osnovne osobine mos tranzistoraleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2015...24 26....

1

Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe) 10% 10%

Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%

Kolokvijum I (prva nedelja u decembru) 50% 20%

Kolokvijum II (poslednja nedelja predavanja) 50% 20%

------------------------------

120% 60%

19. novembar 2015. 1Uvod

http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITASavet: Izađite na kolokvijumMNOOOOOGO JE LAKŠE!

2

Jednostepeni pojačavači sa BJT

3

Osnovi elektronike



Kako se BJT koristi kao pojačavač?

426. novembar 2015. Jednostepeni MOSFET pojačavači

Osnovne osobine MOS tranzistora

Sadržaj:

1. UvodPoređenje MOSFET – BJT

2.Pojačavač sa zajedničkim emitorom

3.Pojačavač sa zajedničkom bazom

4.Pojačavač sa zajedničkim kolektorom


Poređenje MOSFET – BJT:

0

)1()(´2

1)1()(

2

1 22

=

+−=+−=

G

A

DStGSn

A

DStGSoxnD

i

V

vVv

L

Wk

V

vVv

L

WCi µ

β/

)1(

CB

A

CEV

v

SC

ii

V

veIi T

BE

=

+=

karakteristike


Poređenje MOSFET – BJT

Ω


100

0

0

BJT

MOS

AA ≅

Poređenje MOSFET – BJT

Prenosna karakteristika

pojačanje

1026. novembar 2015. Jednostepeni pojačavači sa BJT

Sadržaj

Važi za sve konfiguracije :

1. Princip rada - Tranzistor u AKTIVNOM REŽIMU2. DC polarizacija – obezbeđuje AKTIVNI REŽIM3. Odnosi snaga – troši energiju i u odsustvu signala4. Stabilnost – na promene T, uzorka tranzistora (β) 5. Analiza za male signale ( ravna amplitudska, na SF)

• Pojačanje neopterećenog pojačavača• Ulazna otpornost• Izlazna otpornost• Ponašanje na niskim frekvencijama, NF• Ponašanje na visokim frekvencijama, VF


Važi za SVE konfiguracije

Postupak AC analize (za male signale):A) Transformišemo električnu šemu u ekvivalentnu šemu za

male signale (kako mali signali „vide“ pojedine komponente)

a) Zamenimo sve sve poluprovodničke komponente dinamičkim modelima




b) Kratkospojimo DC izvore konstantnog napona

c) Uklonimo DC izvore konstantne struje




male signale (kako mali signali „vide“ pojedinekomponente)

d) Svi elementi neophodni za DC polarizaciju tranzistora ulaze u kolo pojačavača

B) Odredimo iz ekvivalentne šeme pojačavačaNaponsko pojačanjeUlaznu otpornostIzlaznu otpornost





B) Odredimo iz ekvivalentne šeme pojačavačaNaponsko pojačanjeUlaznu otpornostIzlaznu otpornost

C) Pojačavač u kolu zamenimo modelom



Analiza za male signam

gen

u

u

i

gen

iu

v

v

v

v

v

vA ==D) Odredimo ukupno pojačanje

0

0

ARR

R

v

v

vARR

Rv

ip

p

u

i

u

ip

p

i

+

=

+

=

+

+==

genu

u

ip

p

gen

u

u

i

uRR

RA

RR

R

v

v

v

vA

0

genu

u

gen

u

gen

genu

u

u

RR

R

v

v

vRR

Rv

+

=

+

=


Analiza za male signam

Odredimo ukupno pojačanje

+

+==

genu

u

ip

p

gen

u

u

iu

RR

RA

RR

R

v

v

v

vA

0

Analiza se nastavlja zamenom izraza za Ao, R

ui R

iza svaku

konkretnu konfiguraciju: ZE, ZB, ZC


Sadržaj

1. Pojačavač sa zajedničkim emitorom

1. Princip rada2. DC polarizacija3. Odnosi snaga4. Stabilnost5. Analiza za male signale

i. Pojačanje neopterećenog pojačavačaii. Ulazna otpornost iii. Izlazna otpornostiv. Analiza u frekvencijskom domenu


Pojačavač sa zajedničkim emitorom

a) Princip rada:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZE

Ulaz – iB

Izlaz – iC

Faktor strujnog pojačanja h21E

=ic/ib

za VCE

= const. = VCEM

• Tranzistor radi u aktivnom režimu• Pojačava male signale (u okolini radne tačke)• Obrće fazu• Suštinski - pojačavač struje (strujno pojačanje

ne zavisi od Rp)



a) Princip rada:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZE

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IC

VCE

IB

VBE

Ulaz – iB

Izlaz – iC

Faktor strujnog pojačanja h21E

=ic/ib

≈100za V

CE= const. = V

CEM

20

a) Princip rada:• Tranzistor radi u aktivnom režimu

– BE spoj direktno polarisan (za NPN VB>V

E+V

γ;

VB-V

E=V

BE≈0.7V)

– BC spoj inverzno polarisan (za NPN VB V

C-V

E= V

CE>0.2V)



Q1

VBB1

2

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IC=βI

B

IB

VBE=0.7V

VBC


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


IC=βI

B

IB

VBE=0.7V


VCE

BR

BEV

BBV

II BМB

−

==

BMIII CMC β==

CR

CMIVVV CCCEMCE −==

Da li obrće fazu?


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


IC=βI

B

IB

VBE=0.7V


VCE

Da li obrće fazu?

Ako VBE

raste, tada IB

…., onda IC….., pa će V

CEda ….. zato

što je ….C

RCMIVVV CCCEMCE −==


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


ICM

=βIBM

IBM

VBE=0.7V


VCEM

BR

BEV

BBV

II BМB

−

==

VCEM

ICM

=βIBM

iB=I

BM=60µAM

Nagib

-1/RC=1/1kΩ

4mA

0mA

8mA

10mA

ICM

=6mA

( )VkmAC

RCMIVV

VV

CCCE

CEMCE

41610 =Ω⋅−=

−=

=BMIII CMC β==

( )mAA 660100 =⋅= µ


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


iB=i

b+I

BM

M

Nagib

-1/RC

iC=i

c+I

CM

vCE=v

ce+V

CEM+-

4mA

0mA

8mA

10mA

a) Princip rada:• Pojačava male signale (u okolini radne tačke)

4mA

0mA

8mA

10mA

( )( )

( )tVV

ktmAV

CR

CiVv

CR

Ci

CR

CMIVv

CR

CiVv

CMCE

CCCE

CCCE

ω

ω

sin)2(4

1sin)2(4

−=

Ω⋅−=

−=

−−=

−=

tAAi

tIIi

B

BmBМB

ωµµ

ω

sin)20(60

sin

+=

+=

tmAmAi

tAmAi

tCmIIi

tBm

IhIi

C

C

CMC

ECMC

ω

ωµ

ω

ω

sin)2(6

sin)20(1006

sin

sin21

+=

⋅+=

+=

⋅+=

iB[µA]

ic[mA]

vb=V

B sinωt

25

4mA

0mA

8mA

10mA


Q1

VBB

12

RC1

2

VCC

12

RB1 2

0


iB=i

b+I

BM

Nagib

-1/RC

iC=i

c+I

CM

vCE=v

ce+V

CEM

4mA

0mA

8mA

10mA

+-

a) Princip rada:

M M

vCE

zavisi od otpora RC

–nije osobina idealnog pojačavača napona

Strujno pojačanje ic/ib

ostalo isto, a naponsko pojačanje se smanjilo.

Dakle, radi se suštinski o pojačavaču struje!


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


iB=i

b+I

BM

Nagib

-1/RC

iC=i

c+I

CM

vCE=v

ce+V

CEM

4mA

0mA

8mA

10mA

+-

a) Princip rada:

M

Pojačanje napona u konkretnom slučaju (1) iznosi

10003.0

3

73.076.0

47==

−

−=

∆

∆

=== V

V

VV

VV

BEv

CEv

v

vA

ConstIbe

ce

B

iB

vBE


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


iB=i

b+I

BM

Nagib

-1/RC

iC=i

c+I

CM

vCE=v

ce+V

CEM

4mA

0mA

8mA

10mA

+-

a) Princip rada:

M

Pojačanje napona u konkretnom slučaju (2) iznosi

8003.0

4.2

73.076.0

54.7==

−

−=

∆

∆

=== V

V

VV

VV

BEv

CEv

v

vA

ConstIbe

ce

B

iB

vBE



b) DC polarizacija obezbeđuje rad u aktivnom režimu

Napajanje sa dve baterije nije racionalno.Isti efekat se postiže i sledećom konfiguracijom:

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE


RB2

12

RC

12

VCC

12

Q1

RB1

12

0


b) DC polarizacija

IB

IC

VBE

Da bi se uspostavila ekvivalencija sa prethodnom šemom, treba od baze prema V

CCi masi odrediti

parametre ekvivalentnog Tevenenovog generatora.

Ovo kolo predstavlja osnovu za praktičnu realizaciju pojačavača sa zajedničkim emitorom


RB1 2

0

RB2

12

VCC

12

VBB

12

RB1

12

0


b) DC polarizacija

VB

21

21

21

2

BR

BR

BR

BR

R

V

BR

BR

BR

V

B

CCBB

+

=

+

=

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

VB



b) DC polarizacija - analiza

BR

BEV

BBV

IB

−

=

BII

Cβ= C

RCIVV

CCCE−=

Na kraju treba proveriti da li je BC spoj inverzno polarisan (V

BC=V

BE-V

CE



4) Stabilnost

Za BJT GENERALNO VAŽI

TEMPAERATURSKI NESTABILNA KOMPONENTA

•VBE

smanjuje se za 2.5 mV pri porastu T za 1 K,

• inverzna struja zasićenja kolektorskog spoja IC0

udvostručava se pri porastu T od 10 K;

• koeficijent strujnog pojačanja β raste za 0.7% pri porastu T za 1 K.



d) Stabilnost Šta utiče na stabilnost

radne tačke?Od čega zavisi struja

kolektora?

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

B

BEBB

B

R

VVI

−

=0

)1(CBCIII ββ ++=

00)1()1(

C

B

BE

B

BB

C

B

BEBB

CI

R

V

R

VI

R

VVI βββββ ++−=++

−=

IC

zavisi od β,

VBE

i IC0



[Ako poraste T] => [ IB

raste (zašto?) ] =>

Q1

RE

12

RB1

12

0

RC

12

RB2

12

VCC

12

d) Stabilnost veća ako postoji RE

[ raste IC

i to β puta brže (zašto?) ] => [raste VE

(zašto?)]

[VBE

se smanjuje (zašto?)] => [ IB

se smanjuje (zašto?)]



Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

mA4≈∆CI

Za ∆T=50oC => ∆IC0

=32nA, ∆VBE

=-0.125V, ∆β= 25

mA 54≈∆CI

Q1

RE

12

RB1

12

0

RC

12

RB2

12

VCC

12

d) Stabilnost veća ako postoji RE


Q1

R

Q2


c) Stabilnost – preko izvora konstantne struje

(ima veliku unutrašnju otpornost za AC)

IB

IC

VBE

VCE

IE

R

VVVI

BEEECC

REF

−−−

=

)(V

CC

-VEE

I

VBE

IREF

VCC

R

VVVII

BEEECC

REF

−+==

21 QQ ≡

Strujno ogledalo

Current mirror

RB

0

RC

Q1

Za one koji žele

da nauče više


Vg

Q1

Cs

RE

Rp

RB2

VCC

Cs

RC

Rg

0

Cs

RB1


e) Analiza za male signale

Generatore jednosmernog napona zamenjujemo

unutrašnjom otpornošću (R=0, kratak spoj)


Cs

Cs

Q1

RB

Vg

CsRg

VCC

0

0

RC

VEE

0

I2I

Rp


e) Analiza za male signale - za slučaj polarizacije preko

izvora konstantne struje

Generatore jednosmernih struja zamenjujemo

unutrašnjom otpornošću (R ->∞, prazan hod)RB

0

RC

Q1


Vg

Cs

Q1

Cs

Cs

Q1

RE

Rp

RBRB2

Vg

Cs

VCC

Cs

RC

Rg

VCC

0

0

Rg

0

Cs

RCRB1

VEE

0

I2I

Rp



Na ovom nivou analize podrazumevaćemo da, pri

nominalnim frekvencijama, za koje je pojačavač

projektovan, reaktanse svih kondenzatora teže nuli i

ne utiču na osobine pojačavača (kratak spoj).




nezavisno od načina polarizacije tranzistora (sa ili bez

RE

ili izvor konstantne struje) dobijaju se ekvivalentna

kola iste topologije za male naizmenične signale.

0

Q1

RpRB

Vg

Rg

RC

Pojačanje ne zavisi od frekvencije!!!




0

Q1

RpRB

Vg

Rg

RC

1. Tranzistor (ZE),

2. Elementi kola

za DC

polarizaciju,

3. Pobuda

-generator,

4. Opterećenje

- potrošač

1.

2.3. 4.

Kolo pojačavača čine:

Pojačavač




Aovu

Ri

Ru

iu

vu

ii

vi

Generalizovana šema realnog pojačavača napona(videti prvu nedelju predavanja „Osnovi pojačavačke tehnike ½“)

12

Rp

12

12

Vg

0

Rg12




12

Rp

12

12

Vg

0

Rg12

Aovu

Ri

Ru

iu

vu

ii

vi

Pojačavač napona

?

)0(

=

=

∞→

≡

i

pu

u

u

i

Ri

vR

?=

∞→

≡

p

u

i

o

Rv

vA

?

0

=

=

≡

u

i

i

i

vi

vR




Otpornost pojačavača

Ulazna

RuIzlazna

Ri

0

Q1

RpRB

Vg

Rg

RC




0

Q1

RpRB

Vg

Rg

RC

iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

vi

Tranzistor zameniti modelomVideti predavanja iz 5. nedelje „05. Modeli poluprovodnickih komponenata “



e) Analiza za male signale –model sa h-parametrima

iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

vi

RC

12

Rp

12

Vg RB

12

12

12

Rg12

0

h11e

h12evc

h21eib

h22e

Tranzistor zamenjen modelom sa h-parametrima.

Vratićemo se kasnije na kompletne izraze, najpre da

analiziramo jednostavniju varijantu.


0

12

12

h11

Rg

ic=h21 ib

0

RpRB

RC

h11e

h21eib


iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

vi

uC

e

e

C

u

u

ei

CueCbei

vRh

hR

R

vhv

RihRihv

11

21

21

2121

−=−=

−≈−=

Ru=?

Ri=?

Ao=?Aovu

5) Analiza za male signale – model sa h12=0, h22=0

C

e

e

u

u

i

oR

h

h

iv

vA

11

21

0

−=

=

=


h11

Rg

Vg

ic=h21 ib

0

RpRB

RC

h11e

h21eib


5) Analiza za male signale – model sa h12=0, h22=0

iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

vi

eBeu

Be

Be

Be

u

u

u

hRhR

Rh

RhRh

i

vR

1111

11

11

11

za >>≈

+

===

eBub

u

Be

B

b

hRii

iRh

Ri

11

11

za >>≈

+

=

Ru

Ru=?Ri=?

0

12

12

Aovu

-(h21eRc/h11e)Ao=


h11

Rg

Vg

ic=h21 ib

0

RpRB

RC

h11e

h21ei

b


5) Analiza za male signale –zamena h-parametrima; h12=0, h22=0

iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

vi

0 0, 0, za 22u

====ebCi

hivRR

Ri

Ru=h11e

Ri=

Ao=

RC

-(h21eRc/h11e)

0

12

12

Aovu



e) Analiza za male signale –zamena h-parametrima; h12=0, h22=0

Ru=h11e

Ri= RC

Ao= -(h21eRc/h11e)

0

12

12

Aovu

Parametri pojačavača sa zajedničkim emitorom:


12

Vg

0

Rg12 12

Rp

12


e) Analiza za male signale – model sa h12=0, h22=0

iu

vu

ip

vpRu=h11e

Ri= RC

Ao= -(h21eRc/h11e)

Aovu

g

u

u

p

g

p

v

v

v

v

v

vA ==

Pojačanje opterećenog pojačavača pobuđenog iz realnog izvora

Videti predavanja „01 Uvod osnovi pojacavacke tehnike 1 od 2“ i primeniti na

pojačavač sa ZE


12

Vg

0

Rg12 12

Rp

12



iu

vu

ip

vpRu=h11e

Ri= RC

Ao= -(h21eRc/h11e)

Aovu

uC

e

e

pC

p

uo

pC

p

p vRh

h

RR

RvA

RR

Rv )(

11

21−

+

=

+

=g

ge

e

uv

Rh

hv

+

=

11

11



12

Vg

0

Rg12 12

Rp

12



iu

vu

ip

vpRu=h11e

Ri= RC

Ao= -(h21eRc/h11e)

Aovu

ge

eC

e

e

pC

p

g

u

u

p

g

p

Rh

hR

h

h

RR

R

v

v

v

v

v

vA

+

−

+

===

11

11

11

21 )(



12

Vg

0

Rg12 12

Rp

12



iu

vu

ip

vpRu=h11e

Ri= RC

Ao= -(h21eRc/h11e)

Aovu

pC

Cp

ge

e

g

u

u

p

g

p

RR

RR

Rh

h

v

v

v

v

v

vA

++

−===

11

21





12

Vg

0

Rg12 12

Rp

12

iu

vu

ip

v

p

Ru=rπ

Ri=RC

Ao= -gmRc

Aov

u

pC

pC

g

m

pC

pC

ge

e

RR

RR

Rr

rg

RR

RR

Rh

hA

++

−=

++

−=

π

π

11

21

Pojačavačem sa ZE može da se ostvari naponsko

pojačanje reda nekoliko stotina.

Znak „-“ ukazuje da je signal na izlazu suprotne faze od

ulaznog

Usled konačne ulazne otpornosti (reda kΩ) dobro je da se

pobuđuju generatorima male izlazne otpornosti.

Usled konačne izlazne otpornosti (x10kΩ) povoljan je za

pobudu potrošača sa što većom otpornošću.

πrhR

eu≅≅

11

CiRR ≅

57

Domaći 7.1:

Izračunati napon na potrošaču od Rp=8Ω pojačavača sa

zajedničkim emitorom čiji su parametri: RC=5k, RB=100k,

h11E=1k, h12E=0, h21E=100, h22E=0, ako je pobuđen iz generatora

Vg=10mV i Rg=600Ω .

Pojačavač sa zajedničkim kolektorom

26. novembar 2015. Jednostepeni pojačavači sa BJT58




Konačna otpornost u emitorskom kolu značajno utiče na

osobine pojačavača sa ZE.

Vg

Q1

Cs

RE

Rp

RB2

VCC

Cs

RC

Rg

0

Cs

RB1

- otpornost u emitoru

)(2111

21

Eee

Ce

u

i

o

Rhh

Rh

v

vA

+

−≅=

C

i

i

iR

i

vR ==

)( ;2111 EeeututB

u

u

uRhhRRR

i

vR +===

iu

vu

Za RE=0, dobijaju se izrazi za

klasični pojačavač sa ZE.

Znači: Ao smanjeno

Ru povećano

Ri isto

ii

vi



e) Analiza za male signale - otpornost u emitoru



e) Analiza za male signale - otpornost u emitoru



f) Analiza u frekvencijskom domenu

Prethodna analiza:

• Reaktanse svih kondenzatora

zanemarene

Rezultat:

• Pojačanje ne zavisi od frekvencije -

Ravna amplitudska karakteristika

• Prihvatljivo samo pri nekim

frekvencijama – u propusnom

opsegu




Realno kolo:

Reaktanse kondenzatora konačne

• Na NF CS i CE predstavljaju

konačne impedanse

• CS blokiraju (oslabe) NF signal

• CE ponaša se kao impedansa u

emitoru – smanjuje pojačanje

• Na VF Cµ

i Cπ

(vidi π model BJT)

dolaze do izražaja

• Cµ

kratkospaja C i B

• Cπ

kratkospaja B za E (masu)

CS1

CS2




VF – CS1, CS2 i CEpredstavljaju kratak spoj

Tranzistor se zamenjuje

hibridnim π modelom

gmvπvπ

rπ




VF –

Primenom Milerove teoreme, za Ao= -gmRp´

gmVπ

Vπ

Cπ

Ceq

R´g

Vg´Rp´

A

ZZ

−

=

11

´)1(pmu

equ

RgCCC

CCC

++=

+=

µπ

π

Cuπ

VRgVpmi´−=

Vi

Za one koji žele

da nauče više




VF –

´)/(1

/1

1´

guo

o

g

RC

sVV

=

+

=

ω

ωπ

gmVπVπ

Cπ

Ceq

R´g

Vg´ Rp´ Vi

πVRgV

pmi´−=

ogBx

pm

gB

B

g

i

sRRrr

Rgr

RR

R

V

V

ωπ

π

/1

1´

++++

−=

og

i

s

A

V

V

ω/1+=

Za one koji žele

da nauče više




VF –

´)/(1guv

RC=ω

og

i

s

A

V

V

ω/1+=

(dB) g

i

V

V

´)(2

1

gu

v

RCf

π

=



f) Analiza u frekvencijskom domenu - Primer

Odrediti pojačanje na srednjim frekvencijama kao i gornju

graničnu frekvenciju kola sa slike ako se zna da je

VCC=VEE=10V, I=1mA, RB=100k, RC =8k, Rg= 5k, Rp=5k,

β=100, VA=100V, C

µ= 1pF, ft = 800MHz i rx=50Ω.

RgRp

Za one koji žele

da nauče više



f) Analiza u frekvencijskom domenu - Rešenje

Za IC= I=1mA, parametri hibridnog modela imaju sledeće

vrednosti:

mA/V40026.0

1===

mV

mA

V

Ig

T

C

m

k5.2mA/V40

100===

mg

rβ

π

k100mA1

V100===

C

A

o

I

Vr

pF8108002

10046

3

=

⋅⋅⋅

⋅==+

−

πωµπ

t

mg

CC

pF7)( =−+=µµππ

CCCC

Za one koji žele

da nauče više



f) Analiza u frekvencijskom domenu - Rešenje

Pojačanje na srednjim frekvencijama je:

´pmgBxgB

B RgRRrr

r

RR

RA

+++

−=

π

π k3´ ==pcop

RRrR

V/V30−=A

pF128´)1( =++=pmu

RgCCCµπ

Da bi se odredila granična frekvencija, treba naći Cu i Rg´

[ ] k65.1)(´ =+= gBxg RRrrR π

kHz.754´2

1==

gu

v

RCf

π

Za one koji žele

da nauče više

70




Kolokvijum I (Subota 05.12. 2015. ) 50% 20%


------------------------------

120% 60%




71

Sadržaj


2. Pojačavač sa zajedničkom bazom

3. Pojačavač sa zajedničkim kolektorom



a. Princip rada

b. DC polarizacija

c. Odnosi snaga

d. Stabilnost

e. Analiza za male signale i. Pojačanje neopterećenog pojačavača

ii. Ulazna otpornost

iii. Izlazna otpornost

iv. Analiza u frekvencijskom domenu

Pojačavač sa zajedničkom bazom

73


a) Princip rada:

• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB

Ulaz – iE, vEB pobuda u emitorskom kolu

Izlaz – iC, vCB potrošač u kolektorskom kolu

• Tranzistor radi u aktivnom režimu

• Pojačava male signale (u okolini radne tačke)

• Ne obrće fazu


Q1

0


a) Princip rada:

• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB

IC

VCB

IE

VEB

Faktor strujnog pojačanja h21C

=ic/ie= α

za VCB

= const. = VCBM

Ulaz – iE

Izlaz – iC


75


b) DC polarizacija:

RC

12

0

VCC

12

Q1

RE

12

RB1

12

RB2

12



b) DC polarizacija:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB

RC

12

0

VCC

12

Q1

RE

12

RB1

12

RB2

12


77


• Tranzistor radi u konfiguraciji ZBb) DC polarizacija:

RC

1 2

0

VCC

12

Q1

RE

1 2

RB1

1 2

RB2

1 2



• Tranzistor radi u konfiguraciji ZBb) DC polarizacija:

RC

1 2

0

VCC

12

Q1

RE

1 2


79


b) DC polarizacija:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB

Vg

Q1RC

1 2

Rg1 2

VCC

12

CS2

Rp

12

RE1 2

0

CS1

VEE

12



c) Analiza za male signale

0

CS2

CS1

Q1

Vg

Rp

12

VCC

12

VEE

12

RE1 2

RC1 2

Rg1 2

VEE i VCC kratak spoj;

CS1 i CS2 kratak spoj;


81


RE1

2

RC

12

Q1Rg

1 2

0

Rp

12

Vg

Pojačavač


Pobuda Potrošač


Tranzistor zameniti modelomVideti predavanja iz 4. nedelje „04. Modeli poluprovodnickih komponenata (14)“

82

e) Analiza za male signale – model sa h-parametrima

iu

vu

ie

vb

ic

vc

ii

vi

h11b

h12b

vc

h21b

ie

h22b

Ekvivalentna šema ista kao za ZE, samo su he-parametari

zamenjeni sa hb-parametrima i RE umesto RB


Rg12

RE

12

0

12

1 2

RC

12

VgRp

12


8326. novembar 2015. Modeli poluprovodničkih

komponenata

Hibridni model – h parametri

Relacije između h-parametara konfiguracija ZB sa ZE kada se

ima u vidu realna činjenica da je

h12E

85


Ci

RR =

Ru=h

11b

Ri=

Ao=

RC

(h21b

Rc/h

11b)

0

12

12

C

e

e

oR

h

hA

11

21≈

e

e

b

u

u

u

h

hh

i

vR

21

11

11

1+=≈=Mala ulazna otpornost

Veliko naponsko

pojačanje (kao ZE)

NE obrće fazu

Relativno velika izlazna

otpornost (kao ZE)



Aovu

86



87





89

e) Analiza za male signale –zamena T- modelom



0

12

12

e) Analiza za male signale –zamena T-modelom

Ci

RR =

Ru=r

e

Ri=

Ao=

RC

gmR

c

CmC

e

C

e

e

oRgR

rR

h

hA ==≈

α

11

21

e

e

e

bur

h

hhR =

+

=≈

21

11

11

1

Mala ulazna otpornost

Veliko naponsko

pojačanje (kao ZE)

NE obrće fazu

Relativno velika izlazna

otpornost (kao ZE)

11

≈=

+

≈ αβ

βSS

AStrujno pojačanje ≈1



Aovu

91

Primena: Ograničena zbog veoma male ulazne otpornosti

Neka je Rg=2.5k, RC=10k, re=25Ω, gm=40mS,

pojačanje neopterećenog je 400, a ukupno:


gu

uCm

g

u

u

p

g

pu

RR

RRg

v

v

v

v

v

vA

+

===

Strujni bafer – jedinično strujno pojačanje – prilagođenje

male u veliku izlaznu otpornost.

( ) 42525

2510101040)(

33≈⋅⋅⋅==

−

g

p

uv

vA


Sadržaj







a. Princip rada

b. DC polarizacija

c. Odnosi snaga

d. Stabilnost

e. Analiza za male signale i. Ulazna otpornost

ii. Pojačanje

iii. Izlazna otpornostiv. Analiza u frekvencijskom domenu


94


a) Princip rada:

• Tranzistor radi u konfiguraciji ZC

Ulaz – ib, vBC pobuda u baznom kolu (B-C)

Izlaz – iE, vEC potrošač u emitorskom kolu (E-C)

Faktor strujnog pojačanja ie/ibza vi=vec=0; VEC= const. = VECM

• Tranzistor radi u aktivnom režimu

• Nije unilateralan h12c

≈1

• Ne obrće fazu

• Pojačanje napona ≈ 1

• Pojačanje struje ≈ 1+β


95

Q1

0


a) Princip rada:

• Tranzistor radi u konfiguraciji ZC

IE

VEC

IB

VBC

Faktor strujnog pojačanja h21C

=ie/ib= 1+β

za VEC

= const. = VECM

Ulaz

– iB,

vBC

Izlaz

– iE,

vEC


Q1

RE

12

RB2

12

RC

12

VCC

12

0

RB1

12


b) DC polarizacija:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZC


97


• Tranzistor radi u konfiguraciji ZCb) DC polarizacija:

0

Q1

RB1

12

VCC

12

RE

12

RC

12

RB2

12



• Tranzistor radi u konfiguraciji ZCb) DC polarizacija:

RE

12

RB2

12

VCC

12

0

RB1

12

Q1


99


b) DC polarizacija:

RB1

12

Q1

0

VCC

12

CS1

VBB

12

Rp

12

Vg

CS2Rg

1 2

RE

12


RB1

12

Q1

0

VCC

12

CS1

VBB

12

Rp

12

Vg

CS2Rg

1 2

RE

12



VEE i VBB kratak spoj;

CS1 i CS2 kratak spoj;


101


Pojačavač


Pobuda Potrošač

RB1

2

Q1

0

Rp

12

Vg

RE

12

Rg1 2


Tranzistor zameniti modelomVideti predavanja iz 4. nedelje „04. Modeli poluprovodnickih komponenata (14)“

102

e) Analiza za male signale – model sa h-parametrima

iu

vu

ib

vb

ie

vc

ii

vi

RC

12

Rp

12

Vg RB

12

12

12

Rg12

0

h11c

h12cvec

h21cib

h22c

Ekvivalentna šema ista kao za ZE, samo su he-parametari

zamenjeni sa hc-parametrima; RE umesto RC


RE

RB


10326. novembar 2015. Modeli poluprovodničkih

komponenata

Hibridni model – h parametri

Relacije između h-parametara konfiguracija ZB sa ZE kada se

ima u vidu realna činjenica da je

h12E

105

1 2

0

RE

12

RB

12

h11c

h21cie

iu

vu

ib

vb

ie

ve

ii

vi

Ri=

Ao≈1

?

0

12

12

11≈<o

A

EutButuRhRRRR

21≈≈=


h12cve

Eee

Ee

o

Rhh

RhA

)1(

)1(

2111

21

++

+≈

ccEc

c

u

u

i

o

hhRh

h

iv

vA

211211

21

/0

−

−=

=

=

Ru≈h21eRE


Aovu

e) Analiza za male signale – model sa h12c=1, h22c=0

106

1 2

0

RE

12

RB

12

h11c

h21cie

iu

vu

ib

vb

ie

ve

ii

vi

Ri=h11e/h21e

0

12

12

)1(,

)1()/(

1

21

11

11

21

11

112112 e

e

eBg

e

egB

cgBcce

eit

h

h

hRRh

hRR

hRRhhi

vR

+

≈

109

e) Analiza za male signale –zamena T-modelom


1 β+

+

=eBg

i

rRR

R

1≈o

A

))(1(Peu

RrR +++≈ βVelika ulazna otpornost

Naponsko pojačanje ≈1

NE obrće fazu

Mala izlazna otpornost

β+≈1SS

AStrujno pojačanje

Ri=h11e/h21e

0

12

12

Ao≈1

Ru≈βRp


Aovu

110



111



Za vežbu 7.2:

Za pojačavač sa prethodne slike, kod koga je Rg=10k, Rp=1k,

I=5mA, RB=40k, β=100 i VA=100V, naći Rut, Ru, Ao, A i Ri.

Kolika je maksimalna vrednost amplitude izlaznog

prostoperiodičnog signala pri kojoj tranzistor neće ući u

oblast zakočenja? Koliki se napon na izlazu očekuje ako je

amplituda napona vbe ograničena na 10mV. Koliko će biti

naponsko pojačanje kada je Rp=2k i Rp=500Ω?


Rešenje:

96.7k; 28.3k; 0.735 V/V; 0.8 V/V, 84 Ω; 5 V; 1.9 V; 0.768 V/V; 0.685 V/V.


113

Primena:

Kao bafer između naponskog generatora

(pojačavača) sa velikom unutrašnjom otpornošću i

potrošača sa malom otpornošću.

Obično izlazni stepen u pojačavačkom lancu koji se

vezuje za potrošač male otpornosti.



Rezime uticaj otpornosti generatora:Jednostepeni pojačavači sa BJT


Rg=0Ω

Rg=4k7

Drastično smanjeno

pojačanje ZB

sa 40dB na 6dB

Manja gornja

granična frekvencija

„Preslikano“ Rg

ZE

ZE sa RE

ZB

ZC

115

Domaći 7.2:

Izračunati napon na potrošaču od Rp=8Ω ako je pobuđen iz

generatora Vg=10mV i Rg=600Ω u slučaju da je povezan:

a) Direktno;

b) preko pojačavača sa zajedničkim kolektorom čiji su parametri:

RE=5k, RB=100k, h11E=1k, h12E=0, h21E=100, h22E=0;

c) preko kaskadne veze pojačavača sa zajedničkim emitorom iz

tačke c) (ulaz vezan za generator) i pojačavača sa zajedničkim

kolektorom iz tačke b) (izlaz vezan za Rp).



Domaći 7.2:



a) Direktno;



117

Domaći 7.2:



b) preko pojačavača sa zajedničkim kolektorom čiji su parametri:

RE=5k, RB=100k, h11E=1k, h12E=0, h21E=100, h22E=0;



Domaći 7.2:



c) preko kaskadne veze pojačavača sa zajedničkim emitorom iz

domaćeg zadatka 7.1 (ulaz vezan za generator) i pojačavača sa

zajedničkim kolektorom iz tačke b) (izlaz vezan za Rp).



119

Rezime:

1. Zajednički emitor


Rg

vi

Rp

vgvu

Ru

Ri

)1(eBBurRrRR β

π+==

)( )( pCmpCom RRgRRrgA −≈−=

CCoiRRrR ≈=

)(

)(

g

pC

u

pCm

gB

B

u

Rr

RRA

RRgRrR

rRA

+

−≅

+

−=

π

π

π

β

β−≡−=umSS

RgA 26. novembar 2015. Jednostepeni pojačavači sa BJT

)(

11

21

e

pCe

h

RRhA −=

120

Rezime:

1.a Zajednički emitor sa otpornikom u emitoru


Rg

vi

Rp

vgvu

Ru

Ri

) )(1(EeBu

RrRR ++= β

1

)(

Em

pC

mRg

RRgA

+

−≈=

CiRR ≈

) )(1(

)(

Eeg

pC

uRrR

RRA

+++

−≅

ββ

RE

CE


121

Rezime:

2. Zajednička baza


Rg

vi

Rp

vgvu

Ru

Ri

)( pCm RRgA =

CiRR ≈

)(

eg

pC

urR

RRA

+

≅α

α≡SS

A

eurR =


Rezime:

3. Zajednički kolektor


Rg

vi

Rp

vgvu

Ru

Ri

1

125

Rezime:

• Konfiguracija sa zajedničkom bazom:

B je na masi za naizmenični signal;

Ulazni signal se dovodi na E;

Izlazni signal uzima se sa C;

Ne obrće fazu;

Veliko pojačanje napona;

Veoma mala ulazna otpornost;

Relativno velika izlazna otpornost

(strujni bafer)



Rezime:

• Konfiguracija sa zajedničkim kolektorom:

C je na masi za naizmenični signal;

Ulazni signal se dovodi na B;

Izlazni signal uzima se sa E;

Ne obrće fazu;

Pojačanje napona ≈ 1

Velika ulazna otpornost;

Mala izlazna otpornost

(naponski bafer)



127

Šta smo naučili?

• Uporediti pojačavače sa ZE, ZB i ZC sa stanovišta naponskog pojačanja, ulazne otpornosti i izlazne otpornosti?

• Električna šema, princip rada pojačavača sa ZE i ekvivalentno kolo za male signale na srednjimfrekvencijama.

• Uticaj otpornika u RE na karakteristike pojačavača sa ZE.

• Električna šema, princip rada pojačavača sa ZC i ekvivalentno kolo za male signale na srednjimfrekvencijama. Na web adresi http://leda.elfak .ni.ac.rs

> EDUCATION > ELEKTRONIKA

slajdovi u pdf formatu


04. decembar 2014. Jednostepeni pojačavači sa BJT128

Ispitna pitanja?

1. U polju izlaznih karakteristika BJT u konfiguraciji pojačavača sa ZE nacrtati

statičku radnu pravu i označiti izraze koji odredjuju položaj karakterističnih

tačaka. Objasniti fazni stav ulaznog i izlaznog signala.

2. U polju izlaznih karakteristika BJT u konfiguraciji pojačavača sa ZE nacrtati

statičku radnu pravu i objasniti uticaj promene RC

na naponsko pojačanje.

3. Ekvivalentno kolo pojačavača sa ZE na srednjim frekvencijama (SF), izvesti

izraze za pojačanje, ulaznu i izlaznu otpornost.

4. Frekvencijske karakteristike pojačavača sa ZE (objasniti zašto se smanjuje

pojačanje na NF i VF).

5. Električna šema, karakteristike i primena pojačavača sa ZB.

6. Ekvivalentno kolo pojačavača sa ZB na SF, izvesti izraze za pojačanje, ulaznu i

izlaznu otpornost.

7. Električna šema, karakteristike i primena pojačavača sa ZC.

8. Ekvivalentno kolo pojačavača sa ZC na SF, izvesti izraze za pojačanje, ulaznu i

izlaznu otpornost.

9. Objasniti fazne stavove izlaznog i ulaznog napona kod pojačavača sa ZE, ZB i

ZC.


04. decembar 2014. Jednostepeni pojačavači sa BJT

129




Kolokvijum I (prva nedelja u decembru) 50% 20%


------------------------------

120% 60%




130

Sledećeg časa

Diferencijalni i višestepeni pojačavači



Pojačavač sa zajedničkim sorsom

U kolu sa slike upotrebljen je tranzistor sa Vt=1V,

µnCox’W/L=1mA/V2, λ=0. Poznato je VDD=15V .

a) Odrediti vrednosti ostalih elemenata kola pod uslovom da je ID=0.5mA i da su padovi

napona na RD i RS isti i iznose VDD/3. (RD=RS =10k, RG1=8M, RG2 =7M)

Rešenje: Domaći 6.1

105.0

53/

105.0

53/

53/

Ω====

Ω====

===

kmA

V

I

V

I

VR

kmA

V

I

V

I

VR

VVVV

D

DD

D

R

S

D

DD

D

R

D

DDRR

S

D

SD

VV

VVVVV

VVVV

G

GSDDGSSG

DDSRS

725

3/

53/

=+=

+=+=

===

RG1

i RG2

moraju da obezbede potreban napon na

gejtu VG. Određuju se iz uslova

VG=[R

G2/(R

G1+R

G2)] V

DD

Zato prvo treba odrediti VG, odnosno V

GS.

RG1

i RG2

moraju da imaju veliku vrednost da ne

bi umanjivali ulaznu otpornost pojačavača. Bitan

je njihov odnos, koji obezbeđuje željeni napon.

Zato se jedan usvoji a drugi računa.

110 .50

105.0

' 2

1

)(´ 2

1

3

3

n

2

n

=

⋅

⋅

==−

−=

−

−

t

ox

DtGS

tGSoxD

L

WC

IVV

VVL

WCI

µ

µ

VVVVtGS

21 =+=

Da bi VG=[R

G2/(R

G1+R

G2)] V

DD

dalo 7V za VDD

=15V, zgodno je da njihov zbir

bude 15, a onda sledi da je RG1

=8M i RG2

=7M.





b) Izračunati za koliko će se promeniti ID ukoliko se tranzistor zameni drugim kod koga

je Vt=1.5V. (ID = 0.45mA, ∆ID = -0.05mA,∆ID/ID=-10% )

Za vrednosti elemenata kola izračunate pod a), VG

je konstantno=7V, a VGS

i ID

se menjaju:


2

22

n)(´

2

1

OSstOSDsGSG

tOSGStGSOS

OStGSoxD

AVRVVIRVV

VVVVVV

AVVVL

WCI

++=+=

+=⇒−=

=−= µ

Zamenom brojnih vrednosti za Vt=1.5V, VG = 7V, RmA, ∆RS =10k i A=0.5mA/V

2, dobija

se kvadratna jednačina po VOS:

mAAVIVVVVOSDOSOSOS

4546,0 953.0 05.5522==⇒=⇒=−+

Usvajanjem priblićne vrednosti ID = 0.45mA, dobija se ∆ID = -0.05mA, odnosno ∆ID/ID=-10%





c) Ponoviti postupak pod a) i b) u slučaju da se zadrži ista vrednost za ID i RD a da je RS

=0. (RG1

=13M, RG2

=2M, ∆ID

= -0.375mA, ∆ID/ID=-75% )


110 .50

105.0

' 2

1

)(´ 2

1

3

3

n

2

n

=

⋅

⋅

==−

−=

−

−

t

ox

DtGS

tGSoxD

L

WC

IVV

VVL

WCI

µ

µ

VVVVtGS

21 =+=

Da bi VG=[R

G2/(R

G1+R

G2)] V

DD

dalo 2V za VDD

=15V, zgodno je da njihov zbir

bude 15, a onda sledi da je RG1

=13M i RG2

=2M.

75,0)5,0/375,0(/

375,0)125,05,0(

125,0)5.12(01 2

1

)(´ 2

1

23-

2

n

=−=∆

−=−=∆

=−=

−=

DD

D

D

tGSoxD

II

mAmAI

mAI

VVL

WCI µ

S obzirom da je RS

=0, VGS

ne zavisi od Vttako

da je:

Znači da je osetljivost sa ∆ID/ID=-10%

porasla na ∆ID/ID=-75%





d) Izračunati naponsko pojačanje ulaznu i izlaznu otpornost u slučaju a) i c). (Aa=-10/11,

Rua=3.73M, Ric=10k, Ac=10, Ruc=1.73M, Ric=10k)


Ω==

Ω=⋅

⋅=

⋅+⋅

⋅⋅⋅=

+=

=⋅⋅⋅−=

=⋅

=−

=

−=

−

−

k10

73,11015

1026

1021013

1021013

1,2510 1010125,0

/125,05,0

10250,0

)(

2

6

12

66

66

21

21

33

3

Di

u

GG

GG

u

o

tGS

D

m

Dmo

RR

MR

RR

RRR

A

VmAVV

Ig

RgA

Ω==

Ω=⋅

⋅=

⋅+⋅

⋅⋅⋅=

+=

==⋅⋅⋅+

⋅⋅⋅−=

=⋅⋅

=−

=

+−=

−

−

−

k10

73,31015

1056

107108

107108

91,011

10-

10101011

1010101

/11

1050,02

)(

2

1

6

12

66

66

21

21

33

33

3

Di

u

GG

GG

u

o

tGS

D

m

Sm

Dm

o

RR

MR

RR

RRR

A

VmAVV

Ig

Rg

RgA


a) Odrediti vrednosti jednosmernih

napona VD i VS. (VD=2.5V, VS=-2.5V)

U kolu sa slike upotrebljen je tranzistor sa

Vt=1.5V, µnCox’W/L=2A=1mA/V2, VA=75V.

Poznato je VDD= VSS=10V, ID=0.5mA,

RD=15k.

Rg

RP

Pojačavač sa zajedničkim gejtomRešenje: Domaći 6.2

5,2105,010151033

GSGSGS

DDDDD

VVVV

VIRVV

−=−=

=⋅⋅⋅−=−=−

VVVVVV

L

WC

IV

VVVL

WCI

StOVGS

t

ox

DOV

OVtGSoxD

5,2 5,25,11

110 .50

105.0

' 2

1

)(´ 2

1

3

3

n

22

n

−=⇒=+=+=

=

⋅

⋅==

=−=

−

−

µ

µ


b) Odrediti A0, Ru, Ri i Av ukoliko je

RP=15k, Rg=50Ω. (A0=15V/V, Ru =1k,

Ri=15k, Av =7.5V/V)




RD=15k.

Rg

RP


Ω==

Ω=⋅

==

=⋅⋅⋅==

=⋅⋅

=−

=

=

−

−

−

k15

1101

11

/151015101

/11

1050,02

)(

2

3

33

3

Di

m

u

Dmo

tGS

D

m

Dmo

RR

kg

R

VVRgA

VmAVV

Ig

RgA

( )

VVA

A

RgRRgA

v

v

genm

pDmv

/5,705,1

5,7

501011

1

10151015

10151015101

1

1

333

33

3

≈=

⋅⋅+⋅+⋅

⋅⋅⋅⋅=

+

=

−

−


c) Odrediti ukupno naponsko pojačanje

ukoliko je Rg=1k, 10k, 100k.




RD=15k.

Rg

RP


( )gengengenm

pDmvRRRg

RRgA⋅⋅+

=

⋅⋅+⋅+⋅

⋅⋅⋅⋅=

+

=−−

−

3333

33

3

1011

5,7

1011

1

10151015

10151015101

1

1

Rgen [kΩ] 1 10 100

Av [V/V] 3.75 0.68 0.07


U kolu sa slike

upotrebljen je tranzistor sa Vt=1.5V,

VA=75V, µnCox’W/L=2A=1mA/V2.


RG=4.7M, RP=15k.

Pojačavač sa zajedničkim gejtomRgen

vgen

RpRu

vu

Ri

v

i

a) Odrediti vrednosti jednosmernih napona VG i VS.


VVVVVV

L

WC

IV

VVVL

WCI

VVVVVV

V

StOVGS

t

ox

DOV

OVtGSoxD

GSSSSGGS

G

5,2 5,25,11

110 .50

105.0

' 2

1

)(´ 2

1

0

0

3

3

n

22

n

−=⇒=+=+=

=

⋅

⋅==

=−=

−=⇒−=−=

=

−

−

µ

µ


U kolu sa slike

upotrebljen je tranzistor sa Vt=1.5V,

VA=75V, µnCox’W/L=2A=1mA/V2.


RG=4.7M, RP=15k.

Pojačavač sa zajedničkim gejtomRgen

vgen

RpR

u

vu

Ri

v

i

b) Odrediti A0, Ru, Ri i Av ukoliko je Rgen=1MΩ.


VVrg

rgA

kmA

V

I

Vr

mSV

mA

V

Ig

rg

rgA

om

om

D

A

o

OV

D

m

om

om

/993,0151

150

10150101

1015010

1

1505,0

75

11

5.022

1

33

33

0

0

==⋅⋅+

⋅⋅=

+=

Ω===

=⋅

==

+=

−

−

VVA

MM

M

kk

kA

RR

RA

RR

RA

kkk

rg

rR

MRR

v

v

genu

uo

ip

p

v

om

oi

Gu

/768,07,5

7,4993,0

16

15

17,4

7,4993,0

115

15

1993,0151

150

1

7,4

=⋅⋅=

Ω+Ω

Ω⋅⋅

Ω+Ω

Ω=

+⋅⋅

+=

Ω≈Ω=Ω

=+

=

Ω==

osnovne osobine mos tranzistoraleda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2015...24 26....

Documents