1

Rozdział III-2 Chapter III 2
Tranzystor i wzmacniacze tranzystorowe
Transistor and transistor amplifiers

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

2

Chapter III Transistors , operation , types

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

Tranzystor bipolarny odstawowe zaleznosci
Bipolar transistor basic relations

I

B

I

C

B

C

E

V

CE

I

B

I

C

B

C

E

V

CE

PNP

NPN

V

BE

> 0

V

BE

< 0

V

CB

< 0

V

CB

< 0

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

E

C

e

C

E

C

B

C

i

i

i

i

i

i

i

i















1

1

)

1

(









3

I

e

I

e

Ic=0

Ic=max

Ic=bI

b

https://learn.sparkfun.com/tutorials/transistors

Transistor acts as a
valve controlled by input
current Ib

Podstawowe stany pracy tranzystora basic states of transistor operation

I

B0

I

C0

B

C

E

V

BE0

V

CE0

+
E

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

U

B0

I

C0

B

C

E

U

e0

I

e0

U

C0

Stan

State

Diode 1 Diode 2

ic

Punkt

pracy

Operation

point

U

CE0

U

BE0

Zastosowanie

Use as

Praca linowa
Linear
operaztion

Odetkana
opened

Zatkana
blocked

Ic=ie=bi

b

L

var

> UT

Wzmacniacz
amplifier

stan nasycenia
saturation

Odetkana
opened

Odetkana
opened

Ic=ie=max

S

<0,5 V

>>UT

Stan logiczny
Logical state
« 0 »

stan zatkania
blocked

Zatkana
blockes

Zatkana
blocked

ic=ie=0

B

E

<<UT

Stan logiczny
Logical state
« 1 »

V

CE

V

BE

I

C

I

B

b

V

CEo

V

T

+E

+E

L

B

S

B

S

1

2

Punkt pracy

Operation point

V

CEo

V

BE0

I

c0

4

V

CE

V

BE

I

C

I

B

Q point

Outputl Load line

Input u

B

(t)

Output

E

I

c0

I

B0

V

CEo

V

BE0

u

c

(t)

i

B

(t)

i

C

(t)

u

e

+E

B

E

C

R

C

R

2

R

1

V

CEo

+

u

c

(t

)

V

BE0+

u

B

(t)

I

B0

+

i

b

(t)

0

/

1

12

21

22

21

22

21

12

11

12

11







































h

h

U

I

h

I

I

h

u

h

i

h

i

U

U

h

I

U

h

u

h

i

h

u

C

C

B

C

C

B

C

C

B

B

B

C

B

B





B.Piwakowski Analog electronics

Chapter III-2 Transistor amplifiers

5

I

C0

+

i

c

(t)

Ilustracja procesu wzmocnienia w stanie linowym
Illustration of amplification in linear operation

slope

=

slope

= h

11

slope

= h

22

diode

R

I

U

h

d

B

B









11

V

CE

V

BE

I

C

I

B

Input u

B

(t)

Output

E

I

c0

u

c

(t)

B

E

C

h

11

h

21

i

B

=1/h

22

i

B

u

c

(t)

i

B

(t)

i

C

(t)

u

B

i

C

6

equivalent scheme for dynamic small signals operation

slope

=

slope

= h

11

slope

= h

22

U

e

(t)

+E

B

E

C

R

C

R

2

u

c

(t)

u

B

(t)

I

B0

+i

b

u

c

(t)

)

,

,

,

,

,

(

11

E

L

c

e

c

V

R

R

R

R

h

f

u

u

G







B.Piwakowski Analog electronics

Chapter III-2 Transistor amplifiers

7

+E

u

s

B

E

C

R

C

u

e

R

2

R

1

R

L

R

E

E

c

V

R

R

G





Powszechnie stosowane rozwiązania wzmacniaczy liniowych

Largely used configurations of linear ampplifiers

B.Piwakowski Analog electronics

Chapter III-2 Transistor amplifiers

+E

u

s

B

E

C

R

E

R

2

R

1

R

L

1



v

G

small

very

mala

b

R

Rs

great

duza

b

R

R

E

E

e

.

/

.













Wzmacniacz w konfiguracji wspolnego emitera

Common emitter amplifier

Wspolny kolektor : (wtornik) Common collector amplifier (voltage follower)

8

Wzmacniacz różnicowy ze źródłem prądowym
Differential amlifier with current source

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

B

E

C1

R

+E

E

B

C2

R

u

2

u

1

u

c1

u

c2

Du

c

21

h

I

N

i

e

u

e

small

very

R

R

G

M

i

U

R

E

s

E

E

E

2

10

2

)

1

(



























CMRR (common mode rejection ratio)

11

2

1

2

1

1

2

)

(

)

(

h

R

R

G

G

CMRR

U

U

G

U

U

G

U

E

S

R

S

R

C















For high quality amplifiers:
CMRR =100-120 dB

B

E

C

R’

E

R

2

R

1

+

-

R

E

•

high temperature stability

•

such amplifiers are used in operational
amplifiers

u

2

u

1

+
_

u

c1

B.Piwakowski Analog electronics

Chapter III-2 Transistor amplifiers

9

Bramka logiczna typu TTL
Logical gate TTL type (Transistor Transistor Logic

NAND gate

A

B

S

State 1 : U >2,4 V , i ≈0
State 0 U <0,8 V and i (leaving) > 3mA

At the input:

A

B

S

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

10

- Canal N :

Tranzystory FET i JFET
Transistors FET i JFET

G

S

D

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

- Canal P :

I

DS

u

DS

+

G

S

D

U

GS

>0

I

DS

u

DS

-

U

GS

<0

V

GS

I

DS

0

g

m

I

G

=0

Diodes 1 and 2 are

blocked

I

DS

G

D

S

1

2

i

G

u

GS

G

S

D

g

m

=1/h

22

u

DS

(t)

i

D

U

GS

u

DS

(t)

(t)

u

GS

(t)

R=∞

11

- Canal N :

Wzmacniacze FET i JFET
FET and JFET amplifiers

G

D

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

I

DS

u

DS

+E

u

GS

S

V

GSO

<0

V

GS

I

DS

0

u

GS

u

D

R

D

Properties

•

input current =0

•

very high input resistivity Re=∞

•

good linearity

•

used in preamplifiers of sensors (Re high)

•

Used in power amplifiers (higher power
efficiency)

But
•

Easy to damage

D

m

GS

D

v

R

g

u

u

G







g

m

R

s

U

GS

=-I

Ds

R

S

Input resistance of amplifier may be very high

Input u

G

(t)

Output u

DS

(t)

automatic polarisation

R

G

Tranzystory MOSFET MOSFET transistors

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

12

•

Podobne w działaniu do FET

similar as FET

•

4 Różne opcje, różniące się znakiem U

GS

o raz kierunkiem I

DS

Four configurations possible of U

GS

sign and I

DS

direction

•

Używane w układach impulsowych cyfrowych ,

Used in numeric logical circuits
•

szybkie działanie => najmniejsza konsumpcja energii

Faster in operation and smallest energy consumption

« Uklady elektroniczne, Nosal , Baranowski WNT 1998

Logical gates using MOSFET transistors

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

13

The upper transis

A

S

A

S

0

1

1

0

Ucc = (5-15 V)
For U

CC

=5V:

http://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/7.html

http://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/10.html

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

14

+E

u

s

B

E

C

u

e

Transistor as a swich = D class amplifier
Tranzystor jako klucz = wzmacniacz klasy D

R

c

V

CE

V

BE

I

C

I

B

b

+
E

+
E

B

S

B

S

u

e

u

s

t

t

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

15

Tranzystor jako klucz

Transistor acting as a swich

+E

u

s

B

E

C

u

e

t

+E

u

s

B

E

C

u

e

t

+E

u

s

B

E

C

u

e

npn

pnp

npn

Podsumowanie: w mechatronice

Summary : in mechatronics

B.Piwakowski Analog electronics Chapter III-2 Transistor amplifiers

16

• W układach automatyki wzmacniacze liniowe na tranzystorach

praktycznie nie są w użyciu, są raczej zastąpione przez wzmacniacze
operacyjne

In mechatronics linear amplifiers using transistors are no more used, they
are rather replaced by operation amplifiers

• Tranzystory znajdują zastosowanie we wzmacniaczach mocy oraz w

układach przełącznikowych kluczujących i realizacji interfejsów miedzy
rożnymi typami półprzewodników, w specjalnych przedwzmacniaczach, ,
wzmacniaczach wysokije czaestorliwosci (HF)

Transistors are used in power amplifieres and for commutation, switching
circuits and to interfaces between different semiconductor families
special preamplifiers

high frequency amplifiers and oscillators