ANALOGNA ELEKTRONIKAANALOGNA ELEKTRONIKA

Tree predavanjeTree predavanjeVanr. prof. dr Abdulah Akamovi, dip.ing.el.

1

Radna taka i radna prava Radna taka i radna prava tranzistora u pojaavau u spoju ZEtranzistora u pojaavau u spoju ZE

R1 Rc

Ec

C

2

eg

Rg

R2 Re

Rp

C

Istosmjerni reimIstosmjerni reim

R1 Rc

Ec

1 1 2 2

2 2

1 2

0,6

c

be e e

b

b c e

c b

c c c e e ce

be

E I R I RI R U I RI I II I II IE I R I R UU V

= +

= +

= +

+ =

=

= + +

=

3

R2 Re

1( ) ( )

0,

0,

c c c e ce c c e ce

cce c cz

c e

c ce c

E I R R U I R R U

EU tranzistor u zasienju I IR R

I tranzistor ne vodi U E

+

= + + + +

= = =+

= =Uce

Ic

UceQ

IcQ

Icz

Ec

Zagrijavanje tranzistoraZagrijavanje tranzistora

Tranzistor u linearnom reimu disipira snagu.

( )

2 0

ce c

c c c e ce

c cece

c e

c ce

P U IE I R R U

E UP U

R RE UdP

=

= + +

=

+

= =

10

15

20

25 Ic(mA)

P(mW)

4

Navedena snaga se u vremenu prevodi u toplotu koju je potrebno dodatno odvoditi(montiranjem tranzistora na hladnjak) u okolni prostor. Za odvoenje toplote potrebna jerazlika temperatura tranzistora i okoline, T. Porast temperature tranzistora (TT) u odnosu natemperaturu okoline (T0) je proporcionalan disipiranoj snazi Pc i toplinskom otporu K.

2

max

2 0

, ,

2 2( ) 4( )

c ce

ce c e c e

c c cce c

c e c e

E UdPdU R R R R

E E EU I PR R R R

= =

+ +

= = =

+ +-5

0

5

0 2 4 6 8 10 12

Ec (V)

0

(1 1000) /T cT T T K P

K C W = =

=

Toplinski bijegToplinski bijeg

2

:

: ( )

1

ce c

c

ce

c

ce ce

c c c e ce

c cec

c e

c

Kriva snage P U IPI

UdI P

dU URadna prava E I R R U

E UI

R RdI

=

=

=

= + +

=

+

= Uce

Ic

Q(UceQ, IcQ)

5

1cce c e

dIdU R R

=

+Uce

2

2

max

:

, ( )

:

( ) ( )

, ,

2( ) 2 4( )

cece c ce c c e

c e

c c c e c c e

c c cc ce

c e c e

Poslije izjednaenja dobijenih koeficijenata se dobijeU

P U I U I R RR R

Uvrtavanjem u radnu pravu dobijemoE I R R I R R

E E EI U P P

R R R RMaksimum snage se dobije u ta

= = = ++

= + + +

= = = =

+ +

ki gdje se dodiruju radna prava i kriva snage

Ako sada pretpostavimo da je radna taka uQ1, porast temperature e dovesti dopoveanja Ic to e radnu taku udaljavati odkrive snage odnosno smanjivati zagrijavanjetranzistora, odnosno smanjiti struju Ic te ese ista vratiti u Q1:

-dolo je do samoregulacije.

Ako je radna taka u Q2 pri porastutemperature raste Ic, te se radna takapribliava krivoj snage i ukoliko u krugu nepostoje reaktivne komponente kretanjeradne take e uvijek biti ispod krive snage.

Ic

Q1

Q2

6

radne take e uvijek biti ispod krive snage.

Uce

Q2

Radnu taku treba birati tako da Uce bude manje

od Ec/2

Ukoliko u krugu postoje reaktivnekomponente dinamika radna prava moeimati vei nagib od statike te e pripozicioniranju radne take u Q2 radna takapremaiti krivu snage i nastaviti kretanje utom smjeru to e dovesti do pregaranjatranzistora.Ovaj efekat se zove TOPLINSKI BIJEG.

Proraun pojaavaaProraun pojaavaa

max

Pr :1. , ( , )

:

,

22. ,

,

cQ ceQ

cceQ cQ cQ

c e

c ceQc e

ceQ

oraun pojaavaaBira se radna taka po struji ili naponu I U

tako da budu zadovoljeni usloviEU I U P

Po osnovu izabrane struje odrede se R RE U

R RI

+ =

Ic

IcQ

Icz A

Q

7

c epri tome seodnos R i R bira priblin

1 2

1 2

21 2

1 1 22

3. ,

4.

,(1 ) ( )

cQb

be

b e ce

oiznosueljenog naponskog istosmjernog pojaanja

IZatim seodredi I kao

Na kraju seodrede R i R izR RE U

RI uz uslov R R R R

RR R RR

+

= + ++

+ +

UceUceQEc

B

Primjer 13. Neka je Ec=10V, =50, Pmax=50mW. Potrebno je odrediti vrijednosti otpora.

max

1 2

/ 2 5

10

500

100400

200

ce c

cce

c ceQ

cQ

e

c

cQb

U E VP

I mAU

E UR R

I

RR

II A

= =

= =

+ = =

= =

= =

8

1

2 2

2

1

200

(1 )(1 )

516965

b

be e b

e beb b

I A

E U R IR

R UI IR R

uz usvojeno R kdobijemo R

= =

+=

+ + +

=

=

Nestabilnost radne take tranzistoraNestabilnost radne take tranzistora

Promjena temperatureSa promjenom temperature mijenja se inverzna struja zasienja pn spoja. Kod tranzistora su dva pn

spoja, u aktivom reimu jedan direktno polarisan, drugi inverzno, spoj BC. Sa promjenomtemperature mijenja se njegova inverzna struja zasienja Ico (struja kolektora pri otvorenomemiteru, o - Open). U baznom krugu mijenja se napon Ube koji odreuje ulaznu karakteristikutranzistora (struju Ib). Promjena ovog napona je priblino 2,3mV/C.

Starenje tranzistoraParametri tranzistora se mijenjaju starenjem, kao posljedica degradacije kristala, promjeneParametri tranzistora se mijenjaju starenjem, kao posljedica degradacije kristala, promjene

raspodjele primjesa, promjene geometrije pn podruja.

Promjena napona napajanja

Varijacija parametara tranzistora istog tipa pri proizvodnjiFaktor strujnog pojaanja u spoju sa zajednikim emiterom se kao kataloki podatak nalazi u dosta

irokom opsegu, zbog nemogunosti precizne kontrole proizvodnog procesa.

ZraenjaAko se elektroniki sklop u radu nalazi u prostoru sa intenzivnim zraenjima doi e do promjene

karakteristika tranzistora usljed djelovanja zraenja na pn spojeve tranzistora.

9

Stabilizacija radne take tranzistoraStabilizacija radne take tranzistora

Na promjenu radne take najvei uticaj ima temperatura. Usljed promjene temperature mijenjaju se: Ic0, Ube,

Zato je promjena radne take izraena kroz promjenu struje kolektora funkcija tri promjenjive:

Promjena struje Ic se moe prikazati kao totalni diferencijal ove funkcije, tj.

0( , , )c c beI f I U =

I I I

Za praktine primjene umjesto totalnog diferencijala posmatraju se parcijalni izvodi po svakoj promjenjivoj koji se oznaavaju kao S, S1 i S2:

10

00

c c cc c be

cb be

I I IdI dI dU dI U

= + +

0

1

2

c

c

c

be

c

dISdIdISUdISd

=

=

=

Uticaj temperature na iznos IUticaj temperature na iznos Ico co , U, Ubebe i i 0

100( ) ( ) 2

T T

s sI T I T

=

Eksperimentalna mjerenja su pokazala da se inverzna struja zasienja u okolini sobnetemperature priblino udvostruava na svakih 10 C

Analiza promjene napona Ube sa promjenomtemperature pokazuje da se isti mijenja za 2,3 mVpo stepenu C (opada sa porastom temperature). Zapraktine proraune uzima se 2mV, tj:

2beU mV C

11

2beU mV CT

*Preuzeto iz: Radivoje uri, Osnovi elektronike, 2010.

Analiza promjene koeficijenta strujnogpojaanja sa promjenom temperaturepokazuje da se isti mijenja za 0,7%.

/ 0,7% CT

=

Inverzna struja zasienjaInverzna struja zasienja

Inverzna struja zasienja Ico koja se pojavljuje kao posljedica djelovanja termike energije idovodi do proticanja struje na pn spoju kao struje manjinskih nosilaca. Ova struja ima uticajana rad tranzistora u smislu temperaturne osjetljivosti istog, te je pri toj analizi treba uzeti uobzir. U aktivnom podruju spoj kolektor emiter je inverzno polarisan te se ova struja razmatra iobiljeava se kao Ico (o open emiter).

12

'

'

e c b

c c co

c e

I I I

I I I

I I

= +

= +

=Ib

Ic

Ie

Ico

1 1

1 1

coc b

b coe

II I

I II

= +

= +

1

= +(1 )(1 ) (1 )

c co b

e b co

I I II I I

= + +

= + + +

IIcc=f(I=f(Icoco,U,Ubebe,,))R1

R2

Rc

Re

Ec

1 1 2 2

2 2

1 2

(1 )

c

be e e

b

b c e

c co b

E I R I RI R U I RI I II I II I I

= +

= +

= +

+ =

= + +

1 1

12 2

1 1

c be e e

be ee b

e c co

E I R U I RU R

I I IR R

I I I

= + +

= + +

+ +=

13

11 1 1

2 2

1 2 1 21 2 1 1

2 2 2

(1 )

( ) ( ) (1 )1 1

ec be e c co be e e

e ebe c co c co

R RR R RE U I I I U I R

R RR R R R R RR R R RU I I I I

R R R

+= + + + + =

+ ++ ++ += + +

11 21

2 2

1 1

2

1( )1( )

1

ec be e co

ce

e

R RR RE U R R IR R

IR R R RR

+ + + + +

=

++ +

+

S=dIS=dIcc/dI/dIcoco

11 21

2 2

1 1

2

11

1( )1( )

1

( )(1 )

ec be e co

c

eco coe

ee

R RR RE U R R IdI R RdS

R R RdI dI RR

R RR R

R R R R R R

+ + + + +

= = =+

+ + +

+ ++ + +

14

11 1 2 22

1 21 1 1 1 2 2

2

( )(1 ) ( , , , )(1 ) (1 )1

ee e

ee e e

e

R RR R R R R RR f R R R

R R R R R R R R RRR

+ ++ + +

= = =

+ + + ++ ++

RR22, R, Ree00

RcR1

Ec

15

2

11

2, 0 1 1

2

lim ( ) 11

e

ee

c

R R ecoe

R RR R

dI RSR R RdI RR

+ +

= = = ++ +

+

RRee00

11

20 1 1

2

lim ( ) 11

e

ee

c

R ecoe

R RR R

dI RSR R RdI RR

+ +

= = = ++ +

+

RcR1

Ec

16

2 1R +R2

RR22

RcR1

Ec

2

11

2

1 1

2

11

lim ( )1

1Re(1 ) (1 )(1 )

ee

c

R ecoe

e

R R R RdI RS

R R RdI RR

RR R

RR R

+ +

= = =

+ ++

++= + = +

+ +

17

RcR1

Re

11(1 ) (1 )(1 ) 1e

e

RR RR

= + = +

+ + + +

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 50 100 150 200

S

R1/Re

(=20)

Spoj sa djeliteljem u krugu baze i RSpoj sa djeliteljem u krugu baze i Ree

R1

R2

Rc

Re

Ec

Rc

Rt

Ec

Re

Et

2 1 2

1 2 1 2,t c t

R R RE E R

R R R R= =

+ +

t b t be e eE I R U I R= + ++ = 1

t b t be e eE I R U I RI

= + +

+

18

R2 Re Re

1R(1 ) (1 )(1 ) 1

t

c t e e

tco t e

e

RdI R RS

RdI R RR

++

= = + = ++ + + +

(1 )(1 ) (1 )

b c e

c co b

e b co

I I II I II I I

+ =

= + +

= + + +

1

1 1

cb co

e c co

II I

I I I

+=

+ +=

(1 ) (1 ) (1 )t t e et c co be c co

R R R RE I I U I I

+ + += + +

1( )1( )

1

t be e t co

ct

e

E U R R II

R R

+ + +

=

++

+

Primjer 14. Odrediti faktor stabilnosti S i promjenu struje Ic pri promjeni temperature od25C do 75C za tranzistor koji pri 25C ima Ico 0,1nA i =50 ako je:a) R1/Re=100, R2b) R1/Re= 10 , R2c) R1/Re=0,1 , R2

Rjeenje:Struja Ico na 75 C iznosi:

a)Faktor stabilnosti S iznosi:

75 259 5 910(75 ) (25 ) 2 0,1 10 2 3,2 10 3,2co coI C I C nA

= = = =

11 R+

19

Sada je:

Analogno za

b)

c)

1

1

1 1 100Re(1 ) 51 34,1151 1001

c

co

e

RIS

R IR

+ +

= + = = =+ + +

34,11 3,2 108,8c coI S I nA nA = = =

9,3 3,2 29,76c coI S I nA nA = = =

9,3 3,2 3,51c coI S I nA nA = = =

S1=dIS1=dIcc/dU/dUbebe

11 21

2 2

1 1

2

1 2

1( )1( )

1

( )(1 )

ec be e co

c

ebe bee

R RR RE U R R IdI R RdS

R R RdU dI RR

R RR R R

+ + + + +

= = =+

+ + +

+

+ +

20

2 1 21 2

1 1 1 1 2 2

2

( )(1 ) ( , , , )(1 ) (1 )1

ee e e

e

R R R f R R RR R R R R R R R RRR

+ += = =

+ + + ++ ++

RezimeRezime

Izbor statike radne take je vrlo vaan kod projektiranja pojaala

Maksimum iskoritenja promjene ulaznog napona, bez generiranjaizoblienje zahtjeva pozicioniranje radne take na sredini radneprave

Na stabilnost radne take najvei uticaj ima temperatura

Usljed promjene temperature mijenjaju se Ico, Ube, Usljed promjene temperature mijenjaju se Ico, Ube, Porastom temperature raste Ico, udvostrui se na svakih 10 C

Porastom temperature smanjuje se Ube, 2mV po C

Toplinski efekat ograniava poziciju radne take na iznos do Ec/2 poUce

Uvoenje Re otpora e znaajno stabilizirati radnu taku, ali esmanjiti i strujno i naponsko pojaanje, poveati ulazni otpor

21