Elektronika-elektronički Sklopovi 2

8/9/2019 Elektronika-elektroniki Sklopovi 2

1/68

OSNOVE ELEKTRONIKE 3. ELEKTRONIKI SKLOPOVI

A. Rezi 1

3.3.4. Spojevi tranzistora

S tri elektrode, tranzistor kaopojaalomora imati jednu zajednikuelektrodu za ulaz i izlaz. Razlikuju se tri spoja:

sa zajednikim - emiterom

- kolektorom- bazom

koji posjeduju i vrlo razliitasvojstva. Upravljakikrug tranzistorau svakom je spoju onaj izmeubaze i emitera, a radni kolektorsko-

emiterski.


2/68


A. Rezi 2

Sl. 3.19. Svojstva osnovnih spojeva tranzistora


3/68


A. Rezi 3

Na sl. 3.19. prikazuju se najjednostavnijim konfiguracijamaspojevi tranzistora s vidljivim polaritetima izvora, te ulaznim i

izlaznim stezaljkama, uz pripadna osnovna svojstva.

Spoj sa zajednikim emiterom se najee rabi, jer mu svojstvapokrivaju irokopodrujepotreba.

U spoju sa zajednikim kolektorom nedostatak je pojaanjenapona ispod jedinice, a prednost visoki ulazni i maleni izlazniotpor, to ga ini prikladnim za naponsku prilagodbu (umeustupnjevima).

U spoju sa zajednikombazom najbolje je odvojen izlaz od ulaza,pa se rabi kod visokofrekvencijskihpojaala.


4/68


A. Rezi 4

3.3.5. Emitersko sljedilo

esto primjenjivani oblik spoja sa zajednikim kolektorom(naroito u pojaalima snage i meustupnjevima) koji prikazujeslika 3.20. naziva se emitersko sljedilo.

Sl. 3.20. Emitersko sljedilo


5/68


A. Rezi 5

Primjena drugog Kirchhoffovog zakona daje

(3.54)

(3.55)Za male promjene slijedi

(3.56)

to dijeljenjem s iBpostaje

(3.57)

iBEu uuu +=

EEi Riu =

EEBEiBEu iRuuuu +=+=

E

B

E

B

BE

B

u Ri

i

i

u

i

u

+

=


6/68


A. Rezi 6

Na lijevoj strani jednadbe prepoznaje se dinamiki ulazni otporsklopa rus, dok je prvi landesne strane dinamikiotpor uzbudnog

kruga tranzistora ruvidljiv iz ulazne karakteristike (sl.2.20).Strujno pojaanjeAije prema(3.58)

priblino jednako faktoru strujnog pojaanja . Za dinamikiulazni otpor sklopa dakle vrijedi

(3.59)i moe poprimiti visoke vrijednosti (prikladno za naponsku

prilagodbu). Izlazni otpor sklopa manji je od RE. Ako se (3.56)podijeli s uu, vrijedi za naponskopojaanjesklopa

(3.60)

Naponsko pojaanje je zbog ru


7/68


A. Rezi 7

3.3.6. Darlingtonov spoj

Darlingtonov spoj dvaju tranzistora (sl. 3.21.) ima svojstva slinajednom tranzistoru sa znatno veimfaktorom strujnogpojaanja.Ako je

(3.61)

vrijedi(3.62)

Sl. 3.21. Darlingtonov spoj

2

22

1

11 ,

B

C

B

C

I

IB

I

IB ==

( )11212222 CBEBC IIBIBIBI +===


8/68


A. Rezi 8

Ukupno statiko strujno pojaanjespoja

(3.63)priblino je jednako umnoku statikih strujnih pojaanjapojedinih tranzistora. Analogno vrijedi i .Darlingtonov spoj se obinougraujeu jedno kuite,oprema s triizvoda koji se oznaujukao i kod bipolarnog tranzistora i nazivaDarlingtonov tranzistor.

Napon UBEDarlingtonovog tranzistora priblino je dvostruko veiod UBEtranzistora koji ga tvore.

Kao kod svakog direktno (galvanski) spojenog pojaala i ovdjedrift ulaznog tranzistora treba odrati to manjim.

Darlingtonov tranzistor rabi se u sluajevima potrebe velikogstrujnogpojaanja, nerijetko u izlaznim stupnjevimapojaala.

( )

21121

1

1121

1

21

1

1 BBBBB

I

IIBI

I

II

I

IB

B

BCC

B

CC

B

C

++

=++

=+

==

21


9/68


A. Rezi 9

3.3.7. Pojaalo s FET-om

Stupanj pojaalamoe se izvesti i s FET-om. Napon na ulazu jeupravljakaveliinaza G-Skrug. Radi dobivanja izlaznog napona

potrebno je u izlazni krug spojiti opteretni otpor (sl. 3.22.). Radnatoka mirovanja namjeta se naponom UGS. Visokim ulaznimotporom tranzistora ovaj stupanj je naponski prilagoen

prethodnom stupnju. Zbivanja u izlaznom krugu slina su onimakod bipolarnog tranzistora.

Sl. 3. 22. Pojaalo sa spojnim FET-om


10/68


A. Rezi 10

Vrijedi za naponsko pojaanje

(3.64)

Dinamikustrminu gmpritom treba odrediti na dinamikojulaznojkarakteristici dobivenoj sjecitima radnog pravca i izlaznihkarakteristika u I kvadrantu kako je prikazano na sl. 3.23.

m

GS

D

GS

DS

gRU

RI

U

U

A =

=

=


11/68


A. Rezi 11

Sl. 3.23. Grafiki prikaz pojaanja napona s FET-om


12/68


A. Rezi 12

Neugodan posebni izvor za definiranje radne toke mirovanjamoe se ukloniti u spoju prema sl. 3.24.

Sl. 3.24. Dobivanje automatskog prednapona


13/68


A. Rezi 13

Potreban napon UGSdobiva se padom napona IDRSna otporu RS.Kako ne tee struja upravljake elektrode G, potencijal joj je

jednak potencijalu zajedniketoke, jer nema pada napona na R1.Za pad napona IDRS pozitivniji je uvod S od zajednike toke, aupravljakaelektroda Gnegativnija za istu vrijednost od uvoda.

Opisani prednapon postigao bi se i uz R1=0, no tada bi ulaz bio

kratko spojen na zajednikutoku.Otpor R1 se izabire dostatno visok za naponsku prilagodbu

prethodnog stupnja. Ovaj nain odreivanja radne toke zove seautomatski prednapon.

FET se kao i bipolarni tranzistor moe spojiti u tri razliitekonfiguracije: zajedniki uvod, zajedniki odvod i zajednikaupravljaka elektroda. Svojstva su slina onima s bipolarnimtranzistorima.


14/68


A. Rezi 14

3.3.8 Diferencijsko pojaalo

Pojaalo kojem je izlazni napon ui razmjeran razlici (diferenciji)

dvaju ulaznih napona

(3. 65 )naziva se diferencijsko pojaalo (slika 3.25. a)

Kod idealnog diferencijskog pojaala izlazni napon ne ovisi ovrijednostima u1i u2vesamo o njihovoj razlici, dok kod realnihovisi i o zajednikom signalu uo (aritmetikoj sredini u1 i u2)

prema

( 3. 66 )gdje je Ad diferencijsko pojaanje, a Acpojaanje zajednikogsignala.

( ) dddiz uAuuAu == 21

( ) 22121

uuAuuAuAuAu cdocddi

++=+=


15/68


A. Rezi 15

Za diferencijskopojaalokoje dobro potiskuje zajednikisignal uovrijedi Ad>>Ac i iznos faktora potiskivanja (CMRR-Common

Mode Rejection Ratio)

(3.67)

je velik (u praksi se postie i preko 106, ili izraeno logaritamskipreko, 120 dB).

c

dp

A

AF =


16/68


A. Rezi 16

Sl. 3.25. a) diferencijsko pojaalob) naelna izvedba


17/68


A. Rezi 17

Prema (3.66) smetnje koje su istog iznosa na oba ulaza(ukljuujui i vlastiti drift) pojavljuju se na izlazu pojaanesamo

malenim Ac, dakle diferencijskopojaalopotiskuje takve smetnje.Kod operacijskihpojaalavrlo estose ulazni stupnjevi izvode kaodiferencijsko pojaalo, u najjednostavnijem sluaju s dvatranzistora kao na slici 3.25.b. Bolji faktor potiskivanja Fppostie

se veom vrijednou zajednikog emiterskog otpora RE iliprimjenom izvora konstantne struje umjesto RE (esto kodintegriranih pojaala). Izlazni signal moe se uzeti s bilo kojegkolektora (asimetrini izlaz, u odnosu na zajedniku toku) s

pojaanjem prema (3.66), ili se rabe prikljuci izmeu kolektora(simetriniizlaz), u kom je sluajupojaanjedvostruko vee.

Osim opisanog naponskog diferencijskog pojaala mogue je i rabise strujno diferencijsko pojaalo sa strujom kao signalom i slinimsvojstvima.


18/68


A. Rezi 18

3.3.9. Operacijsko pajaalo

Kvalitetno istosmjernopojaalosastavljeno od vie stupnjeva, vrlo

visokog naponskog pojaanja (obino >104), linearno i stabilno,poradi prvobitne primjene u analognim raunalimadobilo je nazivoperacijsko (raunsko)pojaalo.

Razvitkom tehnike od izvedbe s diskretnim elementimanapredovalo je u integrirani sklop, kako se danas iskljuivo iproizvodi, te pojavljuje kao samostalna komponenta ili u sastavudrugih integriranih sklopova. Zbog vrlo dobrih svojstava i

jeftinoemasovno se primjenjuje.

Prema sl. 3.26. u najjednostavnijoj izvedbi ima jednu zajednikutoku, dvije ulazne i izlaznu stezaljku, teprikljukenapajanja.


19/68


A. Rezi 19

Sl. 3.26. a) princip i simbol,b) prijenosna karakteristika operacijskog pojaala


20/68


A. Rezi 20

Ulazni i izlazni napon mjere se prema zajednikojtoki, koja se usimbolu izostavlja (kao i prikljuci napajanja). Izlazni napon

jednak je kod idealnog operacijskog pojaalapojaanoj razliciulaznih napona prema

(3. 68)U praksi je pojaanje A vrlo veliko (104 do 107); za idealno

pojaalobeskonano. Ulaz s oznakom (-) je invertirajui(invert =preokrenuti, obrnuti), a onaj s oznakom (+) neinvertirajui. Zbogvisokog ulaznog otpora (obino >105, za idealno pojaalo )

ulazne struje su vrlo malene, dok je izlazni otpor nizak.Kad sepojaaloponaa prema izrazu (3.68), nalazi se u aktivnom

podruju. Pritom, zbog velikog pojaanja, bilo kojem izlaznomnaponu odgovara vrlo mala razlika na ulazu.

( )+= uui UUAU


21/68


A. Rezi 21

Ako je razlika napona na ulazu izvan aktivnogpodrujaoznaenogs U na slici 3.26 b), izlaz operacijskog pojaala postaje blizak

jednom naponu napajanja, to se naziva zasienjem.

Simetrinonapajanje je najeei ostvaruje se naponima suprotnihpolariteta istih vrijednosti (npr. 15 V), a referentna toka jenjihova srednja toka.

Kod jednopolnog napajanja referentna toka je ujedno i jedanprikljuaknapajanja.

Pri simetrinom napajanju izlazni napon moe imati bilo kojipolaritet, a pri jednopolnom samo polaritet napona napajanja.


22/68


A. Rezi 22

Praktine izvedbe ne ponaaju se idealno prema izrazu (3.68).Tako za kratkospojeni ulaz, izlazni napon nije jednak nuli. Razlika

na ulazu potrebna da izlazni napon postane nula zove se ulazninapon posmaka (ulazni offset) Uoffss moguimvrijednostima oko1 V do 10 mV.

Nadalje, zajedniki napon na oba ulaza ipak rezultira nekom

izlaznom vrijednou. to je ta vrijednost manja, pojaalo imabolji faktor potiskivanja.

Veliko pojaanje vrijedi samo za niskofrekvencijske signale;prema viim frekvencijama pojaanje obino pada za 20 dB (10

puta) po dekadi (deseterostrukoj frekvenciji).


23/68


A. Rezi 23

Za ulazne razlike izvan neznatnog U operacijsko pojaalo jeanalogni komparator napona. Polaritet ulazne razlike tada odreuje

u kojem se, od dva moguapodruja zasienja, nalazi izlazninapon.

Na operacijsko pojaalo u sklopovima najee se primjenjujepovratna veza. Osim ostvarivanja vrlo razliitih zadaa, time semoepostiii vrlo visoka stabilnost parametara sklopa.

3.4. Sklopovi s povratnom vezom

U prirodi posvuda prisutna, u tehnici se povratna veza pokazalakao genijalna ideja potaknuvi razvitak sistema u teoriji i praksi.

Ostvaruje se povratkom (dijela) izlazne veliine na ulaz ime se

postiu nova svojstva.


24/68


A. Rezi 24

3.4.1. Pojaalo s povratnom vezom

Neka je napojaaloAprimijenjena povratna veza tako, da se -ti

dio izlaznog signala xiu iznosu .xivraana ulazpojaalai djelujezajedno s xu (sl. 3.27.). Koeficijent povratne veze ne mora bitikonstantna veliina, ve moe sadravati razliite funkcionalneovisnosti.

Sl. 3.27. Princip povratne veze


25/68


A. Rezi 25

Zajedniko djelovanje oznaeno je na ulazu tokom zbrajanja soznakom . Dobiven novi sklop imapojaanje

(3.69)oito razliito od pojaanja samog pojaala A koje prema sliciiznosi

(3.70)Kombinacija (3.69) i (3.70) daje

(3.71)

u

ip

xxA =

iu

i

xx

x

A +=

=

=

A

A

AAp 1

1

1


26/68


A. Rezi 26

U praksi je obino , te za sintezu dijela sklopa sa svojstvom dostaju i samo pasivni elementi.

Pozitivna povratna veza ostvaruje se uz uvjet .

Pritom jepojaanjesklopa ApveeodpojaanjapojaalaAto je uprolosti bilo vano zbog skupe jedinicepojaanja.

Sklop s pozitivnom povratnom vezom ima mana:poveavase umi osjetljivost na smetnje, naglaavaju nelinearnosti, smanjujestabilnost radne tokei irina pojasa.

Kad je .A=1, izlazi pojaanje Ap=, to uz konani xiznai da jexu= 0, dakle ulazna veliina nepotrebna, a izlazna postoji. Ako je

pritom izlazna veliina harmonika, sklop se naziva harmoniki

oscilator.

1

10,0 A


27/68


A. Rezi 27

Povratni signal .xikod oscilatora je toliki dapojaandaje ba xi,pa za xu nema potrebe. Frekvencija oscilacija je upravo ona na

kojoj se ostvaruje .

A=1.

Odravanje uvjeta .A>1dovodi do porasta izlazne amplitude xiiulaska upodrujezasienjapojaala,te odstupanja izlaznog oblikaoscilatora od harmonikog.

Negativna povratna veza nastaje uz


28/68


A. Rezi 28

Ako se negativna povratna veza primijeni napojaalovrlo visokogpojaanja A, uz zanemaren dio nazivnika u (3.71) postie se

ovisnostpojaanjasklopa Apsamo o koeficijentu povratne veze .

(3.72)

StabilnostpojaanjaAp

svodi se time na stabilnost koeficijenta ,koja se zbog pasivnih elemenata moepostiivrlo velikom.

Ovdje lei i kljuprimjene elektronike u mjernoj tehnici. Dostatnostabilna i tonapojaanjaApdobila su se tek primjenompojaalas

velikimpojaanjemA, to je po prihvatljivoj cijeni postignuto teku eripoluvodikeelektronike.

1pA


29/68


A. Rezi 29

U elektronikim sklopovima razlikuju se strujna i naponskapovratna veza ovisno o tome da li je povratna veliina razmjerna

izlaznoj struji ili naponu. Prema nainu privoenja povratnogsignala ulazu postoji serijska ili paralelna povratna veza. Zapovratnu vezu jo se ponekad susreei naziv "reakcija".

Kao primjer primjene strujne serijske povratne veze moe posluiti

stabilizacija radne toke primjenom emiterskog otpornika (sl.3.18.b). Ako iz nekog razloga (npr. porast temperature) doe doprirasta struje kolektora, porast enapon na emiteru IERE, smanjite se napon UBE, to eprouzroiti preko ulazne karakteristikemanju struju baze I

B

i preko strujnog pojaanja pad strujekolektora. Dakako, struja kolektora e porasti, ali zbog opisanogmehanizma za manju vrijednost nego da je RE=0, dakle efekt sesvodi na smanjeno pojaanje kao posljedicu negativne povratneveze. Na taj naineli se openitosmanjiti utjecaj drifta.

OS O O 3 O S O O


30/68


A. Rezi 30

U primjeru sa slike redukcija pojaanja postoji dodue za svefrekvencije pa i frekvenciju ulaznog signala, to ne mora biti

poeljno.

Stoga se esto emiterski otpornik premouje kondenzatorom CEdostatnog kapaciteta, kojim se za izmjenini signal emiter kratkospaja (1/CE>RE, kondenzator je bez efekta i povratna veza djeluje

padompojaanja.

Dakle, primjenom povratne veze moe se mijenjati frekvencijskakarakteristikapojaala.

OSNOVE ELEKTRONIKE 3 ELEKTRONIKI SKLOPOVI


31/68


A. Rezi 31

3.4.2. Sklopovi s operacijskim pojaalom

Operacijskapojaalanajeese rabe s povratnom vezom.

Kako bi se naglasili bitni odnosi, u sklopovima koji slijedepretpostavlja se idealno operacijsko pojaalo sa slijedeimosnovnim svojstvima:

-pojaanje A

- ulazni otpor R

U svim sklopovima izlazni napon tei onoj vrijednosti, kojom sepreko elemenata povratne veze ostvaruje praktina jednakostnapona na invertirajuem i neinvertirajuem ulazu, jer za izlazni

napon razliit od nule, zbog A , naponska razlika na ulazu(uu+-uu-) mora biti priblino jednaka 0.

To ne vrijedi ako jepojaalou zasienju.



32/68


A. Rezi 32

3.4.2.1. Invertirajue pojaalo

Invertirajue pojaaloili invertor prikazuje sl. 3.28.a).

Sl. 3.28. a) invertirajue, b) neinvertirajue pojaalo



33/68


A. Rezi 33

Poradi preglednosti shema, zajednika toka prema kojoj seiskazuju svi naponi oznaujese kratkom debljom linijom.

Ovisnost izlaznog napona o ulaznom trai se primjenom drugogKirchhoffovog zakona i definicijepojaanjaoperacijskogpojaala:

(3.73)

(3. 74)Eliminacijom struje idobiva se

(3.75)

Do istog rezultata moe se doii jednostavnije ako se uzme uu-0ieliminira struja iz , te .

( )0

RRiuu ui ++=

( ) ( )RiuAuuAu uuui +== +

uui uR

Ru

RA

RR

Ru

+

+= 0

0

0

Riuu 0Riui



34/68


A. Rezi 34

Pozitivnom uupripada negativan ui, porast ulaznog napona izazivapad izlaznog, harmoniki ulaz i izlaz su pomaknuti za l80.

Vano je zamijetiti dapojaanje invertirajueg pojaala

( 3. 76 )

uz dostatno visokopojaanjeoperacijskogpojaalaAovisi samo oomjeru dvaju otpora. Takoeri stabilnost pojaanjainvertirajueg

pojaalapraktiki ne ovisi uz pretpostavljene uvjete o stabilnosti

pojaanja operacijskog pojaala A, ve samo o elementima upovratnoj vezi.

R

R

u

uA

u

ip

0==



35/68


A. Rezi 35

3.4.2.2. Neinvertirajue pojaalo

Kod neinvertirajueg pojaala(sl.3.28.b) vrijedi

(3.77)

a nakon eliminacije struje

(3.78)

Neinvertirajuepojaaloprimjenjuje se kad je promjena polaritetanepoeljna (za harmonike signale kad se eli istofazni ulaz iizlaz), te kad je potreban visok ulazni otpor.

( )

( )RiuAu

RRiu

ui

i

=

+= 0

uui uR

Ru

RR

R

A

u

+

++

= 0

0

11

1



36/68


A. Rezi 36

3.4.2.3. Zbrajalo

Ve se kod invertirajuegpojaalaprimjeuje operacija kojoj je

podvrgnut ulazni napon (mnoenje konstantom). Izlazni naponrazmjeran zbroju ulaznih postie se kod sklopa s nazivom zbrajaloili sumator(sl. 3.29.).

Sl. 3.29. Zbrajalo



37/68


A. Rezi 37

Ako pojaanjeA tei , tada za konani izlazni napon ui, naponizmeu invertirajueg i neinvertirajueg ulaza tei nuli. Stoga

priblino vrijedi (3.79)Budui se struja u invertirajui ulaz zbog Rul zanemaruje,slijedi

te(3.80)

iz ega se dobiva

(3.81)

Obavlja se operacija zbrajanja gdje se ai, teinskifaktor za svaku ulaznu varijablu xinamjeta omjerom otpora R0/Ri.

00 Riui

ii

ii

0+ iiu Riu i

i iu

i R

u

Ru i

0

=i

ii xay



38/68


A. Rezi 38

3.4.2.4. Integrator

Integrator je sklop u kom je izlazni napon proporcionalanpriblinom integralu po vremenu ulaznog napona (sl. 3.30.a).

Sl. 3.30. a) integrator, b) derivator



39/68


A. Rezi 39

Prema drugom Kirchhoffovom zakonu

(3.82)i takoer prema(3.83)

(3.84)

Konstanta integracije U0 je poetni napon na kondenzatoru.Konstantni ulazni napon Uu daje izlazni linearni oblik skonstantnim gradijentom -Uu/R.C koji u praksi zavrava s

granicom bliskom naponu napajanja (zasienje).Izlazni napon iz (3.84) je to bolje razmjeran vremenskom integraluulaznog napona uu to je veepojaanje A i vea vremenskakonstanta R.C, ali je i izlazni napon tada manji.

0

1Udtu

CR

uui

+

++=++= dtiC

Riuuuuu uCRui1

( )RiuAu ui +=



40/68

OSNOV ON 3. ON S O OV

A. Rezi 40

3.4.2.5. Derivator

Kad otpornik i kondenzator zamijene mjesta dobiva se derivator,sklop koji priblino derivira ulazni signal po vremenu (sl. 3.30.b).Iz

(3.85)

(3.86)dobiva se

(3.87)

ui udtiC

Riu ++= 1

+= dtiCuAu ui

1

dt

du

CRu

u

i



41/68

A. Rezi 41

Manja vremenska konstanta uzrokuje vjerniju derivaciju, ali i niiizlazni napon.

Prema (3.87) bre promjene ulaznog signala daju vei izlazninapon od sporijih, to znai da derivator naglaava visokefrekvencije i gornju graninufrekvenciju fgmora imati visoku.

Zbog velike irine propusnog pojasa prema 1.2.4. poveava se i

izlazni um, te naglaavaju smetnje.Za razliku od njega, integrator ima nisku fgi smanjen izlazni um,te potiskuje smetnje.

U povratnoj vezi operacijskog pojaala mogu se nalaziti inelinearni elementi, pa i itavi sklopovi, ime se mogu ostvaritirazne nelinearne operacije nad ulaznim naponom.



42/68

A. Rezi 42

3.4.3. Harmoniki oscilator

Elektroniki sklop koji na temelju istosmjernog napona napajanja

samostalno generira harmonikiizlaz zove se harmonikioscilator.Nastaje ako se pri pozitivnoj povratnoj vezipojaalapojaanjaAskoeficijentom osigura vepoznati uvjet

(3.88)

Zbog A = (prema 3.4.1.), za konaan izlazni napon ulazni jenepotreban.

Kako su koeficijent i/ili pojaanje A frekvencijski zavisni,

frekvencija oscilatora bit eona pri kojoj je ostvaren uvjet .

A=1.Da bi se uvjet ostvario pri eljenoj frekvenciji, sklop se obinoizvodi frekvencijski selektivan to znai da neki parametar ilisvojstvo postie ekstremni iznos pri eljenoj frekvenciji. (npr.titrajni krug).

1=A



43/68

A. Rezi 43

LCoscilator je dobio ime po elementima koji se nalaze u povratnojvazi. Jednu izvedbu prikazuje sl. 3.31.

Harmoniki napon baze tranzistora inducira se u sekundarnojzavojnici povezanoj meuinduktivitetom M s titrajnim krugomsastavljenim od kondenzatora kapaciteta C i primarne zavojniceinduktiviteta L. Titrajni krug je troilo tranzistoru koji slui kao

pojaalo. Naponsko djelilo s otpornicima R1i R2odreujestatikuradnu toku, a kondenzator C2 ostvaruje izmjenini kratki spojspreavajui izmjenini pad napona na otporima, to bi znailonepotrebnu negativnu povratnu vezu. Kako je kolektorski napon

pomaknut za 180 prema naponu baze (zajedniki emiter!),

osiguranje pozitivne povratne veze postie se jo jednim zakretomfaze od 180 na meuinduktivitetu, na kojem su prema sl. 3.31.istofazni krajevi primara i sekundara oznaenitokama.



44/68

A. Rezi 44

Sl. 3.31. LC oscilator s bipolarnim tranzistorom

Pojava se moe promatrati i energetski. Gubitak energije utitrajnom krugu namiruje se energetskom pobudom prekotranzistora pa se oscilacije ne priguuju.Frekvencija kojom oscilator titra odreena je poznatim izrazom

(3.89 )CLf

=

2

1



45/68

A. Rezi 45

Radi ekonominosti (veliki kapaciteti i induktiviteti su skupi ivelikog obujma), LCoscilatori su obino namijenjeni generiranju

viih frekvencija. Za tvorbu niih frekvencija slue RC oscilatorikoji u krugu povratne veze imaju otpornike i kondenzatore.

Osim oscilatorima, harmoniki (i drugi) oblici danas se estosintetiziraju numerikimpostupcima.

Glavnu primjenu oscilatori nalaze u telekomunikacijama, ali sesusreui u drugimpodrujimaelektronike.

U industrijskoj primjeni esto su potrebne veevisokofrekvencijske energije koje ne mogu dati oscilatori s

tranzistorima (npr. generiranje ultrazvuka i visokofrekvencijskozagrijavanje). Tada je nuna primjena elektronskih cijevi u ulozi

pojaala, a mogue srednje snage harmonikog signala doseupritom i vie desetaka kilovata.



46/68

A. Rezi 46

Kako ne bi smetali telekomunikacijskim sustavima, moraju raditina precizno odreenim frekvencijama, ne smiju zraiti znatniju

elektromagnetsku energiju u iri okoli i moraju imati to manjanelinearna izoblienja.

Stabilnost frekvencije postie se izborom kvalitetnih komponenti,radu na stalnoj temperaturi, stabilizacijom napona napajanja te

primjenom kvarcnih kristala (vrlo stabilnih mehanikihrezonatorapobuenihelektrino).

Zatita od zraenja u okoli ostvaruje se smjetajem oscilatora uFaradayev kavez (oklapanje vodljivim povrinama).

Strogi harmoniki oblik zahtijeva se stoga, to oblik s veimodstupanjem od harmonikog ima prenaglaene vie harmonikekomponente, koje zraene u okoli mogu izazvati smetnje natelekomunikacijskim kanalima.



47/68

A. Rezi 47

3.4.4. Visokofrekvencijsko zagrijavanje

Visokofrekvencijsko (VF) induktivno zagrijavanje temelji se natoplinskim gubicima od vrtlonih struja induciranim u vodiuizloenom visokofrekvencijskom elektromagnetskom polju (sl.3.32. a).Gustoainduciranih struja Jmaksimalna je na povrini vodia(J0)

i opada s dubinom xprema

(3.90)gdje je dubina prodiranja

(3.91)ovisna o svojstvima tvari i frekvenciji.

x

eJJ

= 0

fk

=



48/68

A. Rezi 48

Visokofrekvencijsko induktivno zagrijavanje se primjenjuje utoplinskoj obradbi manjih metalnih predmeta kod frekvencija

izmeu 100 kHz i 15 MHz na meunarodno dogovorenimpojasevima. Postupak je ist, lako se automatizira i kontrolira,zagrijavani volumen je ogranienna obraivani predmet. Stupanjdjelovanja vei je za magnetine materijale poradi dodatnihgubitaka uslijed histereze, kad prelazi 70%. Maksimalne snage

ureajadoseu i 100 kW.Sl. 3.32. VF

induktivnozagrijavanje

a) principb) ovisnost gustoe

struje o dubini



49/68

A. Rezi 49

Visokofrekvencijsko dielektrino zagrijavanje rabi se u toplinskojobradi nevodljivih tvari oblika ploa ili folija: plastike, drveta,

tkanine, papira, gume, duhana... .Kad se izolator izloi djelovanju VF polja, zbog izmjeninepolarizacije i s tim povezanih unutranjih gubitaka dolazi dozagrijavanja. Svaki realni kondenzator kojim protjee izmjeninastruja zagrijava se, te se moe predoiti kao ekvivalentni spoj

idealnog kondenzatora i otpora (sl. 3.33.a).

Sl. 3.33. a) realni kondenzator i njegov ekvivalentb) pripadni vektorski prikaz c) dielektrino zagrijavanje



50/68

A. Rezi 50

Iz vektorskog prikaza prema sl. 3.33.b) slijedi

(3.92)

Snaga toplinskih gubitaka

( 3. 93 )ovisi o svojstvima materijala (budui tg ovisi o materijalu) iparametrima ureaja. Kut gubitaka tg odreen je vrstommaterijala koji se toplinski tretira i njegovim stanjem. Generiranatoplina moe se upravljati naponom, frekvencijom i razmakom

ploa. Uslijed kvadratine ovisnosti upravljanje naponom jenajefikasnije, ali je potreban oprez zbog opasnosti od proboja.Primjenjuju se frekvencije izmeu 1 i 200 MHz. Na viimfrekvencijama oklapanju treba obratiti veupozornost.

CR

C

U

R

U

I

Itg

C

R

=

==

1

1

tgCUR

UP == 2

2



51/68

A. Rezi 51

3.5. Sklopovi s prekidakim djelovanjem

Sklopovima s prekidakim djelovanjem zovemo sklopove u

kojima se poluvodiki elementi koriste samo u dva naponsko-strujna stanja: stanje nevoenja(zapiranja) i stanje punog voenja(zasienja). Tada se djelovanje poluvodikogelementa u strujnomkrugu moe usporediti s djelovanjem mehanikesklopke spojene u

iste tokestrujnog kruga.Sklopovi s prekidakim djelovanjem koriste se u:

1) Digitalnoj elektronici gdje se s pomou tranzistorskih sklopkimijenja logikostanje signala (tema 4.3.).

2) Energetskoj elektronici, i to u sklopovima za upravljanjesnagom i pretvorbu oblika energije.



52/68

A. Rezi 52

Tako postoje:

a) Ispravljai: pretvornici izmjenine u istosmjernu snagu. Osimdiodnih ispravljaa(tema 3.1.) postoje i ispravljais mogunoupromjene izlaznog napona, a i tzv. reverzibilni ispravljai, kodkojih se moe mijenjati polaritet izlaznog napona.

b) Invertori (nazivaju se i izmjenjivai ili DC/ACpretvornici), supretvornici istosmjerne snage u izmjeninu. Zbog vieg faktoraiskoritenja esto se koriste generatori pravokutnog napona(umjesto harmonikihoscilatora).

c) Izmjenini pretvorntci (pretvornici AC/AC) pretvarajuizmjenininapon jednog iznosa i frekvencije u izmjenini napondrugog iznosa i/ili frekvencije.



53/68

A. Rezi 53

d) Istosmjerni pretvornici (pretvornici DC/DC) pretvarajuistosmjerni napon jednog iznosa u istosmjerni napon drugog

iznosa. Kako promjena istosmjernog napona s pomou djelilanapona uzrokuje znatne gubitke snage, estose koristi pretvaranjeistosmjernog napona u izmjenini(jer se lako transformira) koji sezatim ispravlja.

U ovom poglavlju ese razmatrati primjena tranzistora i tiristorakao sklopke s naglaskom na primjene u energetskoj elektronici. Pritome se neeobjanjavati sve probleme vezane za realizaciju ovihsklopova veeteite biti na razumijevanju osnovnih naela.

Iako su u energetskoj elektronici troila esto induktivna (npr.motori), ovdje e se razmatrati najjednostavniji sluaj, a to je kad

je troilo otpornik.



54/68

A. Rezi 54

3.5.1. Tranzistorske sklopke

Slika 3.34. prikazuje upravljanje troilom (istosmjernim motorom)

s pomou a) mehanike sklopke, b) bipolarnog tranzistora, i c)MOSFET- a.

Sl. 3.34. Tranzistori kao zamjena za sklopku

Slika 3.35. prikazuje izlaznu karakteristiku bipolarnog tranzistora.Preko te karakteristike ucrtan ja radni pravac, koji opisuje izvorUbati troilo otpora RT, u skladu s razmatranjem iz teme 1.2.2.



55/68

A. Rezi 55

U sluaju primjene mehanike sklopke radna toka nalazila bi seili u tokiA'(sklopka ukljuena) ili u tokiB'(sklopka iskljuena).U ukljuenom stanju kroz troilo tee struja IT=Ubat/RT, dok uiskljuenomstanju struja je jednaka nuli.

Sl. 3.35.Odreivanje

radne toketranzistorskesklopke



56/68

A. Rezi 56

Kod primjene tranzistora radna toka se odreuje na presjecituradnog pravca i trenutne karakteristike tranzistora (ovisno o struji

baze), odnosno prema izrazu: (3.94)

uz uvjet: , gdje je .Sa slike se vidi da se izborom struje baze moe radna toka

postaviti bilo gdje izmeu krajnjih toaka A i B. Kod radatranzistora kao sklopke koriste se te dvije krajnje radne toke.Da bi se nali u toki A (sklopka ukljuena) potrebno je dovestitakvu struju baze da tranzistor ue u zasienje. Minimalna

potrebna struja (IBminna slici 3.35.) moe se izraziti kao:

(3.95)

BCT IBII ==

maxCC II Ui.

+= 1

2

0 1

R

RUU

Zi



66/68

A. Rezi 66

Treba osigurati da periode nabijanja i izbijanja zavojnice uzrokujuto manju valovitost na izlaznom naponu. To ebiti uz uvjet da je

perioda T znatno kraa od reciprone vrijednosti rezonantnefrekvencije LCkruga:

(3.97)Ako tranzistor T1 u ulozi sklopke, ima male gubitke (mali napon

zasienja i male dinamike gubitke) moe se oekivati visokstupanj djelovanja (70... 90%) jer zavojnica i kondenzator sluesamo kao spremnici energije.

TCL >>2



67/68

A. Rezi 67

Potrebne dimenzije zavojnice su manje to je radna frekvencijavia pa se radna frekvencija (f = 1/T) projektira u rasponu 20 - 300

kHz, pri emu tranzistor, dioda, zavojnica i kondenzator trebajuimati male gubitke na toj frekvenciji.

Zbog malih dimenzija i visokog faktora iskoritenja uz irokraspon optereenjai ulaznog napona,prekidakiizvori se sve vie

koriste i potiskuju klasine (statike) stabilizatore. Sviniskoenergetski krugovi (Zenerova dioda,pojaaloi PWM) izvodese u jednom integriranom sklopu.

Ovakav regulator moe se shvatiti kao pretvornik istosmjernognapona jednog iznosa u istosmjerni napon drugog iznosa, tj.pretvornik istosmjerno / istosmjerno (DC/DCconverter).



68/68

Slini spojevi omoguuju dobivanje negativnih napona izpozitivnih, zatim dobivanje izlaznog napona vieg iznosa od

ulaznog, te istodobno dobivanje vie razliitihizlaznih napona. Pritome se umjesto zavojnice obinokoristi transformator. Ako se nasekundaru takvog transformatora izmjenini napon ne ispravlja,sklop ima funkciju pretvornika istosmjerno / izmjenino(DC / ACconverter), dakle funkciju suprotnu ispravljaima.

Documents

Elektronika-elektronički Sklopovi 2