Parametry diod Maksymalny średni prąd przewodzenia I 0 (prąd znamionowy) Szczytowe wsteczne napięcie pracy U R oraz prąd wsteczny I R Napięcie przewodzenia U F ( dla diod krzemowych około 0.6 V) Czas właczania (w ns) Ogólny podział diod: Uniwersalne U R =(10-60 )V, I 0 =(10-80) mA Prostownicze f=( ) Hz Stabilizacyjne (Zenera) U R =(5-7) V, I R =0.1I RMAX Specjalne :tunelowe, Shottkego (metal-półprzewodnik), foto-czułe

11 Dioda jako prostownik prądu Hz Hz Prostownik Jedno-połówkowy Prostownik dwu-połówkowy

12 Dioda Zenera Stabilizator prądu- reguluje stały prąd na obciążeniu przy zmianach napięcia źródła Dioda Zenera pracuje przy napięciu zaporowym jako rezystor bocznikujący o zmiennym oporze !

13 Zasilacze Transfo rmator prosto wnik Filtr Stabil izator Odb 220 V

14 Prostownik mostkowy VpVp VrVr

15 Dioda jako element foto-czuły Elektron dziura Polaryzacja w kierunku zaporowym –obwód zamknięty- przepływ prądu o I od zależnym od natężenia światła Obwód otwarty- napięcie zależne od natężenia światła-foto-ogniwo

16 Dioda jako element świecący LED Rekombinacja elektron-dziura w materiale powoduje emisję światła: GaAs-czerwne =( )nm GaP(N)-zielone =( )nm GaP(Zn)- pomarańczowy

17 Tran(sfer)(re)zystor bipolarny npn 3 warstwy npn (lub pnp) E-emiter B-Baza C-kolektor Obszar bazy bardzo cienki Złącze E-B spol. w kierunku przewodzenia Złącze B-C zaporowo I C I E I C I B I C =I E +I B 1

18 Rodzaje tranzystorów bipolarnych Tranzystor planarny Wykonanie metodą kolejnych dyfuzji oraz masek Tranzystor stopowy

19 Tranzystor bipolarny npn Zakres aktywnej pracy tranzystora. Pracuje jak wzmacniacz I C = I B Zakres nasycenia Pracuje jak układ impulsowy: U CB <0: nasycenie (przewodzenie) zatkanie (brak przewodzenia): U EB >0 U CB >0 E B C U CB > U EB <0 E B C U CB < U EB <0

20 Konfiguracje pracy tranzystora Wspólna Baza Wspólny Emiter Wspólny Kolektor IEIE ICIC IBIB ICIC IBIB IEIE IEIE I E =I C +I B = I B +I B = ( +1)I B I B

21 Charakterystyki pracy tranzystora (npn) Obszar nasycenia: złącze CB spolaryzowane w kierunku przewodzenia U CB <0.6, EB w kierunku przewodzenia U EB <0.6 Obszar aktywny: złącze CB spolaryzowane w kierunku zaporowym, EB w kierunku przewodzenia Obszar zatkania: złącze CB oraz EB spolaryzowane zaporowo Obszar Nasycenia U CB <0 Obszar aktywny U CB >0 Obszar odcięcia [ A] [mA] 2 ICIC [V]1,2 0.6 [V] Obszar przebicia 4 [mA]

22 Linia pracy tranzystora Układ wyjscia Układ wejścia V CC =+10 V V BB =+0 lub 5 V R L =1 k, Układ jest w stanie aktywnym gdy U BE >0.6 V Układ ze wspólnym emiterem (WE) Obszar aktwny Obszar nasycenia Obszar przebicia

23 Układ zastępczy tranzystora dla r r b B IbIb C ac I e ac I b ac I e r c r e 25 mV/I E IeIe E Ogólny układ zastępczy dla paramterów r Uproszczony układ zastępczy dla Parametrów r B E C C ac I b E B IbIb r e

24 Różnice pomiędzy ac i DC ICIC IBIB 0 Q ICIC IBIB 0 Q I B I C { I CQ I BQ { DC = I CQ /I BQ ac = I C / I B Wielkości DC i ac są na ogół różne i zależą od punktu Pracy tranzystora (Q).

25 Konfiguracje wzmacniaczy: Wspólny Emiter (WE) : emiter jest podłączony do ziemi (V=0),Wejście jest podane na bazę, Wyjście jest na kolektorze Wspólny Kolektor (WK): kolektor jest uziemiony, Wejście jest podane na bazę, Wyjście jest na emiterze Wspólna-Baza (WB): baza jest uziemiona, Wejście jest na emiterze, Wyjście na kolektorze

26 Wzmaczniacze mało-sygnałowe Punkt pracy (Q) tranzystora ustawiony przez zasilanie dc Wzmaciacze małosygnałowe pracują w pobliżu punktu pracy Konwencje używane dla wartości prądu stałego (DC) i zmiennego (AC): Wartości dc np.:. I E, R E Wartości ac, I e (wartość rms), r e (wewnętrzne r tranzystora) Wartości chwilowe np: i e

27 Podstawowy wzmacniacz mało- sygnałowy ze Wspólnym Emiterem +V CC VsVs RsRs C1C1 R1R1 R2R2 RCRC RERE C2C2 RLRL VbVb V BQ I BQ IbIb I CQ IcIc V CEQ V ce C 1 i C 2 blokują napięcie dc ale przepuszaczają sygnał ac.

28 Wzmacniacz WE Kondensatory C 1 i C 2 zapobiegają iż R s i R L zmieniają wartość zasilania V s powoduje że V b i I b zmieniają się trochę co powoduje duże zmiany w I c z powodu Jeżeli I c zwiększa się, V ce obniża się i vice versa A więc, V c (wyjście na R L ) jest 180 o przesunięte w fazie względem V b

29 Reprezentacja graficzna ICIC V CE IcIc V ce IbIb Q I CQ I BQ V CEQ I B1 I B2 I B3 I B4 I B5

30 Analiza DC wzmacniacza WE +V CC R1R1 R2R2 RCRC RERE V E = V B - V BE ; jezeli DC R E = R IN(baza) >> R 2, wtedy V C = V CC - I C R C VBVB VCVC VEVE

31 Analiza AC wzmacniacza WE R1R1 R2R2 r e RCRC ac I b E B C C 1, C 2 zastępujemy przez zwarcie X C 0 ac ziemia R in(tot) = R 1 //R 2 //R in(baza) gdzie R in(baza) = ac r e R out R C (wyłączając R L ) obciążenia Rezystancje wejściowe i wyjściowe: Wzmocnienie wzmacniacza: Jeżeli włączamy R L : R out = R C //R L, oraz V out V in

32 Stabilzacja wzmocnienia +V CC R1R1 R2R2 RCRC R E1 C1C1 C3C3 R E2 C2C2 Bocznikując R E zwiększamy wzmocnienie ale układ jest niestabilny ponieważ r e zależy od I E i temperatury Wybierając R E1 >10 r e, minimalizujemy wpływ r e bez znacznej redukcji wzmocnienia A v -R c /R E1 R in(base) = ac (r e +R E1 )

33 Wzmocnienie całkowite wzmacniacza WE VsVs R 1 //R 2 RsRs R c = R C //R L VbVb V out Wzmocnienie całkowite z pominięciem kond. bocznikującego: C 2 Przybliżona zasada Doboru wielkości C 2 : X C2 < R E /10

34 Wzmocnienie prądowe (A i ) i wzmocnienie mocy (A p ) VsVs R 1 //R 2 RsRs RcRc IbIb IsIs IcIc Stosunek prądu bazy do kolektora jest ac Ale wzmocnienie prądowe A i = I c /I s gdzie Wzmocnienie całkowite: A p = A v A i

35 Wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE) +V CC C1C1 R1R1 R2R2 RCRC RERE C3C3 RLRL C2C2 V in V out C 1 : wejściowy kond. sprzęgający C 3 : wyjściowy kond. sprzęgający C 2 : dla filtru emitera

36 Wzmacniacz ze wspólnym kolektorem (WK) +V CC C1C1 R1R1 R2R2 RERE RLRL C2C2 V in V out analiza DC : V E = V B - V BE I E = V E / R E V C = V CC Wzmacniacz WK jest też Znany jako wtórnik- emiterowy ponieważ V out śledzi V in w fazie i napięciu.

37 Analiza AC wzmacniacza WK R 1 //R 2 r e ac I e R e = R E //R L V out V in V in = I e (r e + R e ) V out = I e R e IeIe Jeżeli R e >> r e, to, A v 1, oraz R in(baza) ac R e R in(tot) = R 1 //R 2 //R in(baza) R out (R s / ac )//R e (bardzo mała) A i = I e /I in ac (jeżeli R 1 //R 2 >> ac R e ) A p = A v A i A i I in

38 Porównanie wzmacniaczy WE, WK, WB

39 Układ Darlingtona I e2 ac2 I e1 ac1 ac2 I e1 Więc, ac(całk) = ac1 ac2 zakładając r e << R E, R in = ac1 ac2 R E u.Darlingtona ma b. Duże wzmocnienie prądowe, b.duże R in, i b. małe R out - bufor (buffer) RERE I b1 I e1 I e2 +V CC ac1 ac2

40 Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniaczy Do tej pory zakładaliśmy że impedancja, X C kondensatorów sprzężeń i filtrów była =0. Także pojemności złącz tranzystorów były zaniedbane. Te pojemności jednak wpływają na wzmocnienie i przesunięcia fazowe w obszarze częstości sygnałów wejściowych.

41 Ogólna funkcja transmisji A v (dB) = 20 log A v Częstotliwość odcięcia krytyczne, jest częstością dla A v spadającego o 3 dB. To odpowiada 0.707A v(max) lub 0.5 A p(max) mocy. f A v (dB) fcnfcn fcwfcw Obszar pasma 3 dB f cn = obcięcie w niskiej częst. f cw = obcięcie w wysokiej częst Wzmocnienie jest maks w obszarze pasma (0 dB). 0

42 Obwód RC na wejściu przy niskiej częstości V in C1C1 R in Baza tranzystora R in = R 1 //R 2 //R in(base) Częstość krytyczna: Jeżeli uwzględnimy R s źródła: V R(in) wyprzedza V in o: uwaga: w f c, X C1 = R in, = 45 o. f fcfc 90 o 45 o 0o0o

43 Obwód wyjściowy RC przy niskiej częstości dla WE +V CC C3C3 RLRL Częstość krytyczna obwodu RC : Przesunięcie fazowe: f fcfc 0.1f c A v (dB) obniżenie A v dla każdego obwodu RC jest 20 dB/decade Dla f c Wpływ obwodu wyjściowego RC na A v jest podobny do wejściowego RC. 0 RCRC

44 Obwód RC emitera w niskiej częstości C2C2 RERE RCRC +V CC W niskiej częstości, impedancja emitera Z e = R E //X C2, a więc A v : Częstość krytyczna: gdzie R th = R 1 //R 2 //R s jest theveninowską Rezystancją patrząc od bazy w kierunku źródła

45 Całkowita funkcja transmisji f c1, f c2, i f c3 są częstościami krytycznymi dla RC emitera,wyjścia, wejścia RC (w zależności od wielkości kolejności). Układ RC z f c3 jest zwany układem dominującym. 0 f c1 f c2 f c3 f dB/dec -40 dB/dec -60 dB/dec Wykres Bodego dla niskiej częstości

46 Wysokie częstości dla dużych f, C be powoduje obniżenie napięcia na dzielniku napięcia z R S. Dla dużych, C bc powoduje ujemne sprzężenie napięciowe i obniża napięcie wejściowe. A v obniża się. VsVs RsRs RcRc C be C bc C bc i C be są wewnętrznymi pojemnościami złączowymi które wynoszą parę pF.

47 Całkowita funkcja transmisji A v (dB) 0 A v(mid) f f c1 f c2 f c3 f c4 f c5 f c3 i f c4 są dwoma dominującymi częstościami krytycznymi A v jes 3 dB b. f c3 jest dolnym obcięciem, f cl, i f c4 jest górnym obcięciem, f cu Pasmo przenoszenia = f cu - f cl

48 Pomiar zależności wzmocnienia od częstości ustawić częstość w średnim obszarze (~kHz) i V out na około 1-2 V. Obniżać częstość aż do V out = 0.707V aby otrzymać f cl. Zwiększać częstość do V out = 0.707V aby otrzymać f cu. Szerokośc pasma wzmacniacza BW = f cu - f cl. V in powinno być stałe ! Generator funkcyjny AvAv oscyloskop Test V in V out Procedura:

49 Pomiar częstości krytycznych Używając poprzedniego zestawu zmierzyć czas narastania (t r ) i czas opadania (t f ) sygnału schodkowego. f cu = 0.35/t r f cl = 0.35/t f 10% 90% trtr 10% tftf Wejscie Wyjście Wejście

50 Połączenia kaskadowe wzmacniaczy Całkowite wzmocnienie, A vT = A v1 A v2 A v3... A vn = V out /V in Całkowite wzmocnienie w dB, A vT(dB) = A v1(dB) +A v2(dB) A vn(dB) gdzie, A v(dB) = 20 log A v Połączenia kaskadowe stosujemy w celu zwiększenia wzmocnienia A v1 A v2 A v3 A vn V in V out n wzmacniaczy w kaskadzie

51 Parametry hybrydowe (h) parametry h są podawane w danych technicznych tranzystorów: h i : wejściowa oporność; wyjście zwarte h r : stosunek napięć (WE/WY), wejśćie otwarte h f : wzmocnienie prądowe; wyjście zwarte h o : konduktancja wyjściowa; wejście otwarte Każdy parametr ma 2 wskaźniki opisujące konfigurację np:, h fe, h fc, h fb

52 Układ zastępczy tranzystora dla h h f I in hoho h r V out hihi V in V out I in Diagram przedstawia ogólny układ zastępczy tranzystora dla parametrów h Dla różnych konfiguracji należy wstawić odpowiednio drugi wskaźnik (e,b,c)

53 Parametry r Oporności, r, są może bardziej intuicyjne: ac : ac (I c /I e ) ac : ac beta (I c /I b ) r e : ac oporność emitera r b : ac oporność bazy r c : ac oporność kolektora Relacje pomiędzy parametrami h i r ac = h fb ; ac = h fe

54 Parametry h: Wspólny EmiterWspólna BazaWspólny Kolektor


Pobierz ppt "Podstawy teorii przewodnictwa Diody Transystory (bipolarne, unipolarne) Małosygnałowe wzmacniacze tranzystorowe (układ ze wspólnym kolektorem, emiterem)"

Podobne prezentacje


Reklamy Google