Wykład elektronika

Urządzenia półprzewodnikowe

Podział materiałów: dielektryki, półprzewodniki, metale

∆Eg

∆Eg

Dielektryki ∆Eg5 eV Półprzewodniki ∆Eg eV Metale ∆Eg0 eV

Najważniejszym półprzewodnikiem jest krzem Si, przerwa energetyczna ∆E=1.1 eV

Gęstość nośników prądu w półprzewodniku określa się literami n oraz p

W krzemie domieszkowanym arsenen (As) nosnikami sa elektrony i ten typ

półprzewodnika oznacza się literą n (negative)

Półprzewodnik domieszkowany: poziom akceptorowy

W krzemie domieszkowanym borem (B) nosnikami są dziury i ten typ półprzewodnika

oznacza się literą p(positive)

Złącze n-p

p n

p n

donoryakceptory

ładunek przestrzenny

x

potencjał

Równaniem Shockley’a złącza półprzewodnikowego np

I I eUkTG exp 1

-4 -2 0 2 4-2

-1

0

1

2

IG U

I

-4 -2 0 2 4 60

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 I

U

Anoda (p) Katoda (n)

Dioda jest elementem nieliniowym bo prąd nie jest liniowa funkcją przyłożonego napięcia

Jeżeli przyłożymy dodatnie napięcie do anody (p) to przez diodę popłynie prąd (dioda przewodzi)Jeżeli przyłożymy ujemne napięcie do anody (p) to prąd nie popłynie (dioda nieprzewodzi)

Niektóre rodzaje diod półprzewodnikowych:

1. dioda prostownicza

2. dioda Zenera

3. dioda elektroluminiscencyjna (LED

5. dioda detekcyjna

6. dioda pojemnościowa (warikap)

4. fotodioda

7. dioda tunelowa

Dioda prostownicza

Dioda prostownicza służy do uzyskania napięcia o jednej polaryzacji („wyprostowania” napięcia zmiennego). Dioda przewodzi prąd tylko w jednym kierunku (przy polaryzacji przewodzenia).

Parametry diody prostowniczej:

1. Maksymalny prąd przewodzenia Imax od 0.1 A do 1000 A

2. Maksymalne napięcie wsteczne Uwst od 2 V do kilkuset woltów

3. Prąd wsteczny Ir rzędu A

4. Napięcie przewodzenia przy Imax 0.2 V dla germanowej diody do 0.7 V dla diody krzemowej

Dida Zenera

Dioda Zenera służy do stabilizacji napięć. Pracuje przy napięciu „wstecznym” (zaporowym)

Parametrami diody Zenera jest:

1. Napięcie stabilizacji UDZ (na rysunku Ur=17,1 V

2. Moc dopuszczalna lub prąd dopuszczalny

Dioda elektroluminiscencyjna (LED)

Napięcia przewodzenia przy diodach świecących wynoszą od 1.9 V do 4 V

Fotodioda

Upol

-

+

R Uwyj

Fotodioda jest włączona zaporowo !

Fotony padając na fotodiodę generują w złączu nośniki prądu i prąd wsteczny diody się zmienia

Dioda detekcyjna

Dioda detekcyjna ma bardzo małe napięcie przewodzenia

Dioda pojemnościowa (warikap)

Dioda pojemnościowa jest włączona zaporowo i jej pojemność C w pF zależy od przyłożonego napięcia wstecznego od 6 do 20 pF

Dioda pojemnościowa służy do strojenia obwodów rezonansowych LC

Dioda tunelowa

Dioda tunelowa ma obszar o ujemnej impedancji tzn. ze zwiększeniem napięcia opór maleje

Typowe Up to 70 mV a Uv 400 mV; a Ip to kilkanaście miliamperów

Dioda tunelowa służy do detekcji wysokoczęstotliwościowych (GHz) sygnałów lub jako generatorów

Transformatory

Transformatory to urządzenia pozwalające na zmianę napięć i prądów zmiennych bez straty mocy

Jak działa transformator (zdjęcie i WIKIPEDI)

Transformator składa się z:

1. Uzwojenie pierwotne (zasilanie)

2. Uzwojenie wtórne (wyjście)

3. Rdzeń ferromagnetyczny

Zmienne napięcie na wyjściu U2 jest zależne od napięcia na wejściu wzorem:

𝑈 2=𝑈 1

𝑁 2

𝑁1 Jeżeli N2>N1 to napięcie na wyjściu U2 jest większe od U1. Jeżeli N2<N1to napięcie na wyjściu U2 jest mniejsze od U1

Moc na wyjściu jest równa mocy na wejściuP2=P1= I1U1=U2I2

Obwód wejściowy jest izolowany od obwodu wyjściowego!!! Moc transformatora gdzie S to przekrój rdzenia (cm2) a P moc (WAT)

Wygląd transformatora małej mocy z rdzeniem żelaznym

Transformator toroidalny

Uzyskiwanie napięć stałych z napięć zmiennych (z sieci energetycznej 230 V)

transformator prostownik filtrstabilizatorUsieć Ustab

Transformator zmniejsza napięcie zmienne

Prostownik wytwarza tętniące napięcie dodatnie

Filtr „wygładza” tętnienia

Stabilizator „usuwa” tętnienia i wytwarza napięcie stałe o żądanej wartości Uwyj

Prostownik jednopołówkowy

C1

∆𝑈 𝑡=𝑄𝐶=

∫ 𝐼𝑑𝑡𝐶 ≈ 𝐼 ∆ 𝑡𝐶

gdzie f jest częstością sieci

∆𝑈 𝑡=𝐼𝑓𝐶

Prostownik dwupołówkowy (układ Graetza)

Po podłączeniu kondensatora filtrującego C

∆𝑈 𝑡=𝑄𝐶=

∫ 𝐼𝑑𝑡𝐶 ≈ 𝐼 ∆ 𝑡𝐶

2 𝑓= 1∆𝑡 ∆𝑈 𝑡=

𝐼2 𝑓𝐶

Prostownik dwupołówkowy z dwiema diodami

Zaleta: tylko dwie diodyWada: prąd płynie podczas jednego półokresu sieci tylko przez połowę uzwojeń i transformator jest bardziej skomplkowany

Podwajacz napięcia

Tranzystory bipolarneDioda to jedno złącze np czyli połączenie dwóch półprzewodników jeden typu n (przewodnictwo elektronowe) a drugi typu p (przewodnictwo dziurowe)

p n

anoda katodaW diodzie mamy jedno złącze prostujące

Tranzystor bipolarny to dwa złącza prostujące położone bisko siebie

p n pn p nlub

Tranzystor ma trzy elektrody

kolektor kolektor

baza baza

emiter emiter

Mamy dwa typy tranzystorów !!1. pnp2. npn

Emiter jest ze strzałką!!!!

Działanie tranzystora bipolarnego

K B Ekolektor baza emiter

p n p

K B E

Jeżeli przyłożymy napięcie między kolektor (K) a emiter E to tranzystor nie przewodzibo albo jedno złącze pn albo drugie złącze np jest spolaryzowane zaporowo!!!

Jednak ponieważ złącza pn i np leżą bardzo blisko siebie to prąd baza-emiter wpływa silnie na zaporowo spolaryzowane złącze K-B i prąd z kolektora do emitera popłynie!!!

Mały prąd baza-emiter wywołuje duży prąd kolektor-emiter!!

Prąd kolektora Ik Prąd baza-emiter IB Prąd emitera IE

Prąd emitera Ie jest sumą prądów IB oraz IK

IE=IK+IB

W tranzystorze pnp do kolektora K musi być przyłożone napięcie ujemne względem emitera E !!!

K B Ekolektor baza emiter

W tranzystorze npn do kolektora K musi być przyłożone napięcie dodatnie względem emitera E!!!

Strzałka do wewnątrz tranzystora oznacza tranzystor pnp !!

K B Ekolektor baza emiter

Strzałka na zewnątrz tranzystora oznacza tranzystor npn !!

Tranzystor bipolarny pracuje (stan aktywny) wtedy kiedy złącze K-B (kolektor-baza) jest spolaryzowane zaporowo a złącze B-E (baza-emiter) przewodząco !!!tzn. dla typu npn do kolektora musi być przyłożone napięcie dodatnie a dla typu pnp ujemne

W tranzystorze bipolarnym najważniejszym parametrem jest współczynnik wzmocnienia prądowego który jest rzędu 100

IC

UEBUp

Złącze baza-emiter musi być spolaryzowane przewodząco aby prąd bazy (IB) popłynął i wywołał prąd kolektora.

Ckarakterystyka Ic w funkcji UCE dla różnych prądów bazy (IB) wygląda:

IC

UCE

IB=0 mA

12

3

4

50.5 A Tranzystor bipolarny można uważać w przybliżeniu za źródło prądu (Ic) sterowane prądem bazy (IB)

Stany pracy tranzystora w zależności od polaryzacji złącz:1. Stan aktywny (najczęściej): złącze K-B zaporowo złącze B-E przeodząco (Ic>02. Stan odcięcia : złącze K-B zaporowo złącze B-E zaporowo (Ic=0)3. Stan nasycenia: złącze K-B przewodząco złącze B-E przewodząco (Ic=Imax)4. Stan inwersji (nieprawidłowy): złącze K-B przewodząco złącze B-E zaporowo

Tranzystor jako przełącznik „Tranzystorowy człowiek” według książki W.Hill

Pasmo graniczne tranzystora

10 100 1000 100000,01

0,1

1

100

10

1

częstotliwośćgraniczna

tranzystora :(fT)=1

czestotliwość fT

Budowa różnego typu tranzystorów powoduje, że częstość graniczna jest różna.

Istnieją tzw. pasożytnicze pojemności CKB oraz CEB ograniczające pasmo przenoszenia

B

K

E

<>

K

E

B

rbb

Ckb

Ceb

Opór rbb oraz CEB tworzą filtr dolnoprzepustowy

Tranzystor jako czwórnik

Uwej Uwyj

Zwykle jedna z elektrod tranzystora E lub B lub K jest wspólna i mamy trzy podstawowe układy tranzystorowe:

Układ ze wspólną bazą (WB)

Układ ze wspólnym emiterem (WE)

Układ ze wspólnym kolektorem (WC)

Czwórnik tranzystorowy cd.

Najczęściej opis czwórnika tranzystorowego przedstawia się w równaniami hybrydowymi typu [h]

U1=h11I1 + h12U2

I2 =h21I1 + h22 U2

Wówczas np. dla U2=0; dla tranzystora

Wzmacniacze tranzystorowe WE, WC, WB (wspólny emiter WE; wspólny kolektor WC; wspólna baza WB

Jakie parametry wzmacniaczy będziemy wyznaczać:

1. Wzmocnienie napięciowe

2. Impedancja (oporność) wejściowa Rwe

3. Impedancja (oporność) wyjściowa Rwy

4. Pasmo przenoszenia (

5. Wzmocnienie prądowe

Idea wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE)

RL

BK

E

Tranzystor npn (bo strzałka na zewnątrz)Więc napięcie zasilania Ucc dodatnie

+Ucc

Opornik obciążenia RL

U2

U1 Parametr zależny od rodzaju tranzystora β=

𝐾 𝑢=∆𝑈 2

∆𝑈1

czyli opór złącza prostującego baza-emiter

𝐾 𝑢=∆ 𝐼2 𝑅𝑙

𝑈 1=β 𝐼1 𝑅𝐿

𝑈 1=β

𝑅𝐿

𝑅𝐵𝐸Wzmocnienie napięciowe jest duże dla WE

Opór wyjściowy wzmacniacza ze wspólnym emiterem

Potraktujmy przez chwilę tranzystor jako opornik Rtranz (jest to nieprawidłowe)

U2

RL

Rtranz

Ucc Otrzymaliśmy dzielnik napięcia

𝑈 2=𝑈 𝑐𝑐𝑅𝑡𝑟𝑎𝑛𝑧

𝑅𝐿+𝑅𝑡𝑟𝑎𝑛𝑧

Z zasady Thevenina

Opór IC

UCE

IB=0 mA

12

3

4

50.5 AA ponieważ

Rtranz jest bardzo duży (patrz wykres) więc

𝑅𝑤𝑦𝑗 ≅𝑅𝐿

Pasmo przenoszenia wzmacniacza ze wspólnym emiterem

Ponieważ ze wzrostem napięcia na wejściu wzrasta prąd kolektora Ic to napięcie na wyjściu maleje

Wzmacniacz ze wspólnym emiterem odwraca fazę!

źródło sygnału wzmacniacz

RWYG

rbb

Cbk

E

WY

Kondensator pasożytniczy Cbk złącza baza-kolektor przenosi w przeciwnej fazie część napięcia z wyjścia do wejścia (Efekt Millera) to napięcie na wyjściu maleje (Ku maleje)

U w y / U w e

C z ę s t o t l i w o ś ć

UUW Y

W E M A X2

1 2 0 7/ . . . .

g

p a s m o p r z e n o s z e n i a

Pasmo przenoszenia wzmacniacza WE jest najmniejsze w porównaniu z innymi układami (WC oraz WB)

Cechy wzmacniacza ze wspólnym emiterem WE

1. Duże wzmocnienie napięciowe - zaleta

2. Duże wzmocnienie prądowe - zaleta

3. Mała oporność wejściowe - wada

4. Duża oporność wyjściowa - wada

5. Ograniczone od góry pasmo przenoszenia (efekt Millera) - wada

6. Wzmacniacz WE odwraca fazę (napięcie na wyjściu maleje kiedy napięcie na wejściu rośnie)

Układy praktyczne wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE)

Opornik RB – opór polaryzujący złącze baza-emiter przewodząco

RL opór obciążenia ()

C1 kondensator odcinający od wejścia napięcie stałe – (wzmacniacz przestaje wzmacniać napięcia stałe)

wpływtranzystora

wpływsprzężenia

częstotliwość

wzmocnienie k

2-1/2kmax

pasmo

C2 kondensator odcinający od wyjścia napięcie stałe (stałe napięcie kondensatora nie przechodzi na wyjście)

Napięcie między masą a kolektorem (Uc) powinno być równe połowie napięcia zasilania ; trzeba dobrać RB aby tak było

Kondensator C1 oraz opór baza-emiter (rBE) tworzą filtr górnoprzepustowy RC na wejściu wzmacniacza ; wzmacniacz będzie wzmacniał od częstości

νd

Dobór warunków pracy wzmacniacza ze wspólnym emiterem (WE)Punkt pracy to napięcie kolektor-emiter (Uc) przy zerowym napięciu wejściowym (Uwej=0)

IC

UCE

hiperbola mocyPMAX=IC·UCE

Prosta obciążeniaE-RL·IC

E/RL

E

PUNKT PRACY

IB0

3. Punkt pracy powinien leżeć „poniżej” hiperboli mocy (strata mocy w tranzystorze to P=Ic*Uc)

Producent określa moc maksymalną Pmax

Napięcie zasilania E musi być dodatnie bo tranzystor jest npn (strzałka na zewnątrz) i złącze np KB (kolektor baza)ma być spolaryzowane zaporowo

1. Podczas wzmacniania największe napięcie na kolektorze (Uc ) może być równe napięciu zasilania E kiedy prąd baza-emiter <=0(IB =0) ; wówczas prąd kolektora Ic =0 i nie ma spadku napięcia na RL (Ic*RL=0 a Uc =E-Ic*RL) 2. Podczas wzmacniania najmniejsze napięcie na kolektorze (Uc) będzie zbliżone do zera (około 0.6 V) kiedy tranzystor pracuje w stanie nasycenia (βIB

Napięcie między masą a kolektorem (Uc) powinno być równe połowie napięcia zasilania ; trzeba dobrać RB aby tak było

Jak dobrać opór polaryzujący złącze baza-emiter RB aby uzyskać napięcie na kolektorze Uc=1/2E ?(metoda przybliżona)

1. Znajdujemy w katalogu danego tranzystora wartość β czyli współczynnik wzmocnienia prądowego (

2. Opornik RL ustalamy by uzyskać oporność wyjściową rzędu RL a wzmocnienie napięciowe (gdzie rBE to opór złącza baza-emiter)

3. Napięcie na kolektorze powinno być połową napięcia zasilania

4. więc wyliczmy prąd Ic z równania

5. czyli

6. Znając Ic z zależności wyliczamy prąd IB

7. i otrzymujemy 8. Ponieważ napięcie złącza pn baza-emiter UBE nie jest większe od 0.6 V

9. To

Wady najprostszego układu ze wspólnym emiterem

Ponieważ wartość β dla danego typu tranzystora ma duży rozrzut i zależy od temperatury to punkt pracy (napięcie Uc) ,które zależy od β, zmienia się.

𝑅𝐵≈2𝑅𝐿 β

Poprawiony układ ze wspólnym emiterem (WE)

RLRB

Napięcie na oporze RE jest praktycznie równe napięciu wejściowemu Uwej czyli prąd ∆IE=

Zmiana napięcie na wyjściu

Praktycznie więc

𝑠𝑡ą𝑑∆ 𝐼 𝐸=−∆𝑈𝑤𝑦𝑗

𝑅𝐿

ale więc 𝐾 𝑢=−𝑅𝐿

𝑅𝐸

Wzmacniacz ze wspólnym emiterem (WE) i stabilizacją punktu pracy o dużym wzmocnieniu dla prądów zmiennych

Kondensator 10F między emiterem a masą stanowi dla prądów zmiennych małą impedancję więc a nie

Wzmacniacz ze wspólnym kolektorem (WK) lub z angielskiego (WC)

Idea

RL

Uwej

Uwyj

Wyliczamy wzmocnienie napięciowe

Napięcie na wejściu (Uwej) jest podzielona między napięcie na wyjściu (Uwyj) i napięcie baza-emiter (UBE)UBE

𝑈𝑤𝑒𝑗=𝑈𝐵𝐸+𝑈𝑤𝑦𝑗 𝑈𝑤𝑦𝑗=𝑈𝑤𝑒𝑗−𝑈𝐵𝐸

𝐾 𝑢=𝑈𝑤𝑦𝑗

𝑈𝑤𝑒𝑗=𝑈𝑤𝑒𝑗−𝑈 𝐵𝐸

𝑈𝑤𝑒𝑗≅ 1Wzmocnienie napięciowe dla WK jest

równe Ku =1 !!!! (nie wzmacnia!!!)

Obliczenie oporu wejściowego; (znamy parametr β tranzystora

∆𝑈𝑤𝑦𝑗=∆𝑈𝑤𝑒𝑗 ∆ 𝐼 𝑐∗𝑅𝐿=∆𝑈𝑤𝑒𝑗 𝛽∆ 𝐼𝐵∗𝑅𝐿=∆𝑈𝑤𝑒𝑗Ale

𝑅𝑤𝑒𝑗=𝛽∗𝑅𝐿 Opór wejściowy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem (WK) jest bardzo duży !!!

Oporu wyjściowy

Wzmocnienie prądowe dla WK Ki=β (DUŻE) !!!

Cechy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem (WK)

1. Wzmocnienie napięciowe - nie wzmacnia napięciowo

2. Duże wzmocnienie prądowe - zaleta

3. Duża oporność wejściowe - zaleta

4. Mała oporność wyjściowa - zaleta

5. pasmo przenoszenia dość duże - zaleta

6. Wzmacniacz WK nie odwraca fazy (napięcie na wyjściu „wtóruje” napięciu na wejściu stąd nazwa WK „WTÓRNIK”)

Ustalenie punktu pracy wzmacniacza ze wspólnym kolektorem, czyli dobrać opór polaryzujący złącze baza-emiter RB aby uzyskać napięcie na wyjściu Uc=1/2E ?

RB

RL

Uwej Uwyj

E

Dobieramy tak RB aby na wyjściu było równe połowie napięcia zasilania

Robimy to dokładnie tak jak przy wzmacniaczu ze wspólnym emiterem (WE)

𝑅𝐵=𝐸−0.6𝐼 𝐵

=2(𝐸−0.6 )𝑅𝐿 β

𝐸 ≈2𝑅𝐿 βTaki układ wzmacniacza ze wspólnym kolektorem (WK) ma dużą wadę: punkt pracy czyli ( zmienia się z temperaturą

C

Poprawiony układ stabilizujący punkt pracy

Dzielnik utworzony z R1 = R2 daje napięcie równe połowie napięcia zasilania Vcc

Poprawiony układ stabilizatora napięcia

Jeżeli w napięciu zasilania występują tętnienia to układ je eliminuje (filtr RC)

Stabilizator napięcia wykorzystujący wzmacniacz ze wspólnym kolektorem (WK) (wtórnik emiterowy)

Pokazywaliśmy już diodę Zenera stabilizującą napięcie Ten układ ma wadę bo z naszego stabilizowanego źródła napięcia

nie możemy czerpać dużych prądów

Diodę Zenera umieszczamy na wejściu wzmacniacza ze wspólnym kolektorem i uzyskujemy takie samo stabilne napięcie ale możemy czerpać duże prądy Takie by nie przekroczyć mocy określonej przez producenta P=I*U

Opornik Rc służy do zabezpieczenia tranzystora wyniku zwarcia wyjścia (opornik Rc ogranicza prąd zwarcia)

Tranzystorowe źródło prądu

Napięcie na bazie 5.6 V jest stabilne więc na emiterze napięcie jest także stabilne (pomniejszone o napięcie baza-emiter UBE)

Stabilne napięcie 5 V na rezystorze 10kΩ powoduje prąd kolektora

Przez odbiornik w kolektorze płynie stały prąd 0.5 mA

Wzmacniacz symetryzujący o wzmocnieniu Ku=1

Mamy dwa wyjścia na których sygnał jest identyczny ale przesunięty w fazie o 1800

Wzmacniacz ze wspólną bazą (WB)

Idea WB

Układ praktyczny

RE

RL

Wzmocnienie napięciowe

Opór wejściowy b. mały (rBE)

Opór wyjściowy duży zbliżony do RL

Pasmo przenoszenia duże

Nie odwraca fazy

Ze względu na pasmo przenoszenia stosowany w głowicach telewizyjnych i radiowych

Wzmocnienie prądowe

Wzmocnienie zależy od oporu w kolektorze

Zamiast oporu RL mamy impedancję równolegle połączonych indukcyjności L oraz C

Z prawa Kirchoffa 𝑍𝐿= 𝑗 𝜔 𝐿;𝑍𝐶=1

𝑗 𝜔𝐶1𝑍𝐿𝐶

=1

𝑗 𝜔 𝐿+ 𝑗 𝜔𝐶

𝑍 𝐿𝐶= 𝑗 𝜔 𝐿1−𝜔2 𝐿𝐶

Dla jednej częstości

Dla czyli KU→

Układ o dużym oporze wejściowym

W klasie A jeżeli sygnału nie ma (Uwej=0; linia przerywana) to i tak płynie prąd kolektora Ic i na tranzystorze wydziela się moc P=Ic*UKE

W klasie B jeżeli sygnału nie ma (Uwej=0) to nie płynie prąd kolektora (Ic=0) i na tranzystorze nie wydziela się moc P=Ic*UKE=0

Klasy pracy wzmacniaczy tranzystorowych

Prąd kolektora (Ic) wzmacniacza mocy dla wzmacniaczy klasy A; B; C

W klasie A przez tranzystor zawsze płynie prąd kolektora Ic przez cały okres T

W klasie B prąd Ic płynie w dodatniej połowie okresu przez czas T/2

W klasie C prąd płynie przez czas t<T/2

Układ przeciwsobny (wykorzystywany we wzmacniaczach mocy

W układzie przeciwsobnym dla napięć dodatnich pracuje górny tranzystor npn (klasa B) a dolny jest „zatkany”(nie przewodzi)Dla napięć ujemnych pracuje dolny tranzystor (klasa B) pnp a górny jest ”zatkany” (nie przewodzi)

Przy zerowym napięciu wejściowym (U1=0) żaden tranzystor nie przewodzi i nie jest tracona moc!

Wzmacniacz mocy klasy D

1. Sygnał akustyczny jest zamieniany na ciąg impulsów o wysokiej częstotliwości z wypełnieniem zależnym od amplitudy sygnału akustycznego

2. Na wyjściu jest niskoczęstotliwościowy filtr LC który „odtwarza” sygnał akustyczny a „wycina” szybkie przełączanie

Tyrystor to jakby dioda sterowana impulsem napięcia

Po przyłożeniu impulsu napięcia napięcie między bramką a katodą tyrystora tyrystor przewodzi aż do czasu kiedy napięcie między katoda a anodą spadnie lub gdy prąd zaniknie

Tyrystor

Triak, to rodzaj tyrystora przewodzącego w obu kierunkach

Przerzutnik Schmitta ma dwa stany na wyjściu: wysoki i niski

Jeżeli na wejściu napięcie przekroczy pewien próg napięcia Ug stan na wyjściu zmienia się z niskiego na wysoki

Powrót do stanu niskiego następuje kiedy napięcie na wejściu spadnie poniżej Ud

Ud<Ug

Jeżeli na wejściu napięcie jest poniżej progu napięcia Ug to tranzystor T1 jest „zatkany” i przez rezystor 10 kΩ płynie prąd do bazy T2 i tranzystor T2 jest w stanie nasycenia (napięcie UKE jest bliskie zera). Na oporności 100 Ω (czyli na obu emiterach) ustala się napięcie jak na dzielniku 1kΩ-100Ω czyli około 1/10 napięcia zasilania.

Przekroczenia na wejściu napięcia Ug powoduje, że tranzystor T1 jest w stanie nasycenia a tranzystor T2 jest „zatkany”

Wzmacniacz różnicowy

1. Jeżeli na obu wejściach jest to samo napięcie to na wyjściu napięcie się nie zmienia

2. Jeżeli na wejściu 1 pojawi się napiecie U1 a na wejściu 2 napięcie U2 to wzmocnienie

Wzmacniacz różnicowy stosuje się np. przy długich kablach doprowadzających napięcie do wejścia. Wówczas w długich kablach szum indukuje identyczne napięcie zakłócające, które nie jest wzmacniane we wzmacniaczu różnicowym.

Przykładem jest tzw. „skrętka” przy sieciach komputerowych. W obu przewodach symetrycznej „skrętki” zakłócenia indukują identyczne (podobne) napięcia, które nie są wzmacniane we wzmacniaczu symetrycznym wzmacniaczu różnicowym.

Tranzystory polowe (FET- Field Effect Transistor) (unipolarne)

Tranzystor bipolarny

K B E

n p n

W tranzystorze bipolarnym mały prąd baza-emiter (IB) wywoływał duży prąd kolektor-emiter (Ic) (β β-

współczynnik wzmocnienia prądowego

Tranzystor polowy

W tranzystorze polowym mamy trzy elektrody Dren (Drain; D); Bramka (Gate; G );Źródło (Source; S);

Rysunki z książki Kutty, i z internetu

W tranzystorze polowym małe napięcie (pole elektryczne) bramka-źródło (G-S) powoduje zmianę oporu dren-źródło (D-S)

Głowna różnica:tranzystorem bipolarnym steruje prądtranzystorem polowym steruje napięcie

Zasada działania tranzystora polowego

Najważniejszym parametrem tranzystorów polowych jest transkonduktancja (odwrotność Ohma [simens]

Charakterystyki tranzystorów polowych typu p i typu n

n

p

Tranzystory polowe MOSFET (z izolowaną bramką)

Skrót MOSFET pochodzi od Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor

Typu p normalnieZałączony (dla UGS=0 prąd Drenu (ID) płynie

Typu n normalnieZałączony (dla UGS=0 prąd Drenu (ID) płynie

Typu p normalniewyłączony (dla UGS=0 prąd Drenu (ID) nie płynie

Typu n normalniewyłączony (dla UGS=0 prąd Drenu (ID) nie płynie

Typy tranzystorów MOSFET i ich charakterystyki

Podstawowe układy z tranzystorami polowymi: wspólne źródło (WS); wspólny dren (WD); wspólna bramka (WG)

Wspólne źródło WS(odpowiednik wspólnego emitera)

Wspólny dren WD(odpowiednik wspólnegokolektora)

Wspólna bramka WG(odpowiednik wspólnejbazy)

Idea

Układy praktyczne

Układy polaryzacji tranzystorów polowych (WS)

Układ polaryzacji dodatkowym źródłem napięcia

Układ automatycznej polaryzacji

Parametry układów wspólne źródło (WS)

RD

Wzmocnienie napięciowe:

Ponieważ

∆𝑈 𝐷=−∆ 𝐼𝐷𝑅𝐷

Opór wyjściowy liczymy tak samo jak we wzmacniaczu ze wspólnym emiterem, czyli opór równolegle połączonych RD

oraz opory przejścia tranzystora (b. duzy):

Opór wejściowy ponieważ praktycznie prąd bramka-źródło (IGS) nie płynie

Parametry układu ze wspólnym drenem (WD)

Wzmocnienie napięciowe jest takie jak we wzmacniaczu ze wspólnym kolektorem (WK)

Opór wejściowy

Opór wyjściowy mały Opór równolegle połączonych rezystorów RS oraz 1/gm i zwykle:

Tranzystor polowy razem z tranzystorem bipolarnym

Z ksiązki W.Hill „Sztuka…”

Porównanie wzmacniaczy ze wspólnym emiterem (WE) i ze wspólnym źródłem (WS)

1. Wzmocnienie: WE

2. Wzmocnienie: WS

3. Opór wyjściowy: WE

4. Opór wyjściowy: WS

5. Opór wejściowy: zdecydowanie większy dla tranzystora polowego