wzmacniacze tranzystorowe all¾ta

Wzmacniacze tranzystorowe

1) Definicja
Tranzystor - trójelektrodowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego.

Wzmacniacz - układ elektroniczny, którego zadaniem jest wytworzenie na wyjściu sygnału o wartości większej, proporcjonalnej do sygnału wejściowego. Dzieje się to kosztem energii pobieranej z zewnętrznego źródła zasilania.

2) Klasyfikacja.

  1. NPN

  2. PNP

  1. JFET (złączowe)

    • ZÅ‚Ä…cze PN

    • ZÅ‚Ä…cze M-S

  2. IGFET (z izolowanÄ… bramkÄ…)

    • MOSFET

      • Z kanaÅ‚em zubożanym

      • Z kanaÅ‚em wzbogacanym

    • TFT (tranzystory cienkowarstwowe)

3) Pojęcia podstawowe: wzmocnienie, impedancja wejściowa i wyjściowa, pasmo przenoszenia

4) Miary wzmocnienia (chyba rozchodzi siÄ™ o typy?)

5) Analityczny i graficzny opis pracy wzmacniacza.

Bipolar


W wyniku przyłożenia napięć do elektrod tranzystora, elektrony jako nośniki większościowe przechodzą z emitera do bazy, gdzie stają się nośnikami mniejszościowymi i część z nich rekombinuje z dziurami wprowadzanymi przez kontakt bazy. Elektrony przechodzące przez złącze emiter-baza mają określone prędkości i jeżeli obszar bazy jest wąski, to prawie wszystkie przejdą do kolektora, gdzie staną się ponownie nośnikami większościowymi i zostaną usunięte z obszaru kolektora do obwodu zewnętrznego. Stosunek ilości nośników (elektronów) przechodzących do kolektora, do ilości nośników (elektronów) wstrzykiwanych z emitera do bazy, nazywamy współczynnikiem wzmocnienia prądowego i oznaczamy alfa. Przez złącze baza-kolektor płynie prąd związany z polaryzacją, tzw. Prąd zerowy kolektora – ICBO. Płynie on nawet wtedy gdy złącze baza-emiter nie jest spolaryzowane (IE = 0). Przez tranzystor płynie również prąd zerowy ICBO, gdy IB = 0.

FET

(Na przykładzie najczęściej spotykanej polaryzacji, tj. przy zwartym źródle i podłożu)
Jeżeli do bramki zostanie przyłożone napięcie dodatnie, to powstanie kanał wzbogacony, a jeśli ujemne, to powstanie kanał zubożony. W tranzystorze z kanałem wzbogaconym, wzrost napięcia UGS powyżej wartości napięcia progowego UT powoduje powstanie kanału.

Napięcie progowe UT jest to napięcie, jakie należy przyłożyć do bramki, aby powstała warstwa inwersyjna. Każdy następny przyrost napięcia UGS powoduje przyrost ładunku wprowadzanego przez bramkę, który jest kompensowany ładunkiem nośników powstającego kanału. W tranzystorze z kanałem zubożonym, wzrost napięcia UGS powoduje silniejsze zubożenie kanału, aż wreszcie przy pewnej jego wartości, równej tzw. napięciu odcięcia UGS off, kanał zanika.
Jeżeli napięcia UDS i UGS będą porównywalne, to prąd drenu będzie zależny liniowo od napięcia UDS. Kanał pełni wówczas funkcję rezystora liniowego. Dalszy wzrost napięcia UDS powoduje, tak jak w tranzystorze złączowym, spadek napięcia na rezystancji kanału. W okolicy drenu następuje zmniejszanie inwersji, aż do całkowitego jej zaniku. Mówimy wtedy o odcięciu kanału. Wartość napięcia UDS, przy której następuje odcięcie kanału nazywamy napięciem nasycenia UDS = UGS − UR

Dalszy wzrost napięcia UDS nie powoduje już wzrostu prądu drenu, ale wpływa na odcięcie kanału bliżej źródła. Mówi się wówczas, że tranzystor pracuje w stanie nasycenia.
Tranzystor MOSFET to tranzystor polowy, w którym bramka jest oddzielona od kanału cienką warstwą izolacyjną, najczęściej utworzoną z dwutlenku SiO2. Dzięki odizolowaniu bramki, niezależnie od jej polaryzacji, teoretycznie nie płynie przez nie żaden prąd. Praktycznie w tranzystorach JFET prądy bramki są rzędu 1pA - 10nA, a w tranzystorach MOSFET ok. 103 razy mniejsze. Dlatego też w tranzystorach JFET możemy uzyskać rezystancję wejściową układu równą 109 - 1012 Ω, a w przypadku tranzystorów MOSFET rezystancja wejściowa jest równa 1012- 1016.

6) Punkt pracy tranzystora.

7) Zasilanie tranzystorów bipolarnych !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Układ z potencjometrycznym
zasilaniem bazy

8) Układy pracy wzmacniaczy. Porównanie parametrów wzmacniaczy
w podstawowych układach (WE, WK, WB)

Układ pracy WE (OE) WC (OC) WB (OB)
Wzmocnienie napięciowe Duże 1 średnie
Wzmocnienie prądowe Średnie Duże <1
Impedancja wejściowa Średnia Duża Mała
Impedancja wyjściowa Duża Mała Duża

9) Sprzężenie zwrotne we wzmacniaczach tranzystorowych !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

10) Wzmacniacze wielostopniowe o sprzężeniu kondensatorowym.

Gdy jest wymagane wzmocnienie większe od możliwego do uzyskania w pojedynczym stopniu wzmacniającym (wzmacniaczu jednostopniowym), wówczas stosuje się wzmacniacze wielostopniowe, czyli składające się z wielu stopni pojedynczych. W takich wzmacniaczach poszczególne stopnie wzmac­niające są połączone tak, że napięcie wyjściowe stopnia poprzedniego jest jed­nocześnie napięciem wejściowym stopnia następnego. Takie połączenie poje­dynczych stopni wzmacniających jest nazywane połączeniem kaskadowym. Po­szczególne stopnie mogą być połączone bezpośrednio (wyjście stopnia poprze­dniego jest zwarte galwanicznie z wejściem stopnia następnego) -jest to wzma­cniacz ze sprzężeniem bezpośrednim, pojemnościowo (wyjście stopnia poprzed­niego jest połączone poprzez kondensator o odpowiednio dużej pojemności z wejściem stopnia następnego) - jest to wzmacniacz ze sprzężeniem pojemnościowym lub transformatorowo (sygnał wyjściowy stopnia poprzedniego jest przez transformator podawany na wejście stopnia następnego) -jest to wzmac­niacz ze sprzężeniem transformatorowym.

W dwustopniowym wzmacniaczu ze sprzężeniem pojemnościowym (rys. 8.20) rezystory RB1 i RC1 oraz RB2 i RC2 stanowią obwód polaryzacji usta­lający spoczynkowy punkt pracy tranzystorów T1 i T2. Kondensator sprzęgają­cy C2 zastosowano w celu oddzielenia napięć stałych występujących w pierw­szym i drugim stopniu (punkty pracy tych stopni są od siebie niezależne), natomiast kondensatory C1 i C3 oddzielają napięcia stałe występujące we wzmacniaczu od źródła sygnału i obciążenia (źródło sygnału i obciążenie nie wpływają na punkt pracy tranzystorów T1 i T2).

Wzmocnienie dwóch stopni połączonych kaskadowo, czyli wzmocnienie wypadkowe Au, jest równe iloczynowi wzmocnień poszczególnych stopni Au1 i Au2. Na podstawie rys. 8.20 można bowiem zaobserwować, że

$A_{u} = \frac{U_{3}}{U_{1}} = \frac{U_{2}}{U_{1}}\frac{U_{3}}{U_{2}} = A_{u1}A_{u2}$

Ponieważ moduł wzmocnienia jest często wyrażany w jednostkach logarytmicznych, więc zapisując


20 log|Au| = 20 log|Au1| + 20 log|Au2|

otrzymuje siÄ™


(Au)dB = (Au1)dB + (Au2)db

Z właściwości funkcji logarytmicznej wynika więc, że wypadkowe wzmocnienie wzmacniacza wyrażone w dB jest równe sumie wzmocnień (w dB) poszczególnych stopni. Poglądowo przedstawiono to na rys. 8.21a dla wzmacniacza składającego się z dwóch identycznych stopni o wzmocnieniu Au1 oraz częstotliwościach granicznych fd (dolna) i fg (górna).

11) Układy polaryzacji napięcia stałego.

Ni chu chu nie wiem o co chodzi :/

12) Układy przesuwania napięcia stałego.

13) Wzmacniacze różnicowe i wzmacniacze prądu stałego.

Wzmacniaczem prądu stałego nazywany jest taki wzmacniacz, w któ­rym oprócz składowych zmiennych sygnału jest wzmacniana również jego skła­dowa stała. Powszechnie używane określenie „wzmacniacz prądu stałego" wskazuje więc tylko na zasadniczą cechę wzmacniacza, jaką jest zdolność wzmacniania również sygnałów stałych, i nie jest zawężone wyłącznie do wzmacniaczy prądowych, lecz dotyczy także wzmacniaczy napięciowych. Wa­runek wzmacniania składowej stałej wyklucza możliwość stosowania we wzmacniaczach prądu stałego międzystopniowych sprzężeń pojemnościowych i transformatorowych. Możliwe jest więc stosowanie jedynie sprzężeń bezpo­średnich (galwanicznych) i stąd inna nazwa tych wzmacniaczy: wzmacniacze ze sprzężeniem bezpośrednim. Sprzężenie bezpośrednie powoduje jednak, że wszel­kie niepożądane zmiany składowych stałych napięć lub prądów (spowodowane np. temperaturowymi zmianami spoczynkowego punktu pracy tranzystorów) są nierozróżnialne i nie mogą być wyodrębnione i wyeliminowane z sygnału użytecznego. Tworzą więc wraz z szumami szkodliwe sygnały zakłócające, któ­re po wzmocnieniu w kolejnych stopniach powodują znaczne zmiany punktów pracy tranzystorów w stopniach następnych. Zjawisko to powoduje niestabilną (zmiana wzmocnienia) pracę wzmacniacza. Zastosowane w układzie dwustopniowego wzmacniacza prądu stałe­go (rys. 8.23a) ujemne prądowe sprzężenie zwrotne (rezystory RE1 i RE2) w celu stabilizacji prądu emiterów tranzystorów T1 i T2 (a więc ich punktów pracy) jest mało skuteczne, ponieważ sprzężenie to działa zarówno dla niepo­żądanego dryftu (pełzania) punktu pracy, jak i dla sygnału użytecznego. Sto­sunek sygnału użytecznego do sygnału zakłócającego spowodowanego dryftem punktu pracy nie ulega zatem poprawie. Lepsze pod tym względem właściwości ma układ ze sprzężeniem emiterowym (rys. 8.23b). Charakteryzu­je się on mniejszą wrażliwością na temperaturowe zmiany parametrów tran­zystorów.

Wzmacniacz różnicowy, jest to wzmacniacz z dwoma wejściami, w którym napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do różnicy napięć wejściowych. Podstawową cechą wzmac­niacza różnicowego jest zdolność wzmacniania różnicy wartości sygnałów po­dawanych na jego wejścia (czyli tzw. sygnałów różnicowych), tłumienia nato­miast ich wspólnej części (czyli tzw. sygnałów wspólnych). We wzmacniaczu tym istnieje więc możliwość wzmacniania małych sygnałów różnicowych na tle bar­dzo dużych sygnałów wspólnych. Układ wzmacniacza różnicowego z rys. 8.25 jest zbudowany z dwóch tranzystorów połączonych ze sobą emiterami (wzmac­niacz prądu stałego ze sprzężeniem emiterowym) ze stabilizacją prądu emite­rów tranzystorów T1 i T2 za pomocą wspólnego rezystora RE. Bazy tranzysto­rów stanowią dwa wejścia wzmacniacza, a ich kolektory - wyjścia. Układ może być sterowany niesymetrycznie, tzn. sygnał z jednego źródła jest podawany względem masy na jedno z wejść, podczas gdy drugie wejście ma ustalony potencjał (np. potencjał masy układu) lub symetrycznie, gdy sygnał użyteczny jest podawany między oba wejścia (praktycznie jest to sterowanie z dwóch źródeł, a wzmacnianym sygnałem użytecznym jest różnica sygnałów tych źró­deł). Jeżeli sygnał wyjściowy jest pobierany tylko z kolektora tranzystora T1 (węzeł A) lub z tranzystora T2 (węzeł B) względem masy układu, to wzmacniacz ma wyjście niesymetryczne. Jeżeli natomiast sygnałem wyjściowym jest różnica napięć między węzłami A i B, to wzmacniacz ma wyjście symetryczne.

Układ charakteryzuje się małym dryftem temperaturowym, gdyż spo­wodowane temperaturą zmiany punktów pracy obu tranzystorów następują współbieżnie i niepożądany sygnał wyjściowy (dla wyjścia symetrycznego) zależy tylko od różnic między parametrami tranzystorów. Gdy tranzystory T1 i T2 są identyczne (tzn. mają takie same charakterystyki przejściowe IC(UBE) oraz jednakowe wzmocnienia prądowe β) i rezystancje RC1 i RC2 mają takie same wartości, wówczas przy jednakowych napięciach wejściowych U1 = U2 napię­cia w węzłach A i B mają tę samą wartość, a więc różnicowe napięcie wyj­ściowe jest równe zeru. Jeżeli napięcie U1 jest nieco większe od U2, to prąd kolektora tranzystora T1 jest większy od prądu kolektora tranzystora T2, a więc wskutek większego spadku napięcia na rezystancji RC1 potencjał w węźle A jest niższy niż w węźle B. Przy odwrotnej relacji napięć wejściowych zmieni się znak różnicy napięć między węzłami A i B, na wyjściu symetrycznym zatem pojawia się napięcie UAB proporcjonalne do napięć wejściowych


UAB = UA − UB = AuS(U1−U2)

Gdzie AuS jest wzmocnieniem dla wyjścia symetrycznego


AuS = −gmRC

Przy czym


$$g_{m} = \frac{I_{C}}{\varphi_{T}} \approx \frac{I_{E}}{\varphi_{T}}$$


RC = RC1 = RC2

Wzmocnienie dla wyjścia niesymetrycznego AuN jest dwa razy mniejsze
AuN = −gmRC/2 niż dla wyjścia niesymetrycznego. W obydwu przypadkach wzmocnienie jest jednak proporcjonalne do prądu emitera. Jeżeli napięcie U1 jest większe od napięcia U2 (dodatnie względem U2), to napięcie węzła A względem węzła B jest ujemne, czyli jest w przeciwnej fazie niż napięcie U1. Wejście WE1 ma więc właściwości wejścia odwracającego fazę. Jeżeli natomiast napięcie U2 jest większe od napięcia U1, (dodatnie względem U1), to napięcie węzła A względem węzła B jest również dodatnie, czyli jest w fazie z napięciem U2. Wejście WE2 ma więc właściwości wejścia nie odwraca­jącego fazy.

Jeżeli napięcia na obu wejściach są jednakowe, to napięcie na wyjściu symetrycznym powinno być równe zeru. Na wyjściach niesymetrycznych A i B istnieją jednak napięcia różne od zera względem masy. Zmiany tych napięć w zależności od napięć wejściowych U1 i U2 są określone wzmocnieniem układu AuW dla tzw. sygnału wspólnego Uw = (U1 — U2)/2, przy czym


$$A_{\text{uW}} = - \frac{R_{C}}{{2R}_{E}}$$

Gdy wzmocnienia AuW tranzystorów dla sygnału wspólnego są różne, wówczas przy U1 = U2 napięcie na wyjściu symetrycznym jest różne od zera. Napięcie to będzie tym mniejsze, im mniejsze będzie wzmocnienie układu dla sygnału wspólnego, czyli im silniejsze będzie ujemne sprzężenie zwrotne na rezystorze RE, a więc im większa będzie wartość tego rezystora. Można to osiągnąć zastępując rezystor RE źródłem prądowym charakteryzującym się dużą wartością przyrostowej rezystancji wewnętrznej (rys. 8.26).

Jednym z ważniejszych parametrów wzmacniacza różnicowego jest współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (oznaczany również skrótem CMRR) definiowany jako iloraz wzmocnienia dla sygnału różnicowego i wzmocnienia dla sygnału wspólnego.


$$CMRR = \frac{A_{\text{uN}}}{A_{\text{uW}}} \approx g_{m}R_{E} \approx \frac{I_{E}R_{E}}{\varphi_{T}}$$

Wartość współczynnika CMMR powinna być jak największa

14) Parametry małosygnałowe i analiza macierzowa.


Wyszukiwarka