Elektroniki sklopovi - uvod

Elektronika 8. predavanje

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 1

Model bipolarnog tranzistora u istosmjernim

(statikim) uvjetima

DC (Direct Current) model

Aktivno podruje rada: 01 CBBC III

BC II

B

IB IC

R0IBUBEakt

C

E

R0>>

UBEakt=0,7 V

(za silicijski tranzistor)

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 2

Podruje zasienja:

Primjer:

B

IB IC

UBEzas

C

E

UCEzasUBEzas=0,8 V

UCEzas=0,2 V 0,3 V

RB

+UCC

RC

IC

IB

UCEUBE

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 3

Nadomjesni sklop u istosmjernim uvjetima:

B

IB

IBUBE

C

E

UCC UCC

RB RC

UCE

ulazni krug izlazni krug

B

BECCB

R

UUI

0 CECBCC URIU

BCBBC IIII 01

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 4

Grafika analiza elektronikih sklopova

1. primjer

+

-U

R1

R2

I

U2

U/R1 -1/R1 1/R2

IQ

U U1 U2

I

U2

Q (radna toka)

2

2

22

1U

RIRIU

21 URIU

(1)

(2)

Ucrtati pravac odreen jednadbom (2) u koordinatni sustav I-U2.

Odrediti npr. dvije toke tog pravca: Za U2=0; I=U/R1

Za I=0; U2=U

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 5

2. primjer

+

-U

R

I

UD

DURIU

Ako je I=0; UD=U

Ako je UD=0; I=U/R

U/R -1/R1

IQ

UR UD

I

UD

Q

U

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 6

3. primjer

+

-UCC

RC

IBUCE

C

E

B

IC

IE

CECCCC URIU

Q ICQ

UCEQ

IC

UCE UCC

IB1

IB2

IB3

IB4 UCC/RC -1/RC

Jednadba radnog pravca

radni pravac

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 7

4. primjer

+

-UDD

RD

ID

UDS

D

S

G

UGS Q IDQ

UDSQ

ID

UDS UDD

UGS1

UGS2

UGS3

UGS4 UDD/RD -1/RD

radni pravac

radna toka

DSDDDD URIU

Jednadba radnog pravca

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 8

5. primjer

+

-UDD

RD

ID

UDS

D

S

G

UGS

UDS

ID

U /RDD D-1/RD

0

IDQ

UDSQ UDD

U =-1 VGS

1 V

2 V

0 VQ

DSDDDD URIU

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 9

Osnovni sklopovi pojaala s bipolarnim tranzistorom

Rad u statikim (istosmjernim) uvjetima

Prikazana je jednostavna izvedba sklopa kojim je odreena statika radna toka tranzistora u polju izlaznih karakteristika.

+

- UCC

RB

IB

UBE

IC

UCE

Rp

CEpCCC URIU B

BECCB

R

UUI

BC II

UCE

IC

U /RCC p -1/Rp

0

ICQ

IB

UCEQ UCC

Q

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 10

Stabilizacija statike radne toke pomou emiterske degeneracije

+UCC

R2

Rp

RE

R1

Prikazani sklop je tipina izvedba kojom se osigurava temperaturna stabilnost statike radne toke. Stabilnost se postie otpornikom RE u krugu emitera. U dinamikim uvjetima rada otpornik RE ima odreeni negativni utjecaj na pojaanje sklopa pa se ovakva stabilizacija radne toke naziva stabilizacijom pomou emiterske degeneracije.

Transformacija sklopa prema Theveninovu teoremu:

Djelitelj napona u krugu baze R1-R2 moe se nadomjestiti izvorom i otporom (UBB, odnosno RB).

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 11

+UCC

RB

Rp

RE+

-UBB

IE=IB+IC

IC

IB

UCE

UBE

+

-

+

-

+

-

CCBB URR

RU

21

221

21

21 RRRR

RRRB

ECBBEBBBB RIIURIU (1)

0CEBC III (2)

01 CBBC III

001 CECB II

Iz (1) i (2) slijedi:

EB

EBCEBEBBC

RR

RRIUUI

1

0(3)

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 12

Ako je (1+)RE>>RB te ako je >>1, tada je:

Budui da je kod silicijskih tranzistora ICE0

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 13

Odreivanje statike radne toke tranzistora

Primjer:

Pomou izlaznih karakteristika tranzistora odrediti statiku radnu toku sklopa prikazanog na slici.

+UCC

R2

RC

RE

R1

T

Zadano je:

UCC=22,5 V

RC=5,6 k

RE=1 k

R1=90 k

R2=10 k

UBE=UBEakt=0,6 V

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 14

Theveninov teorem =>

B

E

C

+-

+-

UBB

UCC

RB

RC

RE

IB

IC

+ -

+

-

+

-

UCE

UBE

IE=IB+IC

VRRR

UU

kRRR

CCBB

B

25,2101090

5,22

9101090

1090

2

21

3

21

Kirchoffov zakon primijenjen na strujni krug baze (ulazni krug):

ECBBEBBBB RIIURIU (1) Kirchoffov zakon primijenjen na strujni krug kolektora (izlazni krug):

CEEBECCECBCECCCC URIRRIRIIURIU (2)

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 15

Uvrtavanjem numerikih vrijednosti u (1) i (2) dobija se:

Eliminacijom struje IC iz (3) i (4) dobija se jednadba:

Izraunajmo nekoliko toaka prednaponske krivulje:

te ih unesimo u izlazne karakteristike, IC=f(UCE).

CEBC UII 6,65,22 (3)

BC II 106,025,2 (4)

6,111065 3 BCE IU => prednaponska krivulja (5)

IB [A] 20 40 60

UCE [V] 12,9 14,2 15,5

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 16

Zatim ucrtajmo u izlazne karakteristike i pravac odreen jednadbom izlaznog kruga, (2).

odnosno ako se zanemari lan IBRE koji je puno manji od IC(RC+RE):

Pravac je jednoznano odreen s dvije toke, npr:

Za UCE=0;

Za IC=0;

EBCECECCC RIURRIU

CECECCC URRIU Jednadba statikog radnog pravca

mAkk

V

RR

UI

EC

CCC 4,3

16,5

5,22

VUU CCCE 5,22

Katedra za nanoelektroniku i fotonaponsku pretvorbu 17

UCE [V]

IC [mA]

4 8 12 16 20 UCC

UCC

RC+RE

2

ICQ=1,4

0

20 A

40 A

60 A

80 A

UCEQ=13,3

Q