26
Polarizarea tranzistoarelor î n curent continuu în regiunea activă a F AMPLIFICATOARE CU TRANZISTOARE

Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

  • Upload
    phamanh

  • View
    231

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Polarizarea

tranzistoarelor

în curent continuu

în regiunea activă aF

AMPLIFICATOARE CU TRANZISTOARE

Page 2: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

• Observaţie: Semnalul de

intrare suficient de mic pentru ca

amplificatorul să lucreze în

regiunea liniară din jurul PSF.

Amplificatoralimentatdiferentialsimetric

Page 3: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

➢ utilizarea tranzistorului ca amplificator (SC, EC)

➢ în regiunea activă (aF), tranzistorul lucrează in jurul PSF

Necesitatea polarizării tranzistorului în cc

VAl – alimentare in cc

VI – stabilirea PSF: (VO , IO)

vi – tensiune de amplificat

(de intrare)

vo – tensiune amplificata

(de iesire)

• Suprapunerea semnalului variabil peste regimul de curent continuu

Page 4: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Funcționarea amplificatorului (SC, EC)

Transfer:tensiunea de intrare -> curentul de ieșire

Page 5: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Funcționarea amplificatorului (SC, EC)

tensiune intrare -> curent ieșire curent intrare -> tensiune ieșire

Page 6: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

panta – amplificarea in tensiune

Caracteristica de transfer în tensiune vO(vI ) a unui

amplificator inversor (SC, EC)

Semnal mic: functionareaamplificatorului în regiunea liniară îngustă din jurul PSF

Page 7: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

panta – amplificarea in tensiune

Caracteristica de transfer în tensiune vO(vI ) a unui

amplificator inversor (SC, EC)

Excursia maximă a semnalului de intrare: adeseori determinată din considerente de liniaritate

Mijlocul caracteristicii de transfer in tensiune prezinta cea mai larga regiune ce poate fi considerata liniara

Page 8: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Polarizarea în curent continuu – fixarea PSF

Functionarea tranzistorului ca amplificator:

• tranzistorul polarizat cât mai aproape de mijlocul regiunii active

• punctul instantaneu (mobil) de funcţionare să fie ţinut în

regiunea activă (liniară în jurul PSF)

• semnalul de intrare să fie păstrat suficient de mic.

PSF:

➢ stabil şi predictibil

➢ independent de parametrii tranzistorului

Page 9: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Polarizarea TECMOS

Al

GG

GGS V

RR

RV

21

2

2)( PGSD VVI

DDAlDS IRVV

Varianta 1 – 3 rezistențe, alimentare unipolară

☺ foarte simplă

curentul din PSF, ID depinde

puternic de parametrii

tranzistorului, β si VP

nu asigură stabilitatea punctului

static de funcţionare

RD

?),(Q DDS IV

Page 10: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

V2154267

42

21

2 ,,,

,V

RR

RV Al

GG

GGS

μA808021500)(22 ,,VVβI PGSD

V67,208,01,295 DDAlDS IRVV

Problema 1 RG1=7,6MΩ; RG2=2,4MΩ; RD=29,1KΩ; VAl=5V

RD

VP =0,8V; β =500A/V2. Care este PSF?

V408021 ,,,VVV PGSDSsat

FDSsatDS aVV inesteultranzistor

V7,22/4,052/ DSsatAl VV V67,2DSVTransistorul este polarizat înmijlocul regiunii active

μA)80V67,2(Q

Redimensionați circuitul astfel

încât T sa fie polarizat in mijlocul

regiunii active la ID=120µA

Page 11: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Varianta 2 – 4 rezistențe, alimentare unipolară

Al

GG

GGG V

RR

RV

21

2

DSGGGS IRVV

2)( PGSD VVI

➢ necunoscute: VGS şi ID

➢ sistem de ecuaţii de gradul 2

➢ se alege dupa calcul valoarea

convenabila a ID

DSDAlDS IRRVV )(

Polarizarea TECMOS

Page 12: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Varianta 2 - continuare

DSGGGS IRVV

➢ VGS este determinată şi de curentul

de drenă ID

➢ ID , RSID, VGS , ID circuitul

se opune tendinţei de modificare a ID.

• reacţie negativă datorită prezenței RS

☺ asigură stabilitatea PSF la variaţia

diverşilor parametrii

creşte complexitatea relaţiilor de

calcul.

2)( PGSD VVI

Polarizarea TECMOS

Page 13: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Problema 2

RG1=3MΩ; RG2=1MΩ;

RD=3KΩ; RS=1KΩ; VAl=20V

VP =2V; β =0,5mA/V2.

? Care este PSF ?

SDGGGS RIVV

52013

1

21

2

Al

GG

GGG V

RR

RV V

2)( PGSD VVI

ID2-8ID+9=0; ID in mA

V6,14)13(35,120

)(

SDDAlDS RRIVVID1=6,65mA şi

ID2=1,35mA

ID1 nu convine;

ar rezulta VGS<0

ID=ID2=1,35mA

Q (14,6V; 1,35mA)VD =? VS =?

Page 14: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

? Cum dimensionam circuitul pentru PSF cu ID=1mA ?

2)( PGSD VVI

V425,0

12

D

PGS

IVV

VDSsat=VGS-Vp=2V

T- regiunea activă VDS(2V; 20V).

PSF : Alegem VDS=7V

DSDAlDS IRRVV )( KΩ131

720

D

DSAlSD

I

VVRR

Problema 3

TMOS: VP =2V; β =0,25mA/V2, VAl=20V

AlV3

1orientativ

Page 15: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

TMOS: VP =2V; β =0,25mA/V2, VAl=20V

RD rezulta şi în funcţie de amplificarea

dorită. Neavând valoarea amplificării

alegem de exemplu VS=4V pe RS :

KΩ41

4

D

S

SI

VR

KΩ9413 DR

V844 SGSGG

VVV

K200;K300 21 GG RR

Problema 3 – cont.

? Cum dimensionam circuitul pentru PSF cu ID=1mA ?

Page 16: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Polarizarea TECMOS

Varianta 3 - cu sursa de curent, alimentare unipolara/bipolara• Uzual in circuitele integrate: polarizare cu surse de curent

• ID independent de parametrii tranzistorului amplificator

GGGSDAlDS VVIRVV

Tensiunea pe sursa de curent:

VGG -VGS

IID

alimentare unipolară

GGGSDSDAl VVVIRV

Page 17: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Polarizarea TECMOS

Varianta 3 - cu sursa de curent, alimentare unipolara/bipolara• Uzual in circuitele integrate: polarizare cu surse de curent

• ID independent de parametrii tranzistorului amplificator

GSDAlDS VIRVV

alimentare bipolară (diferențială)

IID

GGGSDSDAl VVVIRV

0GGV

Page 18: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Problema 4

mA6,1,K7,4,K500 IRR DG

± VAl= ± 12V

V5,0,2,V/mA1,0 2 PVL

Wk

Care este PSF?

Care sunt potentialele de cc in cele

trei terminale ale tranzistorului?

Care este caderea de tensiune pe

sursa de curent?

Page 19: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Polarizarea TB, alimentare unipolara (o singura sursa)

varianta uzuala in circuite discrete

➢ Faţă de analiza pentru TECMOS, la TB apare:

- curentul de bază IB, diferit de zero

- prin colector şi emitor nu trece exact acelaşi curent

CBBCEIIIII

1)1(

ECII Se poate aproxima

BCII

• Calcul exact: se utilizeaza IB

• Calcul aproximat: se neglizeaza

IB fata de curentul prin divizorul

din baza (dar IB 0)

),(Q CCE IV

Page 20: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

• Calcul aproximat

IB mult mai mic decât

curentul prin divizorul

rezistiv din baza TB

Al

BB

BBB V

RR

RV

21

2

E

BEBBEC

R

VVII

)(ECCAl

EECCAlCE

RRIV

RIRIVV

• RE este deosebit de important în

stabilirea si stabilizarea PSF, prin

mecanismul de RN introdus

IC↑; IE↑; VRE↑; VBE↓; IC↓

Page 21: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Se utilizeaza teorema lui Theveninpe circuitul nitial intre baza tranzistolrului si masa, pentru a

determina VBB, RB

IC=IE+IB ≈ IE

)1/(

BE

BEBBE

RR

VVI

IE=(β+1)IB

)(ECCAl

EECCAlCE

RRIV

RIRIVV

EEBEBBBB IRVIRV

❖ Calcul exact

Page 22: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

❖ Calcul exact

Analiza stabilitatii)1/(

BE

BEBBE

RR

VVI

• IE insensibil la variaţiile β:

)1(

B

E

RR

B

E

RR 10

RB1, RB2 - valori mici cerute de

independenţa PSF de β

RB1 şi RB2 valori mari cerute de

rezistenţa de intrare a viitorului

amplificator

• IE insensibil la variaţiile temperaturii (VBE)

V1,0BB

V

o variaţie ΔVBE de 0,1V poate fi neglijată

faţă de VBB=3…5V

Page 23: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

VAl=15V; RB1=10kΩ; RB2=4,7kΩ;

RE =1,5kΩ; RC=1,8kΩ; β =150

Calcul aproximat

Calcul exact

IC = ?

VCE =?

VC = ?

VE = ?

IC = 2,73mA

VCE = 6V

VC = 10,1V

VE = 4,1V

IC = ? IC = 2,7mA

Problema 5

Page 24: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Determinati valorile

rezistentelor astfel

incat T in aF la

IC=2mA.

VAl=12V, β=100

Uzual alegem: V4123

1

3

1

AlBBVV

k65,12

7,012)3/1(

E

BEBBE

I

VVR

AlAl

BB

BBB VV

RR

RV

3

1

21

2

21 2 BB RR

RB2=22KΩ; RB1=44KΩ

mA84,1)1100/(7,1465,1

7,04

)1/(

BE

BEBBE

RR

VVI

Verificare (calcul exact ):

Problema 6

B

E

RR 10 E

BB

BB RRR

RR10

21

21

k75.242BR

Modificam kΩ5,1ER mA2EI

OPTIONAL

Page 25: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

EECCAlCE

BE

BEAl

BE

AlBEE

IRIRVV

RR

VV

RR

VVI

2

)1/()1/(

)(0

Tensiunea pe sursa de curent:

C

BECE

IIIIII ;;

CCAlC IRVV

BBBBB IRIRV 0

V7.0 BBEBE VVVV

ECCE VVV

AlEAlE VVVV )(

VE

VBVC

Polarizarea TB, alimentare diferentiala

Page 26: Polarizarea în curent continuu - bel. · PDF filePolarizarea în curent continuu ... curentul din PSF, I D depinde puternic de parametrii tranzistorului, βsi V P

Problema 7

±VAL= ± 9V; RB=180kΩ; RC=3.3kΩ;

β =100, I = 2mA

IC = ?

VCE =?

VC = ? VE = ?VB = ?

Tensiunea pe sursa de curent = ?