đite na kolokvijum MNOOOOGO JE LAKŠE!leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2016-17/EKM i ELE... · 9 15. novembar 2016. Jednostepeni MOSFET poja čava či 100 0 0

1

Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO

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

Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%

Kolokvijum I (26.11.2016.) 50% 20%

Kolokvijum II (21.01.2017.) 50% 20%

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

120% 60%

22. Novembar 2016. 1Uvod

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

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

2

Jednostepeni pojačavači sa BJT

3

Osnovi elektronike

22. novembar 2016. 3Uvod

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

Najzad da vidimo od čega se sastoji, kako radi, kako se pravi pojačavač?

415. novembar 2016. Jednostepeni MOSFET pojačavači

Osnovne osobine MOS tranzistora

Sadržaj:1. Uvod

Poređenje 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 µµµµ

β/

)1(

CB

A

CEV

v

SC

ii

V

veIi T

BE

=

+=

karakteristike



Ω<≈=<Ω

⋅≅≅

−

=

MI

V

I

Vrk

xx

Vv

Ig

DD

Ao

tGS

Dm

175

10

[mA/V] 10V1.0

mA

)(2

1

Ω<≈=<Ω

⋅≅≅=

MI

V

I

Vrk

xx

V

Ig

CC

Ao

T

Cm

1100

10

[mA/V] 400.025V

mA

malosignalni model


[GHz] 10)(2

⋅≅+

= xCC

gf

gdgs

mT

πTMOS

mT fx

CC

gf <⋅≅

+= [GHz] 10

)(2 µππ


VF



Osnovna konfiguracija


100

00

BJTMOS

AA ≅


Prenosna karakteristika

pojačanje

1015. novembar 2016. 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 (ββββ) 5. Analiza za male signale ( ravna amplitudska, na SF)

• Pojačanje • 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) i to tako što:a) Zamenimo sve sve poluprovodničke komponente

dinamičkim modelima



male signale (kako mali signali „vide“ pojedinekomponente) i to tako što:b) Kratkospojimo DC izvore konstantnog napona

c) Uklonimo DC izvore konstantne struje




male signale (kako mali signali „vide“ pojedinekomponente) i to tako što:d) Svi elementi neophodni za DC polarizaciju tranzistora

ulaze u kolo pojačavača

B) Odredimo iz ekvivalentne šeme pojačavačaNaponsko pojačanjeUlaznu otpornostIzlaznu otpornost




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

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

iu

RR

RA

RR

R

v

v

v

vA 0

genu

u

gen

u

gen

genu

uu

RR

R

v

v

vRR

Rv

+=

+=


Analiza za male signam

Odredimo ukupno pojačanje

+

+==

genu

u

ip

p

gen

u

gen

iu

RR

RA

RR

R

v

v

v

vA 0

Analiza se nastavlja zamenom izraza za Ao, Ru i Ri za 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. Ulazna otpornostii. Pojačanjeiii. Izlazna otpornostiv. Analiza u frekvencijskom domenu


Pojačavač sa zajedničkim emitorom

1) Princip rada:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZE

Ulaz – iB , vBE

Izlaz – iC, vCE

Faktor strujnog pojačanja h21E=ic/ibza 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)



1) 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/ibza VCE= const. = VCEM



Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

1) Princip rada:• Tranzistor radi u aktivnom režimu:

– Emitorski spoj direktno polarisan– Kolektorski spoj inverzno polarisan

VCEsat=0.2V<VCE<VCC

IC=βIB

IB

VBE=0.7V

VBC<0V

Neophodna pretpolarizacija – jednosmerna (mirna) radna tačka


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


IC=βIB

IB

VBE=0.7V

1) Princip rada: DC polarizacija da bi BJT radio u aktivnom režimu

VCE

BR

BEVBBVII BМB

−==

BMIII CMC ββββ==

CRCMIVVV CCCEMCE −==


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


ICM=βIBM

IBM

VBE=0.7V VCEM

B

R

BEV

BBV

II BМB

−==

ICM=ββββIBM

iB=IBM=60µµµµAM

Nagib

-1/RC=1/1kΩ

4mA

0mA

8mA

10mA

ICM=6mA

( )VkmACRCMIVV

VV

CCCE

CEMCE

41610 =Ω⋅−=

−=

=BMIII CMC ββββ==

( )mAA 660100 =⋅= µµµµ

1) Princip rada: DC polarizacija da bi BJT radio u aktivnom režimu

( )Aµ60 =

VCEM


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


iB=ib+IBM

M

Nagib

-1/RC

iC=ic+ICM

vCE=vce+VCEM+-

4mA

0mA

8mA

10mA

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

4mA

0mA

8mA

10mA

( )( )( )tVV

ktmAVCRCiVv

CRCiCRCMIVvCRCiVv

CMCE

CCCE

CCCE

ωωωω

ωωωω

sin)2(4

1sin)2(4

−=

Ω⋅−=

−=

−−=

−=

tAAi

tIIi

B

BmBМB

ωωωωµµµµµµµµ

ωωωω

sin)20(60

sin

+=

+=

tmAmAi

tAmAi

tCmIIi

tBmIhIi

C

C

CMC

ECMC

ωωωω

ωωωωµµµµ

ωωωω

ωωωω

sin)2(6

sin)20(1006

sin

sin21

+=

⋅+=

+=

⋅+=

iB[µA]ic[mA]

vb=VB sinωt

24

4mA

0mA

8mA

10mA


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


iB=ib+IBM

Nagib

-1/RC

iC=ic+ICM

vCE=vce+VCEM

4mA

0mA

8mA

10mA

+-

1) Princip rada:• Pojačavač struje

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=ib+IBM

Nagib

-1/RC

iC=ic+ICM

vCE=vce+VCEM

4mA

0mA

8mA

10mA

+-


M

Pojačanje struje u konkretnom slučaju iznosi

10040

4

4080

48==

−

−=

∆

∆==

= A

mA

AA

mAmA

Bi

Ci

i

iA

ConstVb

cs

CE µµµ


Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0


iB=ib+IBM

Nagib

-1/RC

iC=ic+ICM

vCE=vce+VCEM

4mA

0mA

8mA

10mA

+-


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=ib+IBM

Nagib

-1/RC

iC=ic+ICM

vCE=vce+VCEM

4mA

0mA

8mA

10mA

+-


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



2) 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

15.11.2016


RB2

12

RC1

2

VCC

12

Q1

RB1

12

0


2) DC polarizacija

IB

IC

VBE

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


2) 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

Faza?



2) DC polarizacija – analiza: zamenimo tranzistor modelom za velike signale

B

R

BEV

BBV

IB

−=

BIIC β= C

RC

IVV CCCE −=

Na kraju treba proveriti da li je BC spoj inverzno polarisan (VBC=VBE-VCE<0 zaNPN).

VBB

12

RB1 2

RC

12

VCC

12

0

IB

IC

VBE

VCE

βIB

0

RB1 2 VCC

12

RC

12

1 2

VBB

12

IB

IC

VCE

βIB

VBE



2) DC polarizacija

Nije dovoljno samo da tranzistor radi u aktivnom režimu.

Treba obezbediti:

Što veći opseg izlaznog napona (do ulaska u zasićenje ili zakočenje) naročito kod pojačavača velikih signala



2) DC polarizacija

Što veći opseg izlaznog napona (do ulaska u zasićenje ili zakočenje)

Da bi se obezbedionajveći opseg promene izlaznog napona (od zasićenja do zakočenja) najbolje je da VCEM=VCC/2

IC

VCE

IBMM

ICM

VCCVCC/2

Zapravo nešto manje od VCC/2

34

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

VBE



3) Odnosi snaga

VCE

IC= Rp

Najjednostavniji slučaj RC=Rp

Trenutna snaga na Rp22

)( cCMpCpp

R iIRiRp +==

Srednja snaga na Rp22

CeffpCMpp

R IRIRP +=

Prvi član odgovara struji u mirnoj radnoj tački (DC), a drugi potiče od efektivne vrednosti struje kroz RC = Rp.

CMcpcCCMpp

R IiRiRIRp 222

++=

2

0 minminCMp

izap

Rp

R IRPPc

===



3) Odnosi snaga

Trenutna snaga na tranzistoru

2)( CCCCCCCCCCT

CCEBBECCET

iRiViiRVp

ivivivp

−=−=

≈+=

Srednja snaga (disipacija) na tranzistoru

CRCCdT PPPP −==

Na tranzistoru se troši najveća snaga u odsustvu signala

CMCEMCMCMCCCT

CMCCMCCCMpCCRCCT

IVIIRVP

IRIVIRPPPPC

=−=

−=−=−=

)(max

22

max min

0



Pojačavač sa zajedničkim sorsom

3) Odnosi snaga

Stepen iskorišćenja u odsustvu signala

%50

/2VV za

1

CCCEM

=

=

−=−

=

−=

−==

η

η

η

η

CC

CEM

CC

CEMCC

CMCC

CMCEMCMCC

CC

dCC

CC

pR

V

V

V

VV

IV

IVIV

P

PP

P

P




4) Stabilnost

Nestabilnost dolazi do izražaja usled:

• tolerancija procesa proizvodnje tranzistora• β β β β za isti tip tranzistora razlikuje se i više od 100% (npr za BC107b 200<ββββ<450)

• promena radne temperature



4) Stabilnost

Za BJT GENERALNO VAŽI

•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.



4) Stabilnost

Nestabilnost usled:

Q1

VBB

12

RC

12

VCC1

2RB

1 2

0

IB

IC

VB

E

• tolerancija procesa proizvodnje tranzistora

6V 10V

VCE

IC

5mAIB=50µA

β=100M1

10mAIB=50µA

2V

β=200M2

Čak i ako bi se obezbedila konstantna struja IB, promene ββββ pri zameni BJT mogu da izazovu značajne promene struje IC i VCE.


Pojačavač sa zajedničkim emitoromQ1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VB

E

Nestabilnost usled:•promena radne temperature T1 < T2

IB=0.7mA

IB=0.6mA

IB=0.5mA

IB=0.4mA

IB=0.3mA

IB=0.2mA

IB=0.1mAIB=0mA

IB=0.7mAIB=0.6mA

IB=0.5mA

IB=0.4mAIB=0.3mAIB=0.2mA

IB=0.1mAIB=0mA

60

50

40

30

20

10

161412108642

IC(mA)

VCE(V)

Pd Pdmax=350mW

Pdmax=380mW

4) Stabilnost

Pdmax=ICVCE



VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VB

E

IB=0.4mAIB=0.4mA

60

50

40

30

20

10

161412108642

IC(mA)

VCE(V)

Pdmax=350mW

Pdmax=380mW

• Značaj izbora mirne radne tačke

!!!M iznad Pdmax!!!

M

VCEM>VCC /2

4) Stabilnost



VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VB

E

IB=0.5mAIB=0.5mA

60

50

40

30

20

10

161412108642

IC(mA)

VCE(V)

Pdmax=350mW

Pdmax=380mWM ispod Pdmax

M


4) Stabilnost



4) Stabilnost

Nestabilnost usled promene temperature:

0.65V 0.7V

600

500

400

300

200

100

VBE(V)

IB(µµµµA)

• T2 > T1, radna tačka se pomera iz M1 u M2• napon se menja za ∆∆∆∆VBE, a struja za ∆∆∆∆IB

T2 T1Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

M1

M2

∆∆∆∆IB

∆∆∆∆VBE



4) 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

BEBBB

R

VVI

−= 0)1( CBC III ββ ++=

00 )1()1( C

B

BE

B

BBC

B

BEBBC I

R

V

R

VI

R

VVI βββββ ++−=++

−=

IC zavisi od ββββ,

VBE i IC0



Faktori nestabilnostiQ1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

0

1

C

C

I

IS

∂

∂=

BE

C

V

IS

∂

∂=2 β∂

∂= CI

S3

β+= 11SBR

Sβ

−=2B

BBCE

B

BE

B

BB

R

VI

R

V

R

VS ≅+−= 03

0)1( C

B

BE

B

BBC I

R

V

R

VI βββ ++−=

β∆+∆+∆=∆ 3201 SVSISI BECC

4) Stabilnost



Faktori nestabilnosti

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

(A/A) 10011 ≈+= βS

(A/V) 10 3

2

−−≈−=BR

Sβ

(A) 10 4

03

−≈≅+−=B

BBC

B

BE

B

BB

R

VI

R

V

R

VS

β∆+∆+∆=∆ 3201 SVSISI BECC

Za RB=30k, VBB=12V, ββββ=50: S1=51, S2=-1,7mA/V, S3=0.4mAZa ∆∆∆∆T=50oC => ∆∆∆∆IC0=32nA, ∆∆∆∆VBE=-0.125V, ∆∆∆∆ββββ= 25

10,2mAmA10mA2,0μA6,1 ≅++=∆ CI

4) Stabilnost


Q1

RE

12

RB1

12

0

RC

12

RB2

12

VCC

12


IB

IC

VBE

VCE

Kako smanjiti temperaturskunestabilnost radne tačke?

Na red sa emitorom vezati otpornik RE.

Šta se dešava?

T , IB , IC , IE , a onda

IE

VE , VBE , IB , IC

4) Stabilnost

Sa RE pojačavač stabilniji!



[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 ββββ puta brže (zašto?) ] => [raste VE (zašto?)]

[VBE se smanjuje (zašto?)] => [ IB se smanjuje (zašto?)]



Stabilizacija emitorskim otpornikom !!!

RE

12

VCC1

2

RC

12

Q1

RB1

12

0

RB2

12

RC

12

VCC

12

VBB1

2

RE

12

Q1

RB1 2

0

21

21

21

2

BR

BR

BR

BR

R

V

BR

BR

BR

V

B

CCBB

+=

+=

≡

4) Stabilnost

Za one koji žele

da nauče više



Da bi IE, a time i IC,

što manje zavisilo

od VBE, potrebno je

VBB>>VBE , a da ne bi

zavislo od ββββ treba

RE>>RB/(1+ββββ)

RC

12

VCC

12

VBB

12

RE

12

Q1

RB1 2

0

)1/(

1

β

β

++

−=

+=

BE

BEBBE

EB

RR

VVI

II

0=−−− EEBEBBBB RIVRIV

IB

IE

VBE

Dalje

4) Stabilnost



4) Stabilnost Nestabilnost usled promene temperature:

0.65V 0.7V

600

500

400

300

200

100

VBE(V)

IB(µµµµA)

• T2 > T1, radna tačka se pomera iz M1 u M2• napon se menja za ∆∆∆∆VBE, a struja za ∆∆∆∆IB

mnogo manje nego bez RE !!!

T2 T1

M1

M2

∆∆∆∆IB

∆∆∆∆VBE

RC

12

VCC

12

VBB

12 RE

12

Q1

RB1 2

0



Postoji ograničenje u VBB:

RCIC treba da bude što veće da bi naponsko

pojačanje bilo veće.

Ako VBB raste, opseg napona na RC se smanjuje.

0=−+−− BBBBCBCCCC VRIVRIV

RC

12

VCC

12

VBB

12

RE

12

Q1

RB1 2

0

IB

IE

VBE

BBBBCBCCCC VRIVVRI −+−=

4) Stabilnost

Za one koji žele

da nauče više



Da bi se što više približili ovim kontradiktornim

zahtevima bira se da je

VBB oko VCC/3

VCB oko VCC/3

RCIC oko VCC/3.

To podrazumeva da je pad napona na RB zanemariv.

IB je reda µµµµA, na otporniku od 100k, pad napona x0.1V

RC

12

VCC

12

VBB

12

RE

12

Q1

RB1 2

0

IB

VCC/3

VCC/3ICVCC/3

4) Stabilnost

Za one koji žele

da nauče više



Za RE>>RB/(1+ββββ)

IE ne zavisi od ββββ !!!

RC

12

VCC

12

VBB

12

RE

12

Q1

RB1 2

0

E

BEBB

BE

BEBBE

R

VV

RR

VVI

−≈

++

−=

)1/( β

IB

IE

VBE

Ovo znači da IB može da se zanemari

u odnosu na struju kroz naponski razdelnik.

Obično se bira da struja kroz razdelnik bude (0.1 do 1)IE

RE

12

VCC

12

RC

12

Q1

RB1

12

0

RB2

12

4) Stabilnost

Za one koji žele

da nauče više


Q1

RE

12

RB1

12

0

RC

12

RB2

12

VCC

12


IB

IC

VBE

VCE

IE

Faktori nestabilnosti

0

1

C

C

I

IS

∂

∂=

BE

C

V

IS

∂

∂=2

β∂

∂= CI

S3

EB

CEEB

EB

BE

EB

BBC

RR

IRR

RR

V

RR

VI

)1(

)1)((

)1()1(

0

β

β

ββ

ββ

++

+++

++−

++=

4) Stabilnost

Za one koji žele

da nauče više


Q1

RE

12

RB1

12

0

RC

12

RB21

2

VCC

12


IB

IC

VBE

VCE

IE

EB

E

RR

RS

++

+=

ββ

1

11

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

β+= 11S17≈ 51=

Za RB1=8.3k, RB2=6.2k, (RB=3k), RE=150ΩΩΩΩ, ββββ= 50

4) Stabilnost

Za one koji žele

da nauče više


Q1

RE

12

RB1

12

0

RC1

2

RB2

12

VCC

12


IB

IC

VBE

VCE

IE

EB RRS

)1(2

β

β

++−=

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

BRS

β−=2

3105 −⋅≈ 31017 −⋅=


4) Stabilnost

Za one koji žele

da nauče više


Q1

RE

12

RB1

12

0

RC

12

RB2

12

VCC

12


IB

IC

VBE

VCE

IE

[ ]

[ ]23

2

03

)1(

))((

)1(

)()(

EB

EBBEBB

EB

CBBEBBEB

RR

RRVVS

RR

IRVVRRS

β

β

++

+−≈

++

+−+=

Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

B

BB

R

VS ≅3

31013,0 −⋅≈ 3107,1 −⋅≈


4) Stabilnost

Za one koji žele

da nauče više



Q1

VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VBE

mA4≈∆ CI

Za ∆∆∆∆T=50oC => ∆∆∆∆IC0=32nA, ∆∆∆∆VBE=-0.125V, ∆∆∆∆ββββ= 25

mA 54≈∆ CI

Q1

RE

12

RB1

12

0

RC

12

RB2

12

VCC

12

4) Stabilnost


RE

12

VCC

12

RC

12

Q1

RB1

12

0

RB2

12


Projektovati kolo (odrediti vrednosti elemenata kola) za polarizaciju pojačavača sa slike tako da je IEM=1mA, kada je VCC=12V. Upotrebiti tranzistor sa ββββ=100, VBE=0.7V.

IB

IC

VBE

Ω==+ kI

VRR

E

CCBB 120

1.021

VCEΩ== k

EI

V

ER E 3.3

Usvoji se VB =1/3 VCC = 4V.

Tada je VE=4-VBE=3.3V

IE

VB

Usvoji se struja kroz razdelnik

0.1IE =0.1mA:VE

4) Stabilnost - sinteza

Za one koji žele

da nauče više



V421

2 =+

CC

BB

B VRR

R

Proverimo vrednost za IE :

RE

12

VCC

12

RC

12

Q1

RB1

12

0

RB2

12

IB

IC

VBE

VCE

IE

VB

Sada može da se koriguje RE =3k, čime se dobija IE=1.01mA,

što je bliže projektnom zahtevu.

Ω=Ω⋅=⇒ kkRB 40120V12

V4 2

Ω=Ω−Ω=⇒ kkkRB 8040120 1

mAkkRR

VVI

BE

BEBBE 93.0

2667.03.3

7.04

)1/(=

+

−=

++

−=

β

Ω==⇒ kRR

RRR

BB

BBB 67.26

21

21


Za one koji žele

da nauče više



4k ,k8 ,k121

42121 Ω=Ω=Ω==+ BBBB RR

mA

VRR

Alternativno može za struju razdelnika

da se izabere vrednost jednaka IE (veća

potrošnja, manja ulazna otpornost).

U tom slučaju (2) biće:

RE

12

VCC

12

RC

12

Q1

RB1

12

0

RB2

12

IB

IC

VBE

VCE

IE

VB

To znači da nema potrebe da se (u slučaju 2) koriguje RE .

mAmAkkRR

VVI

BE

BEBBE 199.0

02667.03.3

7.04

)1/(≈=

+

−=

++

−=

β


Za one koji žele

da nauče više



199.01001

100

1mAIIIIII EEEEEC =≈=

+=

+==

β

βα

Konačno, treba odrediti još

vrednost za RC:RE

12

VCC

12

RC

12

Q1

RB1

12

0

RB2

12

IB

IC

VBE

VCE

IE

VB

41

43/Ω=== k

mA

V

I

VR

C

CCC

Vrednost RC ne zavisi od ββββ niti drugih parametara tranzistora


Za one koji žele

da nauče više



Domaći 7.0 (fakultativno):

Za oba slučaja iz prethodnog

primera izračunati

očekivanu promenu struje IE

ukoliko se ββββ promeni od 50

do 150.

Iskazati promenu u

procentima u odnosu na

nominalni slučaj IE=1mA i

ββββ=100.

RE

12

VCC

12

RC

12

Q1

RB1

12

0

RB2

12

IB

IC

VBE

VCE

IE

VB

Rešenje:

Slučaj 1: 0.94mA< IE <1.04mA, 10%

Slučaj 2: 0.984mA< IE <0.995mA, 1.1%


Za one koji žele

da nauče više


Q1

R

Q2


4) Stabilnost – preko izvora konstantne struje(ima veliku unutrašnju otpornost za AC)

IB

IC

VBE

VCE

IE

R

VVVI BEEECC

REF

−−−=

)(VCC

-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


5) 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


5) Analiza za male signale - za slučaj polarizacije preko izvora konstantne strujeGeneratore 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


5) Analiza za male signale 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).



5) Analiza za male signale 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!!!



5) Analiza za male signale

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

uu

i

Ri

vR

?=

∞→

≡

p

u

io

Rv

vA

?

0

=

=

≡

u

i

ii

vi

vR




Otpornost pojačavača

Otpornost tranzistora

UlaznaRu

IzlaznaRi

UlaznaRut

IzlaznaRit

0

Q1

RpRB

Vg

Rg

RC


12

0

Ig Rg

12

Rp

121

2



Asoiu

RiRu

iu

vu

ii

vi

Pojačavač struje

Za one koji žele da nauče više


12

0

Ig Rg

12

Rp

121

2



ASSiu

RiRu

iu

vu

ii

vi

Pojačavač struje

?

0

0

=

=

=≡

i

pu

uu

v

Ri

vR

?

0

0

=

=

=≡

i

pu

iSS

v

Ri

iA

?

0

=

=

≡

u

i

ii

vi

vR





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 (16)“



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

iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

viRC

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

eC

u

uei

CueCbei

vRh

hR

R

vhv

RihRihv

11

2121

2121

−=−=

−≈−=

Ru=?

Ri=?

Ao=?Aovu

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

C

e

e

u

u

io R

h

h

iv

vA

11

21

0

−=

=

=


h11

Rg

Vg

ic=h21 ib

0

RpRB

RC

h11e

h21eib



iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

vi

eBeu

Be

BeBe

u

uu

hRhR

Rh

RhRh

i

vR

1111

11

1111

za >>≈

+===

eBub

u

Be

Bb

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

h21eib


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



5) 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:


h11

Rg

Vg

ic=h21 ib

0

RpRB

RC

h11e

h21eib



iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

vi

eB

Beu

eB

B

u

e

u

be

p

u

cSS

hR

Rhi

hR

R

i

h

i

ih

Ri

iA

11

21

11

2121

0+

=+

==

=

=



h11

Rg

Vg

ic=h21 ib

0

RpRB

RC

h11e

h21eib



iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

vi

Ru=h11e

Ri=

Ass=

RC

h21eRB/(RB+h11e)

eBeeB

BeSS hRh

hR

RhA 1121

11

21 za >>≈+

=

Assiu

0

12

12



12

Vg

0

Rg12 12

Rp

12



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 izvoraVideti 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

eu v

Rh

hv

+=

11

11

Pojačanje opterećenog pojačavača pobuđenog iz realnog izvora


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




5) Analiza za male signale – zamena hibridnim ππππ-modelom

iu

vu

ib

ic

vc

ii

viRC

12

Rp

12

Vg RB

12

12 1

2

Rg12

0

vππππ ro

gmvππππ

rππππ

uvv =π )( Comi Rrvgv π−=

CmComi

u

io RgRrg

v

v

v

vA −≅−=== )(

π

Za one koji žele

da nauče više


RC

12

Rp

12

Vg RB

12

12 1

2

Rg12

0


e) Analiza za male signale – zamena hibridnim ππππ-modelom

iu

vu

ib

ic

vc

ii

vi

vππππ ro

gmvππππ

rππππ

za ππ

π

ππ rRr

Rr

RrRr

i

vR B

B

BB

u

uu >>≈

+===

Ru

Za one koji žele

da nauče više




iu

vu

ib

ic

vc

ii

viRC

12

Rp

12

Vg RB

12

12 1

2

Rg12

0

vππππ ro

gmvππππ

rππππ

CCoi RRrR ≅=

Ri

Za one koji žele

da nauče više


RC

12

Rp

12

RB

12

12 1

2

Rg12

0

iu

vu

ib

ic

vc

ii

vi

vππππ ro

gmvππππ

rππππ


e) Analiza za male signale – zamena hibridnim ππππ-modelom

0

12

12

Ru=rππππ

Ri=RC

Ao=-gmRc

Aovuvu

Za one koji žele

da nauče više




vu

ib

ic

vc

ii

viRC

12

Rp

12

Vg RB

12

12 1

2

Rg12

0

vππππ ro

gmvππππ

rππππ

π

π

π

π

ππ rgrR

rRgi

rR

rR

i

g

i

vg

Ri

iA m

B

Bmu

B

B

u

m

u

m

p

u

cSS ≅

+=

+==

=

=

0

iu





12

Vg

0

Rg12 12

Rp

12

iu

vu

ip

vp

Ru=rππππ

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 kΩΩΩΩ) dobro je da se pobuđuju generatorima male izlazne otpornosti.

Usled konačne izlazne otpornosti (x10kΩΩΩΩ) povoljan je za pobudu potrošača sa što većom otpornošću.

πrhR eu ≅≅ 11

Ci RR ≅



5) Analiza za male signale –zamena h-parametrima

iu

vu

ib

vb

ic

vc

ii

viRC

12

Rp

12

Vg RB

12

12

12

Rg12

0

h11e

h12evc

h21eib

h22e

Izrazi izvedeni na osnovu kompletnog modela sa h-parametrima i kompletnog hibridnog ππππ-modela

dati su u knjizi


95

Domaći 7.1:Izračunati napon na potrošaču od Rp=8ΩΩΩΩ ako je pobuđen iz

generatora Vg=10mV i Rg=600ΩΩΩΩ u slučaju da je povezan preko pojačavača sa zajedničkim emitorom čiji su parametri: RC=5k, RB=100k, h11E=1k, h12E=0, h21E=100, h22E=0;

Pojačavač sa zajedničkim kolektorom

22. novembar 2016. Jednostepeni pojačavači sa BJT96




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



e) Analiza za male signale


Vg

Q1

Cs

RE

Rp

RB2

VCC

Cs

RC

Rg

0

Cs

RB1


)( 2111

21

Eee

Ce

u

io

Rhh

Rh

v

vA

+−≅=

C

i

ii R

i

vR ==

)( ; 2111 EeeututB

u

uu RhhRRR

i

vR +===

iu

vu

Za RE=0, dobijaju se izrazi za klasični pojačavač sa ZE.

Znači: Ao smanjenoRu povećanoRi ostalo isto

ii

vi



e) Analiza za male signale



)( 2111

21

Eee

Ce

u

io

Rhh

Rh

v

vA

+−≅=

C

i

ii R

i

vR ==

)( ; 2111 EeeututB

u

uu RhhRRR

i

vR +===

iu

vu

Za RE=0, dobijaju se izrazi za klasični pojačavač sa ZE.

Znači: Ao smanjenoRu povećanoRi ostalo isto

ii

vi



e) Analiza za male signale - otpornost u emitoru



e) Analiza za male signale - otpornost u emitoru



5) Analiza za male signale - otpornost u emitoru

Uticaj RE na osobine pojačavača sa ZE može se analizirati primenom ma kog od malosignalnih modela (h- parametri, hibridni ππππ-model, T-model),

ali je najzgodniji T-model)

RB

12

RE

12

0

12

RC

12

12Vg

Rg12

Rp

12

gmvππππrππππ



gmvbe

revbe

ib

ic

ie

Pojačavač sa zajedničkim emitorom5) Analiza za male signale - otpornost u emitoru

Najpogodije je da se koristi T-model za analizu pojačavača sa ZE koji sadrže otpornost u emitoru

T

Cm

V

Ig =

E

Te

I

Vr =

revbe

ααααie

eeemeembem iirgrigvg α=== )()(





Rp

Pojačanje

)( Ee

C

u

io

Rr

R

v

vA

+−== α

)( Ee

C

u

io

Rr

R

v

vA

+−≅=

re

Rp

RERutRu

iu ib

Ri

ic

ie=vu/(re+RE)

vu

ααααie

RB

RC

ip

vi

C

Ee

uCci

CeCci

RRr

vRiv

RiRiv

)( +−=−=

−=−=

α

α

Naponsko pojačanje ZE približno jednako količniku ukupne otpornosti u kolu kolektora i kolu emitora!!!





Pojačanje

Naponsko pojačanje smanjeno za (1+gmRE)

re

Rp

RERutRu

iu ib

Ri

ic

ie=vu/(re+RE)

vu

ααααie

RB

RC

ip

vi

)( Ee

C

u

io

Rr

R

v

vA

+−== α

)/1(

)/1(

eE

Cmo

eE

C

e

o

rR

RgA

rR

R

rA

+−=

+−=

α

)1( Em

Cmo

Rg

RgA

+−≅





vg

re

Rp

RERu

iu ib

Ri

ic

ie=vu/(re+RE)

vu

ααααie

RB

RC

ip

vi

utB

u

uu RR

i

vR ==



re

Rp

RERutRu

iu ib

Ri

ic

ie=vu/(re+RE)

vu

ααααie

RB

RC

ip

vi



vg

b

uut

i

vR ≡

Ee

ue

Rr

vi

+=

))(1( Eeut RrR ++= β

Ulazna otpornost tranzistora veća je (1+ββββ) puta od otpornosti u emitoru

ββββαααα

+=−=

1)1( e

ebi

ii





Rp

))(1(

0 )(

Ee

REut

E

ut

Rr

RR

R

++=

=≠

β

g11

m

)(

E

e

E

ut

REutR

r

R

R

R+≅+=

re

Rp

RERutRu

iu ib

Ri

ic

ie=vu/(re+RE)

vu

ααααie

RB

RC

ip

vi

)(

)1(

))(1( )(

e

Ee

e

Ee

ut

REut

r

Rr

r

Rr

R

R +=

+

++=

β

β

Malom modifikacijom RE može značajno da se utiče na ukupnu ulaznu otpornost





Rp

re

Rp

RERutRu

iu ib

Ri

ic

ie=vu/(re+RE)

vu

ααααie

RB

RC

ip

vi

Izlazna otpornost :Određuje se pri vu=0,

a tada su ib=0 i ie=0

C

i

ii R

i

vR ==





Rp

ββββ≈ssA

re

Rp

RERutRu

iu ib

Ri

ic

ie=vu/(re+RE)

vu

ααααie

RB

RC

ip

vi

0=

≡

pu

pss

Ri

iA

Ee

uep Rr

vii

+== αααααααα

))(1( Ee

u

utB

u

u

uu

Rr

v

RR

v

R

vi

++≅==

β)(

))(1(

Ee

Eess Rr

RrA

+

++=

ββββαααα

Strujno pojačanje isto kao bez RE





Ukupno naponsko pojačanje

re

Rp

RERutRu

iu ib

Ri

ic

ie=vu/(re+RE)

vu

ααααie

RB

RC

ip

vi

vg

Ri

Rg

vi

g

u

u

i

g

i

v

v

v

v

v

vA ==

)(

)(

pC

Ee

ui

pCei

RRRr

vv

RRiv

+−=

−=

α

α

g

Eeg

Eeg

ug

uu v

RrR

Rrv

RR

Rv

))(1(

))(1(

+++

++≅

+=

β

β



ααααie

re

vg

RCRp

RE

RB

Rut

Ru

iu ib

Ri

ic ip

ie=vu/(re+RE)

Rg

vu

vi



Ukupno naponsko pojačanje

g

u

u

i

g

i

v

v

v

v

v

vA ==

))(1(

))(1()(

Eeg

Ee

Ee

pC

RrR

Rr

Rr

RRA

+++

++

+−=

β

βα

))(1(

)(

Eeg

pC

RrR

RRA

+++−=

ββ

Ukupno naponsko pojačanje manje nego bez RE, ali je -ulazna otpornost veća i-manje osetljiv na promenu ββββ



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 Cµµµµ i Cπ π π π (vidi ππππ model BJT) dolaze do izražaja

• Cµµµµ kratkospaja C i B

• Cππππ kratkospaja B za E (masu)

CS1

CS2




NF – u hibridnom ππππ modelu zanemareni rx<<rππππ i ro (vrlo veliki)

uticaj Cµµµµ i Cππππ je zanemariv pri NF (reaktanse velike);

gmvππππvππππrππππ





NF – Uticaj sva tri kondenzatora CS1, CS2 i CE (Vidi Za one koji žele da nauče više)

U slučaju da ne postoji interakcija medju njima

[ ]pCS

pRRC +

=2

3

1ω

[ ]dBV

V

g

i

++

=

1

12

β

ωgB

eE

pRR

rC

[ ]gBS

pRrRC +

=π

ω1

1

1

Dominantno





VF – CS1, CS2 i CE

predstavljaju kratak spoj

Tranzistor se zamenjuje hibridnim ππππ modelom

gmvππππvππππrππππ




VF – CS1, CS2 i CE predstavljaju kratak spojTranzistor se zamenjuje hibridnim ππππ modelom

gmVππππ

Vππππrππππ Cππππ

Cµµµµ

ro RCRp

rxRg

Vg

Rp´

gBxgB

Bgg

RRrr

r

RR

RVV

+++=

π

π´

[ ]gBxg RRrrR += π´

Vg´





VF – Zamena Tevenenovim generatorom na ulazu

gmVππππ

Vππππ Cππππ

CµµµµRg´

Vg´ Rp´

gBxgB

Bgg

RRrr

r

RR

RVV

+++=

π

π´

[ ]gBxg RRrrR += π´

pCop RRrR =´





VF –Primenom Milerove teoreme, za Ao= -gmRp´

gmVππππ

VππππCππππ

Ceq

R´g

Vg´Rp´

A

ZZ

−=

11

´)1( pmu

equ

RgCCC

CCC

++=

+=

µπ

π

Cu

πVRgV pmi ´−=

Vi





VF –

´)/(1

/1

1´

guo

o

g

RC

sVV

=

+=

ω

ωπ

gmVππππ

VππππCππππ

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+=





VF –

´)/(1 guv RC=ω

og

i

s

A

V

V

ω/1+= (dB)

g

i

V

V

´)(2

1

gu

vRC

fπ

=




VF – Rezime

Gornja granična frekvencija određena je vremenskom

konstantom Rg´ i Cu.

za RB>>Rg i rx<<Rg, Rg´=Rg//rππππ , to znači da će Rg = Rgeneratora

uticati na fv ukoliko nije Rg>>rππππ.

U Cu dominira Ceq , zapravo deo Cµµµµ koji se preslikava na ulaz.

Iako je Cµµµµ malo, preslikava se kao (1+gmRp´) puta veća

kapacitivnost i snižava fv.

Za one koji žele

da nauče više



f) Analiza u frekvencijskom domenu - Primer 7.1

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,

ββββ=100, VA=100V, Cµµµµ = 1pF, ft = 800MHz i rx=50ΩΩΩΩ.

RgRp

Za one koji žele

da nauče više



f) Analiza u frekvencijskom domenu - Rešenje primer 7.1

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

vrednosti:

mA/V40026.0

1===

mV

mA

V

Ig

T

Cm

k5.2mA/V40

100===

mgr

βπ

k100mA1

V100===

C

Ao

I

Vr

pF8108002

10046

3

=⋅⋅⋅

⋅==+

−

πωµπ

t

mgCC

pF7)( =−+= µµππ CCCC

Za one koji žele

da nauče više



f) Analiza u frekvencijskom domenu - Rešenje

Pojačanje na srednjim frekvencijama je:

´pm

gBxgB

B RgRRrr

r

RR

RA

+++−=

π

π k3´ == pcop RRrR

V/V30−=A

pF128´)1( =++= pmu RgCCC µπ

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

[ ] k65.1)(´ =+= gBxg RRrrR π

kHz.754´2

1==

gu

vRC

fπ

Za one koji žele

da nauče više



f) Analiza u frekvencijskom domenu - Za vežbu 7.1

Odrediti vrednost otpora potrošača za koju će se pojačanje na

srednjim frekvencijama iz prethodnog primera smanjiti na

polovinu. Kolika će tada biti granična frekvencija

pojačavača?

(Analizirati dobijene vrednosti i uporediti ih sa prethodnim)

Rešenje: 1.9k, 1.42MHz.

Za one koji žele

da nauče više

127

Sadržaj


2. Pojačavač sa zajedničkom bazom

3. Pojačavač sa zajedničkim kolektorom



a. Princip radab. DC polarizacijac. Odnosi snagad. Stabilnoste. Analiza za male signale

i. Ulazna otpornostii. Pojačanjeiii. Izlazna otpornost

f. Analiza u frekvencijskom domenu

Pojačavač sa zajedničkom bazom

129


1) Princip rada:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB

Ulaz – iE, vEB pobuda u emitorskom koluIzlaz – iC, vCB potrošač u kolektorskom koluFaktor strujnog pojačanja ic/ie ≈≈≈≈1

za vi=vcb=0; VCB= const. = VCBM

• Tranzistor radi u aktivnom režimu• Pojačava male signale (u okolini radne tačke)• Ne obrće fazu• Pojačanje struje ≈ 1• Pojačavač napona


Q1

0


1) Princip rada:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB

IC

VCB

IE

VEB

Faktor strujnog pojačanja h21C=ic/ie= ααααza VCB= const. = VCBM

Ulaz – iE Izlaz – iC


131


2) DC polarizacija:

RC

12

0

VCC

12

Q1

RE

12

RB1

12

RB2

12



2) DC polarizacija:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB

RC

12

0

VCC

12

Q1

RE

12

RB1

12

RB2

12


133


• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB2) DC polarizacija:

RC

1 2

0

VCC

12

Q1RE

1 2

RB1

1 2

RB2

1 2



• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB2) DC polarizacija:

RC

1 2

0

VCC

12

Q1RE

1 2


135


2) DC polarizacija:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZB

Faza?

Vg

Q1RC

1 2

Rg1 2

VCC

12

CS2

Rp

12

RE1 2

0

CS1

VEE

12




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;


137


RE

12

RC

12

Q1Rg

1 2

0

Rp

12

Vg

Pojačavač


Pobuda Potrošač


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

138

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

iu

vu

ie

vb

ic

vc

ii

vi

h11b

h12bvc

h21bie

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


13922. novembar 2016. 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<<1, h11Eh22E<<1, h12B<<1, h11Bh22B<<1, h12C≈1

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

/1S 0 01

A/A 1 11

V/V 11 01

1

2222

21

2222

212121

21

2121

121212

21

221112

111111

21

1111

mhohhh

hh

h)h-(hh

hh

hhhh

hhh

ohmhhhh

hh

EC

E

EB

EEC

E

EB

ECE

E

EEB

ECE

E

EB

=Ω=≈=≈+

≈

−≈+=−≈+

−≈

≈−=≈−+

≈

=Ω=<<+

≈

Model bipolarnog tranzistora

140

h11

Rg

Vg

ic=h21 ib

0

RpRB

RC

h11b

h21bie

e) Analiza za male signale – model sa h12b=0, h22b=0

iu

vu

ie

vb

ic

vc

ii

vi

0 0, za /1 u22 ===∞→= bCibit ivRRhR

Ru=h11b

Ri=

Ao=

RC

(h21bRc/h11b)0

12

12

C

e

eC

b

b

p

u

io R

h

hR

h

h

Rv

vA

11

21

11

21 ≈−=

∞→

=ee

eb

u

uu h

h

hh

i

vR 11

21

1111

1<<

+=≈=



Aovu

141

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

Ci RR =

Ru=h11b

Ri=

Ao=

RC

(h21bRc/h11b)0

12

12

C

e

eo R

h

hA

11

21≈

e

eb

u

uu

h

hh

i

vR

21

1111

1+=≈=Mala ulazna otpornost

Veliko naponsko

pojačanje (kao ZE)

NE obrće fazu

Relativno velika izlazna

otpornost (kao ZE)

αβ

β=

+≈

1SSAStrujno pojačanje ≈1



Aovu

142



143



e) Analiza za male signale –zamena T- modelom



145

0

12

12

e) Analiza za male signale –zamena T-modelom

Ci RR =

Ru=re

Ri=

Ao=

RC

gmRc

CmC

e

C

e

eo RgR

rR

h

hA ==≈

α

11

21

e

e

ebu

rh

hhR =

+=≈

21

1111

1Mala ulazna otpornost

Veliko naponsko

pojačanje (kao ZE)

NE obrće fazu

Relativno velika izlazna

otpornost (kao ZE)

11

≈=+

≈ αβ

βSSAStrujno pojačanje ≈1



Aovu

146

Primena:Ograničena zbog veoma male ulazne otpornosti:

Neka je Rg=2.5k, RC=10k, re=25ΩΩΩΩ, gm=40mS, pojačanje neopterećenog je 400, a ukupno:


gu

uCm

g

u

u

p

g

pu RR

RRg

v

v

v

v

v

vA

+===

• VF signali priključeni preko koaksialnog kabla(da bi se sprečila refleksija signala - prilagođenje po impedansi Zc=50-75ΩΩΩΩ)

Strujni bafer – jedinično strujno pojačanje – prilagođenje male u veliku izlaznu otpornost.

( ) 42525

2510101040)( 33 ≈⋅⋅⋅== −

g

pu v

vA


147



Sadržaj







a. Princip radab. DC polarizacijac. Odnosi snagad. Stabilnoste. Analiza za male signale

i. Ulazna otpornostii. Pojačanjeiii. Izlazna otpornost

f. Analiza u frekvencijskom domenu


150


1) 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/ib

za vi=vec=0; VEC= const. = VECM

• Tranzistor radi u aktivnom režimu• Nije unilateralan h12c≈1• Ne obrće fazu• Pojačanje napona ≈ 1• Pojačanje struje ≈ 1+ββββ


151

Q1

0


1) Princip rada:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZC

IE

VEC

IB

VBC

Faktor strujnog pojačanja h21C=ie/ib= 1+β1+β1+β1+βza VEC= const. = VECM

Ulaz – iB, vBC

Izlaz – iE, vEC


Q1

RE

12

RB2

12

RC

12

VCC

12

0

RB1

12


2) DC polarizacija:• Tranzistor radi u konfiguraciji ZC


153


• Tranzistor radi u konfiguraciji ZC2) DC polarizacija:

0

Q1

RB1

12

VCC

12

RE

12

RC1

2

RB2

12



• Tranzistor radi u konfiguraciji ZCFaza?

2) DC polarizacija:

RE

12

RB2

12

VCC

12

0

RB1

12

Q1


155


2) 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;


157


Pojačavač


Pobuda Potrošač

RB

12

Q1

0

Rp

12

Vg

RE

12

Rg1 2


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

158

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

iu

vu

ib

vb

ie

vc

ii

viRC

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


RERB


159

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

1 2

0

RE

12

RB

12

h11c

h21cib

iu

vu

ib

vb

ie

ve

ii

vi

Ru=?

Ri=

Ao=

?

?0

12

12

EeeESScc

b

uut RhhRAhh

i

vR )1( 21111211 ++≈+==


h12cve

ec

b

eSS hh

i

iA 2121 1+=−≈=


Aovu

160

1 2

0

RE

12

RB

12

h11c

h21cie

iu

vu

ib

vb

ie

ve

ii

vi

Ri=

Ao≈1

?

0

12

12

11 ≈<oA

EutButu RhRRRR 21≈≈=


h12cve

Eee

Eeo

Rhh

RhA

)1(

)1(

2111

21

++

+≈

ccEc

c

u

u

io

hhRh

h

iv

vA

211211

21

/0

−−=

=

=

Ru≈h21eRE


Aovu


161

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

+≈

<<+

+≈

+−≈=


h12cve

e

eitEiti

h

hRRRR

21

11≈≈=

Ao≈1

Ru≈h21eRE


Aovu


162

1 11

11

e

eBg

ih

hRRR

+

+=

1≈oA

PEeeu RRhhR )1( 2111 ++≈Velika ulazna otpornost

Naponsko pojačanje ≈1

NE obrće fazu

Mala izlazna otpornost

β+≈ 1SSAStrujno pojačanje


Ri=h11e/h21e

0

12

12

Ao≈1

Ru≈h21eRE


Aovu


163

e) Analiza za male signale –zamena T- modelom


Rg

ααααie

vg RBRp

re

Rg

RB

Rp


e) Analiza za male signale –zamena T-modelom


1 β+

+=

eBg

i

rRRR

1≈oA

))(1( Peu RrR +++≈ βVelika ulazna otpornost

Naponsko pojačanje ≈1

NE obrće fazu

Mala izlazna otpornost

β+≈ 1SSAStrujno pojačanje

Ri=h11e/h21e

0

12

12

Ao≈1

Ru≈ββββRp


Aovu

165





167

Za vežbu 7.2:Za pojačavač sa prethodne slike, kod koga je Rg=10k, Rp=1k,

I=5mA, RB=40k, ββββ=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=500ΩΩΩΩ?


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.


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 potrošačmale otpornosti.



169


generatora Vg=10mV i Rg=600ΩΩΩΩ 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 pojačavača sa zajedničkim emitorom čiji su parametri:

RC=5k, RB=100k, h11E=1k, h12E=0, h21E=100, h22E=0;d) 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).




generatora Vg=10mV i Rg=600ΩΩΩΩ u slučaju da je povezan:a) Direktno;



171


generatora Vg=10mV i Rg=600ΩΩΩΩ u slučaju da je povezan:b) preko pojačavača sa zajedničkim kolektorom čiji su parametri:

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




generatora Vg=10mV i Rg=600ΩΩΩΩ u slučaju da je povezan: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).



173

Rezime:1. Zajednički emitor


Rg

vi

Rp

vg vu

Ru

Ri

)1(11 eBeBBu rRhRrRR βπ +===

CeComo RhRrgA 21 )( −≈−=

CCoi RRrR ≈=

)()(

)(

11

21

ge

pC

e

g

pC

u

pCm

gB

B

u

Rh

RRh

Rr

RRA

RRgRrR

rRA

+−=

+−≅

+−=

π

π

π

β

β−≡−= umSS RgA


Rezime:1.a Zajednički emitor sa otpornikom u emitoru


Rg

vi

Rp

vg vu

Ru

Ri

) )(1( EeBu RrRR ++= β

1

0

Em

Cm

Rg

RgA

+−≈=

Ci RR ≈

) )(1(

)(

Eeg

pC

uRrR

RRA

+++−≅

ββ

RE

CE


))1( ( 2111 EeeBu RhhRR ++=

175

Rezime:2. Zajednička baza


Rg

vi

Rp

vg vu

Ru

Ri

)( pCm RRgA =

Ci RR ≈

)(

eg

pC

urR

RRA

+≅ α

α≡SSA

eu rR =


Rezime:3. Zajednički kolektor


Rg

vi

Rp

vgvu

Ru

Ri

1 <≈+

=ep

p

rR

RA

β++≈

1

Bg

ei

RRrR

1

pe

Bg

p

Bg

Bu

RrRR

R

RR

RA

+++

+≅

ββ+≡1 SSA

) )(1( peBu RrRR ++≈ β


177

Rezime:

• Tranzistori rade u aktivnom režimu: BE direktno; BC inverzno; Ic=Isexp(vbe/VT); Ib=Ic/ββββββββ=αααα/(1-αααα); αααα=ββββ/(1+ββββ)

• Za male signale tranzistor se ponaša kao naponom kontrolisani strujni izvor sa gm=IC/VT. Otpornost između B-E sa strane baze rππππ=ββββ/gm [kΩΩΩΩ]



Rezime:• Konfiguracija sa zajedničkim emitorom:

E je na masi za naizmenični signal; Ulazni signal se dovodi na B;Izlazni signal uzima se sa C;Obrće fazu;Veliko pojačanje napona;Relativno velika ulazna otpornost;Relativno velika izlazna otpornost; Otpornost RE povećava ulaznu otpornost na račun smanjenja naponskog pojačanja



179

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 ≈ 1Velika ulazna otpornost;Mala izlazna otpornost (naponski bafer)



181

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 srednjim frekvencijama.

• Uticaj otpornika u RE na karakteristike pojačavača sa ZE.

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

> EDUCATION > ELEKTRONIKA

slajdovi u pdf formatu



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 uticaj promene RC na naponsko pojačanje.

2. Odrediti izraze za naponsko pojačanje neopterećenog pojačavača, ulaznu i izlaznuotpornost pojačavača u konfiguraciji sa ZE.

3. Uticaj promene temperature na promenu položaja radne tačke osnovnog pojačavača sazajedničkim emitorom.

4. Temperaturska stabilizacija osnovnog pojačavača sa zajedničkiom emitorom pomoćuotpornika RE.

5. Frekvencijske karakteristike pojačavača sa ZE (objasniti zašto se smanjuje pojačanje na NF i VF).

6. Električna šema, princip rada pojačavača sa ZB i ekvivalentno kolo za male signale.

7. Odrediti izraze za naponsko pojačanje neopterećenog pojačavača, ulaznu i izlaznuotpornost pojačavača u konfiguraciji sa ZB.

8. Odrediti izraze za naponsko pojačanje neopterećenog pojačavača, ulaznu i izlaznuotpornost pojačavača u konfiguraciji sa ZC.

9. Nacrtati električne šeme i objasniti fazne stavove izlaznog i ulaznog napona kod pojačavačasa ZE, ZB i ZC.



183

Sledećeg časa

Diferencijalni i višestepeni pojačavači




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

µµµµnCox’W/L=1mA/V2, λλλλ=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 uslovaVG =[RG2 /(RG1 +RG2 )] VDD

Zato prvo treba odrediti VG, odnosno VGS .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

2n

=⋅

⋅==−

−=

−

−

tox

DtGS

tGSoxD

L

WC

IVV

VVL

WCI

µ

µ

VVVV tGS 21 =+=

Da bi VG =[RG2 /(RG1 +RG2 )] VDD

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

22n )(´

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/V2, dobija

se kvadratna jednačina po VOS:

mAAVIVVVV OSDOSOSOS 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

2n

=⋅

⋅==−

−=

−

−

tox

DtGS

tGSoxD

L

WC

IVV

VVL

WCI

µ

µ

VVVV tGS 21 =+=

Da bi VG =[RG2 /(RG1 +RG2 )] VDD

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-

2n

=−=∆

−=−=∆

=−=

−=

DD

D

D

tGSoxD

II

mAmAI

mAI

VVL

WCI µ

S obzirom da je RS =0, VGS ne zavisi od Vt tako 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

GGu

o

tGS

Dm

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

GGu

o

tGS

Dm

Sm

Dmo

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, µµµµnCox’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

5,2105,0101510 33

GSGSGS

DDDDD

VVVV

VIRVV

−=−=

=⋅⋅⋅−=−= −

VVVVVV

L

WC

IV

VVVL

WCI

StOVGS

tox

DOV

OVtGSoxD

5,2 5,25,11

110 .50

105.0

' 2

1

)(´ 2

1

3

3

n

22n

−=⇒=+=+=

=⋅

⋅==

=−=

−

−

µ

µ


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

RP=15k, Rg=50ΩΩΩΩ. (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

Dm

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

333

≈=

⋅⋅+⋅+⋅

⋅⋅⋅⋅=

+=

−

−


c) Odrediti ukupno naponsko pojačanje

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




RD=15k.

Rg

RP


( )gengengenm

pDmvRRRg

RRgA⋅⋅+

=⋅⋅+⋅+⋅

⋅⋅⋅⋅=

+=

−−

−

3333

333

1011

5,7

1011

1

10151015

10151015101

1

1

Rgen [kΩΩΩΩ] 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, µµµµnCox’W/L=2A=1mA/V2.


RG=4.7M, RP=15k.

Pojačavač sa zajedničkim gejtomRgen

vgen

RpRu

vu

Ri

vi

a) Odrediti vrednosti jednosmernih napona VG i VS.


VVVVVV

L

WC

IV

VVVL

WCI

VVVVVV

V

StOVGS

tox

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, µµµµnCox’W/L=2A=1mA/V2.


RG=4.7M, RP=15k.

Pojačavač sa zajedničkim gejtomRgen

vgen

RpRu

vu

Ri

vi

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


VVrg

rgA

kmA

V

I

Vr

mSV

mA

V

Ig

rg

rgA

om

om

D

Ao

OV

Dm

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==



2) DC polarizacija

Stabilan položaj radne tačke:

Ulaznu karakteristiku tranzistora karakteriše značajna promena IB

(500%) za male promene VBE (7.7%)

0.65V 0.7V

100µA

20µA

Za one koji žele da

nauče više #29a



VBB

12

RC

12

VCC

12

RB1 2

0

IB

IC

VB

E

IB=0.6mA

IB=0.6mA

60

50

40

30

20

10

161412108642

IC(mA)

VCE(V)

Pdmax=350mW

Pdmax=380mW

M ispod Pdmax

M

VCEM<VCC /2


4) Stabilnost


nauče više #31


VCC

RC

RB

0

Q1


2) DC polarizacija – preko BC otpornika

IB

IC+IB=IE

=VB

E

VCE

IEVB

IC

0=−−− BEBBCECC VRIRIV

01

=−+

−− BEBE

CECC VRI

RIVβ

0

1

=

++

−=

βB

C

BECCE R

R

VVI


nauče više #50a



2) DC polarizacija – preko BC otpornika

VCC

RC

RB

0

Q1

IB

IC+IB=IE

=VBE

VCE

IEVB

IC

0

1

=

++

−=

βB

C

BECCE R

R

VVI

Izraz za IE sličan onom sa prethodne šeme

link

Umesto VBB je VCC, a umesto RE je RC.

Da bi IE bila nezavisna od β, potrebno je

RC>>RB/(1+β), odnosno bolje je manje RB.

Međutim, vrednost RB direktno utiče na maksimalni opseg promene

izlaznog napona VC = IBRB-VBE, tako da mora da se traži kompromis.


nauče više #50a


Pojačavač sa zajedničkim emitorom2) DC polarizacija – preko BC otpornika

VCC

RC

RB

0

Q1

IB

IC+IB=IE

=VBE

VCE

IE

VB

IC

Domaći 7.4:

Projektovati kolo sa slike tako da se obezbedi IE =1mA i opseg promene izlaznog napona od ±2V (znači minimalno VCEM=2.3V). Poznato je VCC =10V i ββββ=100.

Ukoliko se proračunate vrednosti otpornosti zamene najpribližnijim standardnim iz seta EIA E24, izračunati koliko će se odstupiti od projektnih zahteva?


nauče više #50a


Pojačavač sa zajedničkim emitorom2) DC polarizacija – preko BC otpornika

VCC

RC

RB

0

Q1

IB

IC+IB=IE

=VB

E

VCE

IEVB

IC

Domaći 7.4:

Rešenje: RB = 162k, RC=7.7k; IE =1.02mA, VC=2.3V.

EIA E24 Standardne vrednosti(otpornici sa tolerancijom + 5% )

10 22 47

11 24 51

12 27 56

13 30 62

15 33 68

16 36 75

18 39 82

20 43 91

Veće vrednosti

dobijaju se

množenjem x10,

x100, x1000


nauče više #50a


RE

RB

0

RC

Q1


2) DC polarizacija – preko simetričnog napajanja

IB

IC

VBE

VCE

IE

ββββ+=

1

EB

II

VCC

-VEE

ββββ++

−=

1B

E

BEEEE R

R

VVI

Za pojačavač sa ZB

može RB=0

Zašto?


nauče više #50a




NF Utiču CS1, CE i CS2; posmatramo uticaj svakog kondenzatora

posebno

• CS1

vg

vigmvππππ

[ ]dBv

v

g

i

Rg

vππππ

CS1 Rp

Za one koji žele da nauče više #94a




NF - CS1

12

0

12

12

12

vgvigmvππππ

Rg

vππππ

CS1

RB R´prππππ

1/1

)(

SgB

B

sCRrR

rRv

++=

π

ππ

RR

RRRRR

C

pC

pCp+

==´

´pmi Rvgv π−=

[ ]gBS

pm

gB

B

g

i

RrRCs

sRg

RrR

rR

V

VA

+++

−==

π

π

π

1

1´

)(





NF - CS1

[ ]gBS

pRrRC +

=π

ω1

1

1

gmvππππ

vg

vigmvππππ

[ ]dBv

v

g

i

Rg

vππππ

[ ]gBS

pRrRC

f+⋅

=ππ 1

12

1

CS1





NF - CE

vg

vigmvππππ

[ ]dBv

v

g

i

Rg

vππππ

RC

Rp



12

12

12

0

12



NF - CE

vgVi

ααααie

Rg

Vππππ

CE

RB

R´pre

)/1)(1(

1

EegBgB

Bgb

sCrRRRR

RVI

++++=

β ´pbi RIV β−=

++

++++−==

1

1)1(

´

β

β

β

gB

eE

egB

p

gB

B

g

i

RRrC

s

s

rRR

R

RR

R

V

VA

Ib



gmvππππ

vg

vigmvππππ

[ ]dBv

v

g

i

Rg

vππππ

RC

Rp



NF - CE

++

=

1

12

β

ωgB

eE

pRR

rC

++⋅

=

12

12

βπ gB

eE

pRR

rC

f





NF - CS2

vg

vigmvππππ

[ ]dBv

v

g

i

Rg

CS2



0

12 1

2

12

12

12



NF – CS2

VgVi

gmVππππ

Rg

Vππππ

CS2

RB Rprππππ

gB

B

RrR

rRV

+=

π

ππ

)(

p

pSC

Cmi R

RsCR

RVgV

++−=

)/(1 2

π

[ ]pCS

pm

gB

B

g

i

RRCs

sRg

RrR

rR

V

VA

+++

−==

2

1´

)(

π

π

RC



gmvππππ

vg

vigmvππππ

[ ]dBv

v

g

i

Rg

vππππ

CS2



NF - CS1

[ ]pCS

pRRC +

=2

3

1ω

[ ]pCS

pRRC

f+⋅

=2

32

1

π

Rp





NF – Uticaj sva tri kondenzatoraU slučaju da ne postoji interakcija medju njima

[ ]pCS

pRRC +

=2

3

1ω

[ ]dBV

V

g

i

++

=

1

12

β

ωgB

eE

pRR

rC

[ ]gBS

pRrRC +

=π

ω1

1

1





NF – Uticaj sva tri kondenzatoraDonju graničnu frekvenciju određuje uticaj CE

[ ]pCS

pRRC +

=2

3

1ω

[ ]dBV

V

g

i

++

=

1

12

β

ωgB

eE

pRR

rC

[ ]gBS

pRrRC +

=π

ω1

1

1





NF – Uticaj sva tri kondenzatoraUkoliko postoji interakcija (naročito se ispoljava kod CS1 i CE ),

nije lako izračunati donju graničnu frekvenciju.

2211

321

111

SSESS

pppdRCRCRC

++=++=ε

ωωωω

[ ]dBV

V

g

i

Približno se određuje kao:





NF – Projektovanje

[ ]dBV

V

g

i

S obzirom da dominantnu ulogu igra CE, za željenu fd

izabere se CE tako da član 1/(CERεεεε) predstavlja 80%

zbira. CS1 i CS2 biraju se tako da njihov doprinos bude po

10%.






Primer:

Odrediti vrednosti kondenzatora CS1, CS2 i CE u kolu sa slike

tako da donja granična frekvencija bude 100Hz. Poznato

je RB=100k, RC=8k, Rp= 5k, Rg=5k, ββββ=100, gm=40mA/V i

rππππ=2.4k.






Rešenje:

Odrede se vrednosti otpornosti koje “vidi” svaki

kondenzator pod uslovom da je Vg=0 i da su reaktanse

druga dva kondenzatora =0.

Ω=+=

Ω=+

+=

Ω=+=

kRRR

RRrR

kRrRR

pCS

gB

e

gBS

13

721

44.7

2

1

βε

π



Pojačavač sa zajedničkim emitoromf) Analiza u frekvencijskom domenu


Rešenje:

Odredi se vrednost CE tako što se njegov doprinos izjednači

sa 80% zadate granične frekvencije.

10028.08.01

3 ⋅⋅⋅=== πωωε

d

E

pRC

FR

C dE µ

πω

ε

6.2772

10028.08.0=

⋅⋅⋅=

⋅=

Odredi se vrednost CS1 i CS2 tako što se njihov doprinos

izjednači sa 10% zadate granične frekvencije.

FR

CS

dS µ

ω1.2

1.0

1

1 =⋅

= FR

CS

dS µ

ω2.1

1.0

2

2 =⋅

=





Na VVF Cµµµµ i Cπ π π π dolaze do izražaja

• Cµµµµ kratkospaja C i B tranzistora

• Cππππ kratkospaja B za E (masu)


Documents

đite na kolokvijum MNOOOOGO JE LAKŠE!leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2016-17/EKM i ELE... · 9 15. novembar 2016. Jednostepeni MOSFET poja čava či 100 0 0