elektronika-elektronički sklopovi 1

8/9/2019 Elektronika-elektroniki Sklopovi 1

1/68

OSNOVE ELEKTRONIKE 3. ELEKTRONIKI SKLOPOVI

A. Rezi 1

3. ELEKTRONIKI SKLOPOVI

Elektroniki ureaji sadre elektronike sklopove, manje ili viesloene strujne krugove s elektronikimelementima, koji obavljajuneke operacije ili postupke nad energetskim veliinama ilisignalima.

Kod energetskih veliina tim operacijama upravlja se tokomenergije prema troilu, a u informacijskoj elektronici obraujesignal prema zadanim kriterijima.

I kod kompleksnijih sklopova mogu se prepoznati bitnejednostavnije cjeline. Neke od njih, koje se opetovano pojavljuju,predmet su ovog poglavlja.


2/68


A. Rezi 2

3.1. Ispravljai

Ureaj,sklop ili spoj, koji ulaznu izmjeninuveliinupreoblikujeu razmjernu istosmjernu na izlazu, naziva se ispravlja(sl. 3.1.).

Sl. 3.1. Ispravlja

Kako je javna elektrina mrea poradi nekih prednosti (kojih ?)izmjenina, potreba istosmjernog napajanja istosmjernih troila,meu njima i elektronikih sklopova, podmiruje se mrenimispravljaima koji mogu biti jednofazni ili viefazni, poluvalni ili

punovalni, neupravljivi ili upravljivi.


3/68


A. Rezi 3

Nerijetko se ispravljanje kombinira sa stabilizacijom izlazneveliine u stabiliziranim ispravljaima. Za ispravljanje

visokofrekvencijskih izmjeninih signala (u telekomunikacijama)slue visokofrekvencijski ispravljai.

U mjernoj tehnici esto se mjerenje izmjeninihveliina provodipretvaranjem u razmjerne istosmjerne s pomou mjernih

ispravljaa.Ispravljanje se obavlja ventilnim elementom, ije je glavnosvojstvo nesimetrija statikekarakteristike.

Najjednostavniji ventilni element jestpoluvodikadioda.

Ispravljai s diodama su neupravljivi za razliku od upravljivih stiristorima.


4/68


A. Rezi 4

3.1.1. Jednofazni poluvalni ispravlja

Za razmatranje osnovnih svojstava ispravljaa sluinajjednostavniji jednofazni poluvalni ispravljas omskim teretom(sl. 3.2.). Vana znaajka omskog tereta otpora R je razmjernoststruje i napona po Ohmovom zakonu, iz ega slijedi jednakostoblika napona i struje. Prema sl. 3.1. ispravlja je na sl. 3.2.ostvaren samopomoudiode.

Sl. 3.2. Poluvalni jednofazni ispravlja


5/68


6/68


A. Rezi 6

Tijekom negativne poluperiode tokaAnegativnija je od C, diodane vodi, struja kruga i= 0, nema pada napona na otporu, uR= 0, pa

vrijedi (3.3)

Prikaz tih ovisnosti o vremenu daje sl. 3.3. b).Ostvareni napon na troilu nema negativnih vrijednosti, struja teeiz mree samo u pozitivnim poluperiodama, od anode premakatodi kroz diodu, i od tokeCprema tokiDkroz troilo. U timintervalima stezaljka Ctroila je pozitivnija od stezaljke D. Obliknapona na troilu jepulzirajui

(3.4)

( ) ...,1,0,12

1

0=+

+

=

=kTktTkza

u

uu

R

D

( )

+

+

+

=

TktTkza

TktTkzatT

U

u

M

R

12

10

2

12sin


7/68


A. Rezi 7

a takoer radi omskog otpora i struja uz

iznosi

(3.5)

R

UI

R

Ui M

M

R == ,

( )

,...2,1,0

12

10

2

12sin

=

+

+

+

=

k

TktTkza

TktTkzatT

I

i

M


8/68


A. Rezi 8

Sl. 3.3. Jednofazni poluvalni ispravljaa) grafiki izvod oblika struje b) valni oblici uz analitiki izvod


9/68


A. Rezi 9

Za elektrolitiki efekt (koliina izluene tvari), moment uistosmjernim instrumentima, te mehaniki rad u istosmjernim

motorima mjerodavna je srednja vrijednost napona ili struje. Kodperiodikihpojava srednja vrijednost moe se izraunatiprema

(3.6)gdje je Tperioda funkcije u(t)(ili njezin cjelobrojni viekratnik). Uovom sluaju

(3.7)i dobiva se

(3.8)gdje je U efektivna vrijednost harmonikog ulaznog naponafrekvencije 1/T.

( ) dttuT

U

T

sr = 0

1

+=T

T

T

Msr dtT

dttT

UT

U

2

2

0

012

sin1

UUUU Msr === 45,02


10/68


A. Rezi 10

Odgovarajua je srednja struja na troilu

(3.9)Dobivenipulzirajuioblik moe se shvatiti (po Fourieru) kao zbrojkonstantne veliine (lan s frekvencijom 0) i sume harmonikihkomponenti s frekvencijama viekratnicima od f=1/T(sl. 3.4.).

Konstantni lanje upravo jednak srednjoj vrijednosti (3.8), dok jesrednja vrijednost svakog harmonikog lana, pa i zbroja viihharmonikihlanovajednaka nuli.

U izluivanju materijala pri elektrolizi harmoniki oblici ne

sudjeluju.Prosjenavrijednost momenta kog stvaraju harmonikilanovipri

pretvorbi poluvalno ispravljenog napona u mehaniki rad kodistosmjernih motora ili instrumenata jednaka je takoernuli.

MMsrsr

I

R

U

R

UI =

==


11/68


A. Rezi 11

Sl. 3.4. Sastav pulzirajueg oblika

Kad meutimpulzirajuioblik struje ili napona ostvaruje toplinskiili svjetlosni efekt, tome ne pridonosi samo srednja vrijednost(konstantni lan s frekvencijom 0), ve i izmjenini dodatak odzbroja harmonikih lanova. Parametar mjerodavan za te efekte

jest efektivna vrijednost, zaperiodikinapon s periodom Tjednaka

(3.10)( ) =T

ef dttuT

U0

21


12/68


13/68


A. Rezi 13

Dioda je u ispravljau optereena strujno i naponski. Mora bitigraena tako, da trajno podnosi efektivnu struju Ief (>Isr), _a

trenutno aki IMponavljanu s intervalom T.Naponski je dioda optereenakad je zaporno polarizirana.Najveizaporni napon nastupa u vremenu 3T/4 s vrijednouUM i nesmijeprijeidoputeni zaporni napon diode Uz0.

U nekim primjenamapulzirajuioblik sa slike 3.3. je neprihvatljiv,kao npr. za napajanje veineelektronikihureaja, zbog predugogintervala s vrijednounapona nula i prevelike sume harmonikihlanova. Jedan od naina da se pobolja jest ostvarivanje

kapacitivnog karaktera troila, to je moguepostii dodatkomparalelnog kondenzatora (sl. 3.5).


14/68


A. Rezi 14

U isjeku stacionarnog stanja izmjenjuju se intervali voenja diodes punjenjem kondenzatora t2i intervali nevoenja t1s pranjenjem

kondenzatora preko troila.Kod idealne diode napon katode slijedi napon anode kad diodavodi, pa se napon na troilu i kondenzatoru uCD ne razlikuje uintervalu t2od napona uAB. U intervalu t1napon uCD= uC, mijenja

se prema

(3.12)gdje je t'= 0 u pozitivnom tjemenu. Napon katode uC vii je odnapona anode u

ABi zato dioda ne vodi.

Ponovno voenje i novi interval t2 poinju od trenutkaizjednaenjanapona anode i katode.

CR

t

MC eUu

='


15/68


A. Rezi 15

Napon troila jednak naponu kondenzatora ima visoku srednjuvrijednost Usr, to viu, to je vremenska konstanta RCvea.

Preostala izmjenina komponenta napona, nazvana valovitost,smanjuje se s porastom vremenske konstante.

Veasrednja vrijednost napona Usrznaii veusrednju vrijednost

struje, a kako se interval voenja diode smanjio (u odnosu nasluaj bez kondenzatora) na t2, dioda mora proputati svakih Tkratke strujne impulse trajanja t2i vrlo velike amplitude.

Time je dioda strujnojaeoptereena.


16/68


A. Rezi 16

Sl. 3.5. Ispravlja s kapacitivnim teretoma) shema, b) oblici napona, c) struja kroz diodu i izvor


17/68


A. Rezi 17

Dioda je i naponskijaeoptereena, jer mora podnijeti u trenutkunegativnog tjemena zbroj trenutnog napona na kondenzatoru i

negativne amplitude UM. Najgori sluaj nastupa pri ekstremnovelikoj vremenskoj konstanti, kad je napon na kondenzatoru krozcijeli interval t1jednak

(3. 13)U trenutku negativnog maksimuma napona izvora, anoda diode jena -UM, a katoda na +UM, te je ukupni zaporni napon na diodi2UM.

Takoer je i izvor nepovoljnije optereen, jer veu energiju moradati u kratkotrajnim intervalima.

MC Uu =


18/68


A. Rezi 18

Idealnom diodom se moe u pogledu veliinana troilu zamijenitirealnu samo ako je napon na vodljivoj diodi uD zanemariv prema

tjemenoj vrijednosti izmjeninogprikljuenognapona UM. Tada jenapon troilapraktikijednak naponu izvora dok dioda vodi.

Ako se napon na vodljivoj diodi ne moe zanemariti, trenutniiznosi napona troila jednaki su, prema izrazu (3.1), naponu izvoraumanjenom za pad napona na diodi. Buduije karakteristika diodenelinearna, toniji rezultati zahtijevaju njeno poznavanje uanalitikom obliku, dok je za pribline dostatna grafika obradba

prema naelimaiz 1.2.2.

U praksi se pri jakim impulsima struje ne moe zanemariti padnapona na unutarnjem otporu izvora, to stvara dodatnepotekoe.


19/68


A. Rezi 19

3.1.2. Jednofazni punovalni ispravlja

Dugi vremenski interval s vrijednou napona jednakoj nulizamjetni je nedostatak poluvalnog ispravljaa. Od periode ulaznognapona koja sadri pozitivni i negativni poluval, iskoriten je samo

jedan, pa je izvor optereen nesimetrino to stvara dodatneprobleme.

Te nedostatke nema punovalni ispravlja. Spretnim rasporedomdioda iskoriste se oba poluvala, a napon s vrijednounula postojitek trenutno.


20/68


A. Rezi 20

Na slici 3.6. prikazan je isti spoj na vie naina. Nerijetko sesusreei pod nazivima ispravljakimost ili Graetz-ov spoj.

Sl. 3.6. Punovalni jednofazni ispravlja

Pri pozitivnoj stezaljki 1 izvora vode diode D1 i D4, dok pripozitivnoj stezaljki 2vode diode D

2i D

3. Struja kroz troilo u oba

je sluajaistog smjera, a napon na njemu istog polariteta.

Promatraju li se diode kao sklopke, u intervalu (0, T/2) ukljuenesu samo D1 i D4, dok su u intervalu (T/2, T) ukljuenesamo D2iD

3.


21/68


A. Rezi 21

Napon na troilu je

(3.14)ili

(3.15)

Srednja vrijednost napona rauna se prema (3.6) i iznosi

(3.16)a efektivna prema (3.10)

( 3. 17 )

uuR=

( )

...,2,1,0

12

12sin

2

12sin

=

+

+

+

=

k

TktTkzatT

U

TktTkzatT

U

u

M

M

R

UU

U

U

M

sr === 90,02

2

2

UU

U Mef ==2


22/68


A. Rezi 22

Pri jednakom ulaznom naponu punovalni ispravlja daje troiludvostruko veu srednju vrijednost istosmjernog napona od

poluvalnog.

Srednja struja svake diode jednaka je polovici srednje strujetroila, dok je maksimalna struja jednaka tjemenoj vrijednostistruje troila i ponovljiva s intervalom T. Oblik struje kroz jednudiodupraktikije jednak kao u poluvalnom ispravljau.

Naponski je svaka dioda optereenakao u poluvalnom ispravljaui pri omskom karakteru troila mora podnijeti zaporni naponvrijednosti UM.Valovitost je ista kao kod poluvalnog ispravljaaali je frekvencija

pulziranja jednaka dvostrukoj frekvenciji ulaznog napona, toolakava redukciju valovitosti (npr. dostatan manji paralelnikapacitet).U praksti se, naroito za manje snage, diode smjetaju u istokuite,te itavspoj postaje jedna komponenta.


23/68


A. Rezi 23

3.1.3. Trofazni poluvalni ispravlja

Budui jednofazni ispravljai optereuju samo jednu fazu, daklenesimetrino trofazni sustav, za napajanje troila veih snagapotrebni su trofazni ili viefazni ispravljai.

Trofazni poluvalni ispravlja(sl. 3.7.) optereujeciklikii jednakopojedine faze.

U jednom trenutku vodi samo dioda koja ima najpozitivniju anodu(to traje 1/3periode). Napon njezine anode prenosi se na spojite

katoda, tokuA, dreipreostale dvije diode nevodljivima, a to jeujedno i istosmjerni napon troila.


24/68


A. Rezi 24

U prikazu ovisnosti napona pojedinih faza prema nulvodiu ovremenu (sl. 3.7.b), napon troila je pozitivna ovojnica skupa

krivulja i zbog jednostavnosti izraen samo u prvoj periodi jednak

(3.18)

gdje su

(3. 19)

=

TtT

u

TtTu

Tt

Tu

Ttu

uA

12

9

129

125

12

5

12

120

30

20

10

30

0

=

==

3

42sin

,3

22sin,2sin

30

2010

tT

Uu

tT

UutT

Uu

M

MM


25/68


A. Rezi 25

Za izraunsrednje vrijednosti spomou(3.6) treba uzeti interval ukome je funkcija uADnajjednostavnije napisana. Dobiva se

(3.20)gdje je UMtjemena, a Uefektivna vrijednost faznog napona.

Svaka dioda vodi 1/3 periode i srednja joj je struja 1/3 srednjestruje troila, dok je vrna vrijednost jednaka vrnoj vrijednostistruje troila.

U zapornom smjeru najvei napon iznosi 3*UM, (tjemenavrijednost linijskog napona), a nastupa npr. za diodu D2u trenutkuT/6(napon u12), zatim za diodu D3u trenutku 4T/12 (napon u13),itd.

UUUdttT

UT

U MM

T

T

Msr ==

=

= 17,183,02

332sin

3 12

5

12


26/68


A. Rezi 26

Sl. 37. a) poluvalni trofazni ispravlja, b) valni oblici

Frekvencija preostale valovitosti jednaka je trostrukoj mrenoj, toje sa stanovita uklanjanja viih harmonikihlanova(filtriranje!)povoljno.

Najnia vrijednost ispravljenog napona je UM/2, a najvia UM, paje valovitost maksimalne vrijednosti UM/2 (u jednofaznimispravljaimaU

M).


27/68


A. Rezi 27

3.1.4. Trofazni punovalni ispravlja

U trofaznom poluvalnom ispravljau pozitivna stezaljka troila

nalazi se na naponu pozitivne ovojnice uA0 faznih napona, dok janegativna spojena na nulvodi(zvjezdite).Ako se negativna stezaljka napaja pomou negativne ovojnicefaznih napona uB0, dobiva sepunovalni ispravlja(sl. 3.8.).

Sl. 3.8. Trofazni punovalni ispravlja:a) shema spoja b) valni oblici c) napon na troilu


28/68


A. Rezi 28

Istovremeno vodi dioda s najpozitivnijom anodom (jedna od D1,D2, D3) i dioda s najnegativnijom katodom (jedna od D4, D5, D6).

Napon troila je razlika napona najpozitivnije anode ( tokaA) inajnegativnije katode (tokaB) prema

(3.21)

Radi preglednosti u izrazu (3.21) dano je samo nekoliko intervalaiz prve periode.

==

12

5

12

3

12

3

12

120

3010

2010

2030

00

Tt

Tuu

Tt

Tuu

Ttuu

uuu BAAB


29/68


A. Rezi 29

Srednja vrijednost napona troila moe se raunatipomou (3.6),uzimajuiu obzir da je perioda napona uAB jednaka T/6. Izborom

prikladnog intervala koji sadri tu periodu dobiva se srednjavrijednost

(3.22)

gdje je UMtjemena, a Uefektivna vrijednost faznog napona.

( )

UUUU

dtT

tT

UtT

UT

dtuuT

dtuT

U

MM

T

T

MM

T

T

T

ABsr

=

==

=

=

=

===

34,263

65,133

22sin

2sin

6

61

12

3

12

12

3

12

2010

0


30/68

OSNOVE ELEKTRONIKE 3 ELEKTRONIKI SKLOPOVI


31/68


A. Rezi 31

U opisanim ispravljaima diode se mogu promatrati kao sklopkekoje vode u intervalima kad je anoda pozitivnija od katode.

Vrijeme voenja odreeno je oblikom napona napajanja, brojemdioda i karakterom troila, te je pri stalnom izmjeninom naponunapajanja istosmjerni napon stalne srednje vrijednosti.

U praksi est je sluaj potreba za promjenljivim istosmjernim

naponom (npr. zbog promjene broja okretaja istosmjernog motora).Na moderan nain to se postie promjenom vremena voenjaventila u ispravljakom mostu. U tom sluaju ventili moraju bitiupravljivi, te se umjesto dioda pojavljuju tiristori.

Ako je u punovalnom ispravljakom mostu jedan red ventilaupravljiv, govori se o poluupravljivom mostu, a u sluajuda su sviventili upravljivi, dobiva se punoupravljivi most s mogunou

promjene i polariteta na izlazu (etverokvadrantnipogon).



32/68


A. Rezi 32

3.2. Stabilizatori napona

Troilo (to moe biti i elektroniki sklop) prikljueno na izvordobiva u praksi nestabilan napon.

Kemijski izvori smanjuju s vremenom napon radi potrokaaktivnih tvari, dok se napon mree mijenja radi sluajnog stanja

mree.Nadalje, svaki izvor reagira promjenom napona stezaljki napromjene struje troila zbog svog konanogunutarnjeg otpora.

Ima troila kojima je za obavljanje njihove zadae potreban

stabilniji napon od onog kojeg izvori mogu ponuditi. U takvomsluaju izmeuizvora i troila potreban je stabilizator napona(sl.3.9.).



33/68


A. Rezi 33

Sl. 3.9. Uloga stabilizatora



34/68


A. Rezi 34

3.2.1. Osnovni parametri stabilizatora

Napon troila i ujedno izlazni napon stabilizatora Ust ne postaje

stabilizacijom posve konstantan, ali se njegove promjene svode natolerirajuuunaprijed zadanu vrijednost.

Najjai utjecaj na iznos napona troila imaju napon izvora UG istruja troila IT, te se moe izraziti

(3.23)Promjene Ustmogu se izraziti promjenama UGi ITprema totalnomdiferencijalu

(3.24)gdje su i parametri koji opisuju stabilizator.

( )TGst IUfU ,=

TGT

T

stG

G

stst IUI

I

UU

U

UU +=

+

=

1



35/68


A. Rezi 35

Faktor stabilizacije

(3.25)treba biti velik kad se oekuju vee promjenenapona izvora UG.Uz taj uvjet je prvi lan u izrazu (3.24) dostatno malen.

Sl. 3.10. Utjecaj stabilizatora pri promjenia) napona napajanja UG, b) struje troila IT

constIst

G

T

U

U

=

=



36/68


A. Rezi 36

Parametar(3.26)

je unutranji otpor stabilizatora s negativnim predznakom. to je

manji, bit e manji utjecaj promjene struje troila na stabiliziraninapon, jer edrugi lanu izrazu (3.24) biti manji. U praksi su i konanihvrijednosti, pa je openitoUstrazliitod nule.Uz dostatno velik faktor stabilizacije pri oekivanim

promjenama napona izvora, te dostatno malen faktor prioekivanim promjenama struje troila, moe se Ust odratidostatno malenim, i time napon troila Ustdovoljno stabilnim. Naslici 3.10. napon troila sa stabilizatorom Ust mijenja se znatnomanje s promjenom napona napajanja a) i struje b), nego u sluaju

bez stabilizatora kad je napon troila UT. Parametri stabilizatoramogu se smatrati priblino konstantnima samo za unaprijed zadanegranice UGi IT, dok se izvan tog podrujaporadi nelinearnostielemenata stabilizatora znatno mijenjaju i svojstva stabilizatora

drastinopogoravaju.

constUT

st

G

I

U

=

=


37/68



38/68


A. Rezi 38

Graf b)predoujevanjsku karakteristiku izvora shvaajuiRskaounutarnji otpor.

Karakteristika d) dobiva se primjenom prvog Kirchhoffovogzakona i jednaka je grafikojrazlici karakteristika b) i c) uzimajuiu obzir IZ


39/68


A. Rezi 39

Sl. 3.11. Grafika

analiza stabilizatorasa Zenerovomdiodom

a) shema spoja,b) karakteristika izvora

u presjeku a-a,c) karakteristikaZenerove diode,

d) karakteristika sklopalijevo od presjeka

b-be) karakteristika otpora

troila RT,f) zbirna karakteristika

spoja



40/68

OSNOV ON

A. Rezi 40

Radnom tokomse struja IGdijeli na struju troila ITi struju diodeIZ.

Iznad koljena struja IZ=0i napon Ustnije stabilan.Da bi se radna toka nalazila u strmom dijelu karakteristike f)nuan je uvjet IZ0iz egaizlazi

(3.27)

Pri dimenzioniranju obinosu zadani Usti RT, dok se potrebni UGiRSodreujuprema (3.27) za najnepovoljniji sluaj.

Diodom teenajveastruja pri RT= , a RStreba dimenzionirati dapodnese IGi pri najveempretpostavljenom naponu izvora UG.

s

T

ststG R

RUUU +



41/68

A. Rezi 41

Za ovaj stabilizator mogu se izraunati i parametri i . Ako sekarakteristika Zenerove diode aproksimira sa

(3.28)te dodaju oiti odnosi u spoju

( 3. 29 )moe se izraziti prema (3.25) i (3.26)

(3.30)

ZZZst rIUU += 0

ZGT

SGGst

III

RIUU

=

=

ZS

ZS

Z

S

rR

rR

r

R

+

=

+=

1



42/68

A. Rezi 42

Svojstva stabilizatora bitno ovise o dinamikom otporu Zenerovediode rzi povoljnija su to je manji.

U opisanom stabilizatoru Zenerova dioda se ponaa kaopromjenljivi otpor, preuzimajuina sebe dio struje izvora koju netreba troilo. Kad se element s ulogom promjenljivog otpora nalazi

paralelno troilu, stabilizator je paralelni. Kod serijskogstabilizatora kroz takav element prolazi struja troila. Vrijednouotpora upravlja napon troila Ust tako, da se odri to stabilnijim.Element s ulogom promjenljivog otpora nerijetko je tranzistor. Kadsu promjene njegovog otpora kontinuirane, stabilizator jekontinuirani, kad se zbivaju diskontinuirano, ostvaruje se

stabilizator s prekidanjem (switching). U stabilizatorima sprekidanjem nalaze se redovito i elementi za pohranu energije kojise periodiki pune i prazne. Pomou njih mogu se ostvariti isluajevisa Ust>UG.



43/68

A. Rezi 43

Stabilizator je elektronikisklop koji troi energiju i time smanjujestupanj djelovanja pri napajanju troila. Obino je stupanj

djelovanja loiji kad su zahtjevi za stabilnounapona otriji.Dobro je zamijetiti razliku izmeu stabilnog i tonognapona.

Toniji je napon s manjim odstupanjem od zadane (fiksne)vrijednosti, dok je stabilniji onaj, koji se s vremenom manje

mijenja. Toannapon mora biti i stabilan, dok stabilan ne mora bititoan. Stoga se i zahtjev za tonouzadovoljava uz veetrokoveod zahtjeva za stabilnou.U ovim razmatranjima pretpostavljala se stabilizacija istosmjernog

napona. Stabilizacija izmjeninog napona u energetske svrhe serijetko trai, a i znatno je tei zadatak.Ponekad potrebna stabilizacija struje nerijetko se svodi nastabilizaciju napona na poznatom otporu.



44/68

A. Rezi 44

3.3. Pojaala

Pojaaloje elektronikisklop ijaje promjena izlazne veliineXiveaod promjene istovrsne ulazne veliineXu(sl. 3.12.).

Sl. 3.12. a) pojaalo, b) prijenosna karakteristika



45/68

A. Rezi 45

Ulazna veliina u pojaalo je fizikalna veliina (struja, napon,snaga) koja u nekom parametru nosi informaciju, dakle ulazni

signal.

Pojaava se da bi dosegla radi neke primjene potrebnu veuizlaznu vrijednost.

Za funkcioniranje pojaalu je neophodna pomona energija, upraksi najeeistosmjerna.



46/68

A. Rezi 46

3.3.1. Pojaanje

Pojaanje Aje glavno svojstvo pojaalai definira se prema

( 3. 31 )gdje su sa xi i xu oznaeni neki amplitudni parametri malenogsignala (npr. tjemene ili efektivne vrijednosti). Normalno je

A>1, dok se sluajza A


47/68

A. Rezi 47

Pri radu pojaala u nelinearnom dijelu karakteristike, oblikizlaznog signala nije jednak ulaznom. Ta se pojava naziva

nelinearno izoblienje i kod linearnih pojaala se nastoji izbjei.Pojaanje nije neovisno o brzini promjene ulaznog signala (razloziu temi 1.2.4.). Dinamika svojstva dobro opisuje amplikudnafrekvencijska karakteristika pojaala



48/68

A. Rezi 48

Sl. 3.13. Frekvencijska karakteristika pojaalaa) istosmjerno: fd= 0, fg> 0b) izmjenino: fg> fd> 0



49/68

A. Rezi 49

Gornja fg i donja fd granina frekvencija su one, na kojima jepojaanje smanjeno na referentnog (to je pojaanje na

dogovorno odreenojreferentnoj frekvenciji). Interval frekvencijaizmeu graninih je irina frekvencijskog pojasa ili propusniopseg. Sve komponente ulaznog signala izvan propusnog opsega

pojavljuju se na izlazu slabije pojaane, to se nazivafrekvencijskim izoblienjem.

Prema smjetaju irine pojasa razlikuju se visokofrekvencijska(VF) i niskofrekvencijska (NF) pojaala. Kod uskopojasnih(selektivnih) pojaala je irina pojasa mala, a kad irokopojasnih(impulsnih) velika. Istosmjernapojaalaimaju fd=0.

Najjednostavniji elektroniki sklop koji posjeduje sva svojstvapojaala je stupanj pojaala. Sadri najmanje jedan aktivnielement, dakle element sa svojstvompojaavanja.

21



50/68

A. Rezi 50

Na stupnjupojaalakao i na svakom pojaalumogu se definirati,pojaanjesnage Ap, struje Aii napona Aumaloga signala

(3.32)Kako je , vrijedi

( 3. 33 )Pojaalase nerijetko spajaju u niz (kaskadu), radi dobivanja veeg

pojaanja( sl. 3.14.).

u

iu

u

ii

u

ip

u

uA

i

iA

p

pA ===

uip AAA =

iii iup =



51/68

A. Rezi 51

Sl. 3.14. Kaskada pojaala

Kako je xi1=xu2i xi2=xu3, vrijedi

(3.34)

ili openito za kaskadu

( 3. 35 )

321

1

1

2

2

3

3

1

3 AAAx

x

x

x

x

x

x

xA

u

i

u

i

u

i

u

i ===

=i

iAA



52/68

A. Rezi 52

Radi jednostavnije manipulacije (npr. zbrajanje umjesto mnoenja,saimanje velikih odnosa) omjer istovrsnih veliina,pa ipojaanje,

rado se iskazuju logaritmom omjera apsolutnih vrijednosti.

Definirano omjerom izlazne i ulazne srednje snage prema

(3.36)

pojaanje ima jedinicu"decibel".

( )dBp

pA

u

idB log10 =



53/68

A. Rezi 53

Ako se snaga iskae s pomounapona, struje i (njihovog omjera)otpora, vrijedi

(3.37)

iskazano pomou napona

(3.38)

Iskazano pomou struja

(3.39)

ii

i

iiuu

u

uu

i

ii

u

uu

rir

upri

r

up

i

ur

i

ur

====

==

22

22

,

,,

( )dBr

r

u

u

r

u

r

u

Au

i

u

i

u

u

i

i

udBlog10log20log10

2

2

==

( )dBr

r

i

i

ri

riA

u

i

u

i

uu

iiidB

log10log20log102

2

+=

=



54/68

A. Rezi 54

U praksi se nastoji izjednaiti ulazne i izlazne otpore (prilagodbaotpora za prijenos maksimalne snage), ime se eliminiraju drugi

lanoviiz izraza (3.38) i (3.39).Zbog lako mjerljivih napona osobito esto se rabi

(3.40)

gdje je Aunaponskopojaanjeprema (3.32).

Za nizpojaalavrijedi prema (3. 34)

(3.41)ili openito

( ) ( )dBAdBA uu log20 =

( ) ( ) ( ) ( )dBAdBAdBAdBA 321 ++=

( ) ( )=i

i dBAdBA



55/68

A. Rezi 55

3.3.2. Prilagodba otpora

Dvopolni izlaz nekog etveropola A, na kome se pojavljuje izlazni

napon u, te dvopolni ulaz etveropola Bkoji prethodnom slui kaoteret, mogu se predoiti jednostavnim strujnim krugom (sl. 3.15.).

Napon eje izlazni napon etveropola Au neoptereenom stanju, a

otpori su dani izrazom (3.37).

Sl. 3.15. Veza dvaju etveropola



56/68

A. Rezi 56

Odabir takvog omjera otpora ri i ru kojim se iz prethodnog uslijedei sklop namjerava prenijeti maksimalna vrijednost

interesantne fizikalne veliine (snage, napona ili struje) jestprilagodba otpora.

Naponska prilagodbaotpora zahtijeva maksimalni mogui naponna ulazu u etveropol B. Iz

(3.43)oito je da uvjet

(3.44)ispunjava taj zahtjev.

u

iiu

u

r

r

e

rr

reu

+=

+=

1

iu rr >>



57/68

A. Rezi 57

Za strujnu prilagodbupri konstantnom ri

(3.45)

uvjet je

(3.46)

+

=+

=

1i

u

i

iu

r

r

r

e

rr

ei

iu rr


58/68

A. Rezi 58

Prilagodba otpora za maksimalnu snaguna rupolazi iz

(3.47)

Ekstremna vrijednost

(3.48)

daje

(3.49)

za uvjet prilagodbe otpora po snazi.

( )2

22

ui

u

u rr

rerip

+

==

0=

ur

p

ui rr=



59/68

A. Rezi 59

3.3.3. Pojaalo s bipolarnim tranzistorom

Bipolarni tranzistor je prema poglavlju 2.3. pojaalo struje, ukojemu su promjene struje u radnom krugu puta veeod onih uupravljakom.

Da bi se uoilo kako stupanj pojaala s bipolarnim tranzistorom

moe pojaavati i napon, potrebno je ulazne promjene naponapromatrati kao uzrok promjenama ulazne struje, a iz promjenaizlazne struje izvesti promjene izlaznog napona.

Dok se veza izmeu ulaznog napona i struje ostvaruje prekoulazne karakteristike tranzistora, za dobivanje izlaznog naponapotrebno je u radni krug umetnuti (omski) otpor na kome epromjene izlazne struje dati promjene izlaznog napona (sl. 3.16.).



60/68

A. Rezi 60

Sl. 3.16. Stupanj pojaala s bipolarnim tranzistorom

U izlaznom krugu vrijedi

(3.50)Uz promjenljivu struju ICbit epromjenljiv pad napona na otporuR i napon na tranzistoru UCE. Uzima li se izlazni napon stranzistora ili otpora, za iznos promjene je svejedno. Na sl. 3.16.

izlazni napon je UCE ime je emiter postao zajednika toka zanaponski ulaz i izlaz. Postoje i druge mogunosti, no spoj sazajednikim emiterom je najjednostavniji i najei spoj stupnja

pojaala.

CECbat URIU +=



61/68

A. Rezi 61

Pojaanjenapona iznosi

(3.51)

Na temeljuulazne i izlaznekarakteristike(slike 2.20. i

2.21.) zbivanjasu preglednodana slikom3.17.

BE

CE

UUA

=

Sl. 3.17. Prikaz naponskog pojaanjabipolarnog tranzistora



62/68

A. Rezi 62

Promjene napona UBE vidljive su iz ulazne karakteristiketranzistora, a promjene izlaznog UCE u izlaznoj karakteristici u

koju je prema 1.2.2. ucrtan pravac otpora (izlazni krug tranzistora iotpor spojeni su serijski na izvor napona Ubat). Veza ulazne (IIIkvadrant) i izlazne karakteristike (I kvadrant) uinjena je u IIkvadrantu na sl.3.17, s pomou toaka koje u izlaznojkarakteristici odreujeradni pravac.

Pozitivni UBEpoveava (na ulaznoj karakteristici) struju IBA naIBA1, a (u izlaznoj) kolektorsku struju s ICAza ICna ICA1, dok seizlazni napon s vrijednosti UCEA smanjuje za UCE na vrijednostUCEA1. Treba zamijetiti da je porast ulaznog napona UBE

prouzroiopad izlaznog za znatno veuvrijednost UCE.

Uvrste li se u (3.51) vrijednosti s predznacima promjena,pojaanjeebiti negativno.



63/68

A. Rezi 63

Ako se ulazna promjena UBE ostvaruje harmonikim naponom,izlazna bi takoer bila priblino (samo priblino zbog vee ili

manje nelinearnosti karakteristika oko radne toke) harmonika,ali protufazna ulaznoj, ili, drukije iskazano, pomaknuta u fazi za180.

Promjena UBEkoja se elipojaavatije ulazni signal i dovodi se

izvana. Kad nema signala, radna toka definirana je statikimiznosima IB, IC i UCE (radna toka mirovanja ili statika radnatoka).Radna tokase u svakom stupnjupojaalanamjeta strujom baze,to se moe izvesti na razliitenainei naziva se polarizacija baze

ili napajanje baze. Na slici 3.18 pokazuje se nekoliko nainanapajanja baze kod spoja sa zajednikim emiterom. Pritom sucrtkano prikazani dijelovi strujnih krugova koji se u shemamanerijetko izostavljaju, a podrazumijevaju se.



64/68

A. Rezi 64

Potrebna struja IBza namjetanje radne toke mirovanja u sluajua) odreuje se prema

(3.53)Buduije Ubatzadan, a za silicijski tranzistor UBE0,7 V, eljenastruja IB odreuje se izborom RB. Nedostatak ovakvog napajanja

baze jest nestabilnost radne toke.

U sl. 3.18.b) dodan emiterski otpornik RE(iznosa esto oko 0,1 R)slui stabilizaciji radne tokena nain opisan u temi 3.4.1.

B

BEbatB

R

UUI

=



65/68

A. Rezi 65

Naponsko djelilo na sl. 3.18.c) jo vie poveava stabilnost radnetoke, ali i potroak energije itavogstupnja.

Sl. 3.18. Napajanje baze stupnja pojaalaa) s otporom RB, b) s dodatnom stabilizacijom radne tokec) s naponskim djelilom



66/68

A. Rezi 66

Stabilnost radne toke ima velik utjecaj na svojstva pojaala.Glavni poremeajni faktori su promjena napona napajanja,

temperature i parametara elemenata. Svi utjecaji pod ijimdjelovanjem dolazi do neeljenog pomaka radne toke bezulaznog signala, obuhvaeni su pojmom drift ili klizanje. Tipino

je drift statikaili polagana pojava (frekvencije blizu nule ) inastoji se smanjiti stabilizacijom i/ili kompenzacijom utjecajnih

faktora. Kondenzator C istosmjerno odvaja ulaz stupnja pojaalaod prethodnih, pa je odreivanje radne toke u takvom stupnjunezavisno. To dodue ima za posljedicu nemogunostpojaavanjana frekvenciji 0. Za frekvencije iznad 0 kondenzator C ima

kapacitivni otpor proporcionalan 1/2fC, manji kod viefrekvencije. Budui povezuje izmjeninim signalom susjednestupnjeve, naziva se vezni kondenzator. Vea vrijednost veznogkondenzatora omoguujeniu donju graninufrekvenciju fd.


67/68



68/68

Ako je radna tokamirovanja izborom struje baze smjetena takoda dozvoljava podjednako pojaanje pozitivnih i negativnih

promjena signala,pojaaloradi u klasi A.Ako je statika radna tokaodreenavrlo malom strujom baze iliakIB=0,pojaaloradi u klasi B(tokaBna slici 3.17.). Buduijetada moguepojaanjesamo pozitivne promjene ulaznog napona,Bpojaaloje izrazito nelinearno.

Snaga u mirovanju jednaka umnoku struje i napona odreenihstatikomradnom tokom

( 3.52 )

znatno je manja za Bpojaalo. Zgodnom kombinacijom dvaju Bpojaala u kojoj svako pojaava signale samo jednog polariteta,mogue je linearno pojaanje uz vrlo visok stupanj djelovanja(protutaktnopojaalo). Stoga se u klasi Bizvode nerijetkopojaala

CCE IUP =

elektronika-elektronički sklopovi 1

Documents