View
315
Download
9
Category
Preview:
Citation preview
1 / 11
DISPOZITIVE ELECTRONICE 2 C Prof.dr.ing. Gabriel Oltean
2 / 11
Obiectivul cursului
Dezvoltarea abilitilor pentru:
analiza i nelegerea principiilor de funcionare ale dispozitivelor electronice
utilizarea dispozitivelor n diverse circuite electronice analiza i (re)proiectarea de circuite electronice
simple
3 / 11
Descriere curs
structur unitar - aceeai metodologie de tratare pentru dispozitivele electronice : diode, tiristoare, amplificatoare operaionale i tranzistoare.
principiul de funcionare - model puternic simplificat (ideal).
se revine cu modele mai complexe, sau se studiaz efectele proprietilor neideale i eventuale mijloace de contracarare a lor.
4 / 11
sunt deduse modurile de utilizare ale fiecrui dispozitiv: n comutare (toate dispozitivele), respectiv n conducie permanent (diode) sau ca amplificator (amplificatoare operaionale i tranzistoare).
pentru fiecare dispozitiv este analizat mai nti modul de utilizare n comutare, iar mai apoi modul de utilizare n conducie permanent sau ca amplificator.
utilitatea dispozitivelor electronice: aplicaii reprezentative.
Descriere curs
5 / 11
ContinutFUNDAMENTE
Semnale electrice Relaii si teoreme de circuite electriceCondensatorul i bobina Generalizarea relaiilor si teoremelor de circuite electrice Circuite RC - rspunsul n frecven si in timp
Diode: Tipuri, principiul de functionare, caracteristici,
parametri. Circuite cu diode. Dioda ZenerTIRISTOARE
6 / 11
Continut
Amplificatorul operational (AO): AO ideal, principiul de functionare,
caracteristici, parametri. Moduri de utilizare Comparatoare de tensiune cu AO.
Amplificatoare cu AO.
7 / 11
Continut
Tranzistoare (cu efect de camp sibipolare): Tipuri, principiul de functionare,
caracteristici, parametri. Circuite cu tranzistoare in comutare. Polarizarea tranzistoarelor (PSF). Amplificatoare fundamentale cu
tranzistoare.
8 / 11
Desfasurare activitate curs
Implicare cat mai mare a studentilor Fiecare student pregateste (invata) apriori tematica cursului Curs: prezentare teorie, dezbatere, intrebari, comentarii, schimburi
de idei, rezolvare probleme, etc.
http://www.bel.utcluj.ro/dce/didactic/de/de.htm prezentari de curs lucrari de laborator tematica pentru examenexemple de probleme date la examenediverse
9 / 11
10 / 11
Examen scris final (E) + Laborator (L) + Teste (T) E: scris teorie 30% + probleme 70%: 010 puncte L: prezenta integrala + activitate: 010 puncte T: 3 teste la curs: 010 puncte
Notare
E 4 pL 5 p
Nota =1 4.49respins
0,6E+0,2L+0,2T 4.5
DaDa
Nota=0,6E+0,2L+0,2T+1Admis
Da
10 /10
11 / 11
1 / 20
Fundamente
Text integral
2 / 20
Scopul capitolului:
S fim narmai cu mijloace iinstrumente de lucru tocmai potrivitepentru nelegerea principiilor defuncionare ale dispozitivelor electronice ia principalelor lor aplicaii.
3 / 20
Coninut
semnale electrice
relaiile i teoremele utilizate n circuitele electronice
surse de tensiune i curent
componentele pasive
circute RC - comportare in frecventa si in timp
4 / 20
Semnale electrice
5 / 20
Surse. Notaii
6 / 20
Relatii si teoreme de circuite electrice
Legea lui Ohm Teoremele lui Kirchhoff (TKV si TKI) Conectarea rezistoarelor Divizoare rezistive
7 / 20
Metoda suprapunerii efectelor
V0 = V01+V02
8 / 20
Teorema lui Thevenin (generatorul echivalent de tensiune)
9 / 20
Teorema lui Millman (poteniale la noduri)
?=NV
Teorema lui Millman (poteniale la noduri)
10 / 20
Puterea. Transferul de putere
11 / 20
Condensatorul si bobina
Relaia tensiune curentConectarea serie i paralelComportarea n ccComportarea n ca
12 / 20
Circuit RC cu sursa de tensiune
)()1()0()( +=
C
tt
CC veevtv
ttitdvC CC = )()(Ecuaia condensatorului
13 / 20
Circuit RC cu sursa de tensiune
)()1()0()( +=
C
tt
CC veevtv
14 / 20
Circuit RC - rspunsul n timp
( ) ( ) ( )tvtvdt
tdvRC IOO =+
?)( =tvO
)()()( tvtvti OI =
dttdvCti
dttitCdv
O
O
)()(
;)()(
==
( ) ( )tvtvtRi IO =+)(
15 / 20
10;
25 TT
16 / 20
A
A
B
B
T>> Calculeaza valoarea medie a tensiunii de intrare
17 / 20
ncrcarea C la curent constant
ItC
tvC1)( =
18 / 20
Comportarea n c.a.
bobinpentru ;X
rcondensatopentru ;1
L LC
XC
==
Reactana
Impedana ( )CL XXjRZ +=LLCC jXRZ;jXRZ +==
LjZCj
Zc L == ;1
Elemente reactive ideale
19 / 20
Circuit RC - rspunsul n frecven
RCjjF += 1
1)(2)(1
1)(RC
jF +=
)()( RCarctg =
20 / 20
Reprezentarea rspunsului n frecven
RCjjF += 1
1)(
FTJ
1/5
Dioda semiconductoare
2/5
Introducere
Simbol Asocierea
sensurilor pentru
curent
i
tensiune
3/5
Dioda
idealModelul
ideal (dioda
ideal ) conine
doar
proprietatea
de conducie
unilateral
a curentului
Caracteristica diodei ideale
4/5
Dioda
ideal
se comport
ca un comutator
automat
care interzice
total trecerea
curentului
dac
tensiunea
la borne este
negativ
(b), respectiv
permite
trecerea
curentului
dac
tensiunea
la borne tinde
s
devin
pozitiv
(c).
Dioda
ideal
Modele
echivalente
ale D ideale
Conductie Blocare
5/5
Regimuri
de functionare
Regim
de comutare
-
dispozitivul comut (automat, semicomandat
sau comandat) ntre dou stri extreme:
blocare, cnd mpiedic complet trecerea curentului
conducie puternic cnd permite trecerea curentului, valoarea acestuia fiind stabilit de alte elemente din circuit (surse, R, C,etc.)
Regim
de conducie permanent (moderat)
cnd dispozitivul controleaz (determin) valoarea diferit de zero a curentului ce trece prin el.
1/12
Dipori DR n comutare
Analiza diporilor
DR
CSTV
-
caracteristica static de transfer n tensiune
se consider toate situaiile posibile din combinarea strilor de conducie i blocare ale diodelor n circuit
pentru fiecare situaie se determin :
schema echivalent
valoarea vO
domeniul de valori ale
vI
pentru situaia respectiv
se deseneaz CSTV.
2/12
Exemplificare
0=Ov0Iv
0=Di 0=Dv
3/12
=Ov0Iv0
CSTV Caracteristica statica
de transfer in
tensiune
4/12
5/12
Alte
modaliti de conectare Inversarea locului diodei si rezistenei Iesirea de pe D
Important
Niciodat nu vom conecta o surs de tensiune astfel nct n timpul functionrii normale a circuitului s fie pus n scurtcircuit
?Diport DR, conectare paralel
?
Structura echivalent pentru 0>Ivsituaie de avarie
6/12
Dipori cu rezisten de sarcina
Aceasi
CSTV
Comparatie
7/12
Modelul
diodei
cu cdere
de tensiune
constant
in conductie
Pentru
polarizarea direct vD
>0:
cnd vD0
8/12
Efectul
cderii
de tensiune
pe
dioda
in conducie
9/12
10/12
Aplicaii ale diporilor
DR
Redresoare monoalternan
11/12
Selector de impulsuriAplicaii ale diporilor
DR
12/12
Aplicaii ale diporilor
DR
Limitatoare de tensiune
1/8
Multipori
DR n
comutareMultipori
de maxim spaial
vA < vB
vO = vB vA > vB
vO = vAvO (t)= max(vA(t); vB
(t))
2/8
vO = max(vA , vB , 0).
vO = max(vA 0,7; vB 0,7V; 0).
D-
idealaD
cu cadere
de tensiune
3/8
Multipori de
minim spaial
vO (t) ?
vO = min(vA, vB , VAl )
vO = min(vA + 0.7V, vB + 0.7V, VAl )
4/8
Aplicaii ale multiporilor
DR
Redresare
dubl
alternanta
VI
>0V VI
5/8
Alimentarea de rezerv de la acumulator
6/8
Circuite
logice
DRSemnal
analogic
logic
0 logic fals
sczut
sau
sau
1 logic adevrat
ridicat
0V
0logic10V1logic
7/8
Circuit SAU
cu dou
intrri
8/8
Circuit si
cu trei
intrri
1 /13
Dipori DC n comutare
Propriettile de regim static (cum ar fi CSTV) ale diportului DC nu prezint interes n aplicaii.
Este util s studiem comportarea lor n domeniul timp n regim variabil
Dipori DC de extrem temporal
vD
tinde s fie pozitiv, dioda conduce, vC
(t) crete
vD
2 /13
vD (t) = vI
(t) vO
(t)
Detector de varf pozitiv
3 /13
Dipori DC de translatie
vO(t)=vI(t)-vC
(t)
Translatie spre valori negative
4 /13
Translatie spre valori pozitive
vO =
vI+vCVC > 0
5 /13
Aplicaii ale diporilor DC
Dublor de tensiune varianta
1
6 /13
Dublor de tensiune varianta
2
7 /13
V01
V
-
V02
D1D1N4448
Vi
PER = 1ms
V1 = +5VV2 = -5V
D2
D1N4448
V
+
C222n
0
V V
C1
22n
V
8 /13
C1
22n
0
C222n
V01
V
-
V
Vi
PER = 1ms
V1 = +5VV2 = -10V
V
V02D2
D1N4448
V
D1D1N4448
V
+
9 /13
Triplorul de tensiune - facultativ
10 /13
Redresoare cu filtru capacitiv
RC >> T
pentru IVv
11 /13
Exemplificare
VVI 10 = f=50Hz, =100LR 5.1
12 /13
Demodulator pentru modularea
n amplitudine
13 /13
Restabilirea componentei continue - facultativ
Ca i aplicaie considerm un semnal dreptunghiular care a fost transmis pe o linie cu cuplare capacitiv. Datorit cuplrii capacitive semnalul i-a pierdut componenta continu iniial. Dup trecerea prin circuitul de translaie spre valori pozitive nivelul de curent continuu al semnalului este restabilit.
1 /14
Circuite cu diode n conducie permanent
Curentul prin diod i tensiunea pe diod sunt legate prin ecuaia de funcionare a diodei
o cdere de tensiune pe diod determin valoarea curentului prin ea
o valoare a curentului prin diod determin cderea de tensiune pe ea
2 /14
Caracteristica diodei
Caracteristica
curent-tensiune, pentru o diod semiconductoare cu Si.
3 /14
)1( = TD
nVv
SD eIiIS
-
curentul de saturaie
qKTVT = tensiunea
termica
mV25=TV la temp ambianta (aprox
20O
C)
n=2 pentru diode discrete n=1 pentru diode din CI
SD Ii >>
T
D
nVv
SD eIi
Polarizare
direct
Ecuatia
este
valabila
in regiunea
de polarizare
directa, vD
> 0.
4 /14
T
D
nVv
SD eIi IS , VT -
depind
direct de temperaturala curent constant, la o cretere a temperaturii cu
10C , tensiunea pe diod
scade cu 2mV
C2mV/=CT
cstIDD DTTCTTvTv += )()()( 1212
Dependena de temperatur
5 /14
ID =?
VD =?
Ecuaie
transcendent
Dou
metode
aproximative
de rezolvare:
1.
Metoda
grafic
2.
Metoda
analitic
(aproximri
succesive)
Analiza circuitelor cu diode
T
DnVV
SD eII =DDI VRIV +=
T
DnVV
SDI eRIVV =
6 /14
Metoda grafic
T
DnVV
SD eII =
DDI VRIV +=Ecuatia
dreptei
de sarcina:
Ecuatia
diodei:
7 /14
Metoda
graficEfectul
rezistentei
asupra
PSF (punct
static de functionare)
8 /14
1.
Se consider
o valoare iniial a tensiunii pe diod, de ex.
VD(0)
=0,7V
i
se determin
curentul
prin
diod
ID(0)
folosind
ecuaia
dreptei
de sarcin.
(VD(0), ID(0))
soluia
initiala
2.
Cu valoarea
ID(0)
se calculeaz
tensiunea
pe
diod
din ecuaia
diodei
VD(1), apoi
curentul
ID(1)
din ecuaia
dreptei
de sarcin.
(VD(1)
, ID(1))
soluia
dupa
prima iteraie
Astfel
am parcurs
o iteraie. Dac
este
necesar
o precizie mai bun se mai efectueaz alte interaii.
Metoda
analitic
In analiza manuala, rapida se utilizeaza
in general solutia initiala !
9 /14
VVD 7,0)0( =
V635,0nA14mA6,4ln025,02ln
)0()1( ===
S
DTD I
InVV
mA73,45,0635,03)1()1( ===
RVVI DID
Se considera
VI
=3V, R=0,5K, iar
D este 1N400x cu IS
=14nA i n=2.
RVVI DID
=S
DTD I
InVV ln=
6,45,0
7,03)0( ==DI mA
Metoda
analitic
- Exemplu
V637,0nA14mA73,4ln025,02ln
)1()2( ===
S
DTD I
IVnV
mA726,45,0637,03)2()2( ===
RVVI DID
10 /14
Parametrii statici se definesc in regim static (c.c.)
Parametrii difereniali se definesc in regim variabil(parametrii de semnal mic)
Parametrii diodei
Parametrii
se definesc
in punctul
static de functionare
(PSF)
11 /14
Parametrii statici
rezistena static
a diodei
D
D
DD V
Ir
g == 1
Exemplu:
Q1
(0,7V; 16,8mA)
Q2
(0,65V; 2,3mA)
== 428,16
7,01Dr
== 2833,2
65,02Dr
gD1
=24mS
gD2
=3,5mS
conductana static
a diodei
Cu cresterea curentului, dioda este in conductie mai
puternica, asadar rezistenta statica este mai redusa.
D
DD I
Vr =Q
12 /14
Aproximarea
de semnal
mic: regiune
liniar
in jurul
lui
Q
Parametrii difereniali
(de semnal
mic)
vD
(t)=
VD
+vd
(t)iD
(t)=ID
+id
(t)
Un semnal
variabil
mic
este
suprapus
peste
marimile
de cc
Qd
dd i
vr =
D
Td I
nVr =
Rezistenta diferentiala:
QD
Dd i
vr =
OPTIONAL
13 /14
Interpretarea rD
i rd
Modelarea
diodei
in PSF
semnal
mic
(variatii)curent
continuu
OPTIONAL
14 /14
Exemplificare
a)
Care este
circuitul
echivalent
in curent
continuu?
b)
Considerand
Q(0,64V; 4,7mA), ce
valoare
are rezistenta
statica?
c)
Ce
valoare
are rezistenta
de semnal
mic
in Q?
d)
Care este
circuitul
echivalent
pentru
variatii?
e)
Cum arata
cronogramele
vD
(t), si
iD
(t)?
vi
OPTIONAL
1 /8
Dioda
Zener
Z
Z
Z
Z
Z
Ii
Vv
F
=
Z
zZ r
rF =
Factorul relativ de stabilizare al DZ
2 /8
Pentru
trei
diode de 0,4 W la acelai
curent
nominal IZ = 5 mA avem
:
1) DZ 3V6 VZ = 3,6V; rzmax = 95; rZ = 0,72 K2) DZ 5V1 VZ = 5,1V; rzmax = 60; rZ = 1,02 K3) DZ 10 VZ = 10V; rzmax = 15; rZ = 2 K
132,072095
1 ==ZF
059,01020
602 ==ZF
0075,0200015
3 ==ZF
Exemplu
3 /8
Z
dZ V
PI maxmax =
Domeniul
de stabilizare
al DZ
4 /8
Diodele Zener au un coeficient de temperatur CT care depindeatt de tensiune ct i de curentul la care lucreaz. Diodele cu efect Zener (25V) au un coeficient de temperaturnegativ (la creterea temperaturii scade VZ,). Diodele cu multiplicare n avalan au coeficient de temperaturpozitiv.
n particular diodele Zener cu VZ = 5,1V, au CT~0mV/C la curent mic. Pe de alt parte pentru DZ de 6,8V, au CT ~ 2mV/C.
Dependena
de temperatur
Echivalentul
unei
diode Zener de 7,5V cu coeficientul
de temperatur
foarte
sczut.
5 /8
Stabilizator parametric de tensiune studiem la CEF
Referinta de tensiune
Limitatoare duble de tensiune
Ajustarea nivelului de curent continuu al unuisemnal variabil
Aplicaii
ale DZ
6 /8
Io
7 /8
Limitatoare
duble
de tensiune
8 /8
Ajustarea
componentei
continue a unui
semnal
variabil
1 / 5
Amplificatoare
operationale
(AO)
CI ce conin un numr relativ mare de tranzistoare icomponente pasive (n general rezistoare) pe aceeaipastil de siliciu (popularul 741 conine 24 T, 12 R, 1C);
Sunt mpachetate n diverse capsule de plastic sau metal ce prezint mai multe terminale (8,14 sau 16);
Foarte populare datorita versatiliatii lor; AO are caracteristici la terminale care il fac sa se
comporte ca un amplificator (aproape) ideal;
Optimizate pentru vitez / precizie / zgomot redus / consum redus / amplificare mare / excursia maxim a ieiri (linie la linie) / stabilitate termic / tensiuni reduse de alimentare, etc;
Studiul din p.d.v. al caracteristicilor la terminale si al principalelor aplicatii
2 / 5
Terminalele
AO
Conectarea
in circuit
n multe circuite nu se deseneaz terminalele de alimentare ale AO ci doar intrrile i ieirea, considerndu-se implicit c exist o alimentare corect.
Observatie:
3 / 5
Funcionarea AO_vvvD = +
DO avv =Modelul
pentru
variatii
tensiunea
de intrare
dac nici una dintre intrri nu este legat la mas nu avem un terminal comun ntre intrare i ieire
rezistenta
de intrare
rezistenta
de iesire
sursa de tensiune comandata in tensiune(STCT) - pseudosursa
Dv
4 / 5
AO ideal
Rezisten de intrare ri=. Aceasta are ca efect faptul c AO nu absoarbe curent pe intrri: i+=i-=0
Rezistena de ieire ro=0. Aceasta nseamn c tensiunea de ieire este independent de curentul furnizat n sarcin.
Banda de frecven infinit B=, adic amplificarea a este constant n tot domeniul de frecvene, inclusiv n cc.
Amplificarea infinit: a=
5 / 5
?
Care este valoarea tensiunii de iesire, avnd n vedere ecuaia de funcionare a AO, care devine: vO
=avD
=vD
?
Utilizarea ca si comparator, n comutare. vD
>0; vO +, vO
va fi limitat vO
=VOH
+VAl
vD
1 / 11
AO
comparatorAO este
utilizat
in comutare
=> comparatoare cu AO
Comparator
de tensiune:
circuit care semnalizeaz prin dou valori diferite ale tensiunii de ieire starea relativ a dou tensiuni aplicate la intrare
9 compararea tensiunilor: prin semnul diferentei dintre ele9 in functie de semn, comparatorul raspunde cu una sau altadintre cele doua valorile disponibile la iesire
9 pentru comparator putem considera o singur intrare i anume diferena ntre v+ i v-, adic vD
vD >0, adic v+>v- , vO =vOHvD
2 / 11
Potrivit
pentru
AO linie-la-linie
Modelare
AO in comutare
CSTV ?
3 / 11
Comparatoare
simple
Comparatoare simple, fara reactie, cu o singuratensiune de prag;
Comparatoare cu histerezis (cu reactie pozitiva), cu douatensiuni de prag;
Tensiunea
de prag VP
:
acea valoare particular a tensiunii de intrare
vI
pentru care are loc comutarea tensiunii
de iesire, (pentru care vD
=0).
Determinarea
tensiunii
de prag:
se determina
expresia
vD se pune
conditia
vD
=0
si
se inlocuieste
vI
cu VP se determina
VP
4 / 11
neinversor
Comparatoare cu VP
= 0
0;0
0;
===
===+
+
PD
ID
I
D
Vv
vv
vvv
vvv
5 / 11
inversor
Comparatoare cu VP
= 0
Cum arata
tensiunea
de iesire
daca
tensiunea
de intrare
este
o tensiune
sinusoidala
cu amplitudine
de
3V si
alimentarea
este ?V12= AlV
6 / 11
Comparatoare cu VP
0
AlREF VRRRV
21
1
+=
i+
7 / 11
Exemplificare
Reproiectare:
9 inversor9 Vp= +6V
? CSTV
? vO
(t)
8 /11
AO speciale
pentru
comparatoare
amplificatoarele operaionale uzuale comparatoare clas special de AO destinate utilizrii ca i
comparatoare, cum ar fi: LM 306, LM 311 ,LM 399, LM 393, LM 339 :
tensiuni difereniale de intrare mari rspuns foarte rapid (vitez foarte mare de cretere
a tensiunii de ieire)
uzual comparatoarele au ieirea de tip colector ngol (necesita conectarea la ieire a unei rezisteneexterne R ctre un potenial pozitiv)pot prezenta terminal de mas, care nu se
ntlnete la AO uzuale
9 /11
Aplicaii
ale comparatoarelor
simple
Circuite logice Interfaare ntre circuite analogice i circuite
logice Formarea de semnal dreptunghiular din semnalul
sinusoidal (sau triunghiular) Indicator optic de nivel Modularea n durat a impulsurilor Circuitele de semnalizare i comand, convertoare
analog-digitale, circuite de modulare a impulsurilor n lime, etc.
10 /11
Indicator optic de nivel
11 /11
Interfaare
ntre
circuite
analogice
i
circuite
logice
Circuit logic
1/8
Comparatoare
cu histerezis
Comparatoarele
simple, fr
reacie
au dou
dezavantaje:
Pentru un semnal de intrare cu variaie lent comutareaieirii dintr-o valoare n alta poate fi lent.
Dac semnalul de intrareconine zgomot la ieire vomavea comutri multiple nedorite, cnd semnalul de intrare trece prin valoarea de prag.
Nu mai
sunt
comutari
nedoriteCum implementam
aceasta
CSTV
?
2/8
Solutie:
Doua praguri de comparare VPH si VPL Doua valori distincte ale vO: VOH si VOL comutarea are loc la VPH numai daca vO=VOH comutarea are loc la VPL numai daca vO=VOL
Valorile
tensiunilor
de prag
sa
depinda
de valoarea
tensiunii de iesire
Tensiunea
de iesire
adusa
la intrare: reactie
pozitiva
(sa
intareasca
efectul):
aducerea unei fraciuni din tensiunea de ieire la intrareaneinversoare a AO prin intermediul unui divizor rezistiv
3 / 8
Comparator inversor cu histerezis
I
O
vv
vRR
Rv
=+=
+
_21
1
IOD vvRRR
v += 211
OHPH VRRRV
21
1
+=
OLPL VRRRV
21
1
+=
POD VvRRRv =+= 21
10
CSTV ?
Iv
Ov
4 / 8
( )OLOHPLPHP VVRRRVVV +== 21
1
sensul de parcurgere al histerezisului la un anumit moment este activ doar un singur prag comparatoarele cu histerezis sunt circuite bistabile semnalul de intrare declaneaz aciunea de comutare a ieirii, procesul de comutare fiind continuat de reacia pozitiv:consideram
vO
=VOL
, vI
>VPL
vI ; cand
vI trece
prin
VPL:vI , vD
, vO ,
v+, vD
,
vO
RP
procesul
va
continua de la sine datorit
RP pn
cnd
ieirea
ajunge n
cealalta
stare, VOH
comutare
rapid
circuite basculante bistabile (CBB) sau trigger Schmitt
5 / 8
CSTV ?
Exemplificare
6 / 8
REFO VRRRv
RRRv
21
2
21
1
+++=+
IREFOD vVRRRv
RRRvvv +++==
+21
2
21
1
REFOHPH VRRRV
RRRV
21
2
21
1
+++=
REFOLPL VRRRV
RRRV
21
2
21
1
+++=
Circuit ?
Comparator inversor
cu praguri
nesimetrice
Comparator inversor
cu praguri
nesimetrice
7 / 8
Comparator neinversor cu histerezis
021
2
21
1 +++==+
IOD vRRRv
RRRvvv
021
2
21
1 =+++ PO VRRRv
RRR
OP vRRV
2
1=
OHPL VRRV
2
1=
OLPH VRRV
2
1=
8 / 8
REFIOD VvRRRv
RRRvvv +++==
+21
2
21
1
Exemplificare
1/11
AMPLIFICATOARE ELECTRONICEAmplificatorul electronic:
triport
activ ce furnizeaz la ieire un
semnal xo
(t) (tensiune sau curent) cu aceeai form de variaie
n timp ca
a semnalului de intrare xi
(t) i care este capabil s furnizeze o putere mai mare
dac lucreaz pe o sarcin adecvat..
)t(xA)t(x io =
Circuit liniar: x0 proportional cu xi
A0 neinversor
A - amplificare
2/11
Alimentarea amplificatoarelor cu surse de tensiune continu i/sau surse de curent continuu. mai frecvent cu surse de tensiune
Alimentare
unipolara
Alimentare
bipolara
(diferentiala
simetrica)
3/11
Circulaia i bilanul puterilor puterea medie a semnalului de ieire Pout este mai mare dect puterea medie a semnalului de intrare Pin.
Surplusul de putere la ieire este preluat din sursele de alimentare
Palim
+Pin
=Pout
+Pdisipat
Palim
Pout
+Pdisipat
=Pout
/Palim
un transformatorridictor de tensiunenu este amplificator
4/11
Tipuri de amplificatoare
5/11
CSTV amplificator in tensiune, alimentat diferential simetric
( )OHOLOv
OH
v
OLI
V;Vv
;A
V;
AV
v
regiunea activa (de amplificare):
VOL
=-VAl
VOH
=+VAl
AO linie la linie (barala bara, rail-to-rail):
( )AlAlO V;Vv +
AO uzuale
V)2V1
V2V1(
...V
;...Vv
Al
AlO
++
QI
Ov dv
dvA = amplificator ideal:
6/11
Observaie:
Semnalul de intrare suficient de mic pentru ca
amplificatorul s lucreze n regiunea liniar din jurul PSF: aproximare de semnal mic
Transferul semnalului de amplificat
7/11
Modele ale amplificatoarelor diport: se refer explicit doar la comportarea la porile de intrare iieire, alimentarea fiind considerat implicit valabile indiferent de complexitatea intern a amplificatoarelor pecare le modeleaz valabile n domeniul frecvenelor din banda de trecereSurse
comandate
liniare
(SCL)
dipori activi - un singur parametru finit i nenul: transferul direct semnalul de iesire este comandat de semnalul de intrare pseodosurse
Exemplu: STCT
vO
= av
vi
8/11
Modelarea amplificatorului in tensiuneRi
-
va
absoarbi
curent
de la sursa
de semnal,Ro -
diminuarea
tensiunii
de iesise
la lucrul
in sarcina
i
ov v
va =
s
ov v
vA =
voL
L
is
iv aRR
RRR
RA ++=
Conectarea amplificatorului cu o sursa reala de semnal si cu sarcina
Amplificator ideal ?
9/11
Av
este cu att mai apropiat de amplificarea la mers n gol av
cu ct se reduc pierderile de tensiune la intrare (pe Rs
) i la ieire (pe Ro
)
Ri>>Rs - toat tensiunea sursei sa ajung la intrarea amplificatorului Ro
10/11
Determinarea parametrilor amplificatoarelor
amplificarea (factorul de transfer direct) rezistenta de intrare rezistenta de iesire
Amplificarea analiza circuitului folosind teoreme i relaii de circuite electrice (Kirchhoff, Ohm, etc.) i ecuaii ce descriu funcionarea dispozitivelor active. se determin mrimea de ieire n funcie de cea de intrare i prin raportul lor se deduce amplificarea
Rezistenta
de intrare
i
ii i
vR =
11/11
Rezistena de ieire Se pasivizeaza sursa de semnal de intrare Se aplica la iesire o sursa de test
test
testo i
vR =
sco
goloo i
vR
,
,=
1.
2.gol scurtcircuit
1/16
AO
amplificator
Utilizarea ca amplificator vO(VOL ; VOH) este necesar ca vD=0. Apare o nedeterminare:
vO=avD=0 vD poate fi inut la 0 prin conectarea unor impedante n
exteriorul AO ntr-o configuraie cu reacie negativ. Aceste impedante mpreun cu AO menin vD la zero i stabilesc valoarea tensiunii de ieire amplificatoare cu AO
vO
=avD
=vD
2/16
AO cu reactie
negativa
-
amplificator
Ce
posibilitati
avem
pentru
conectarea
intrarilor
?
RN, mentine
automat
vD
la zero
= DODD vvvvv ,,,0
3/16
CSTV ?
Amplificator neinversor
OvRRRv
21
1
+=
021
1 =+==+
OID vRRRvvvv
OI vRRRv
21
1
+= 121
RR
vvA
I
Ov +==
4/16
i
i
Alta metoda
de a determina
amplificarea
amplificarea este dat doar de raportul a dou rezistene valoare precis a amplificrii amplificarea este independent de AO, nefiind
influenat de dispersia tehnologic a valorilor parametrilor AO.
consecin direct a folosirii RN n cazul unui amplificator cu amplificare proprie foarte mare ( a in cazul AO)
0=DvIvv =+ Ivv =
acelai curent prin R1
i R2
1
21RR
vv
AI
Ov +==
5/16
Rezistentele
de intrare
si
de iesire
se determina
pe
modelul
echivalent
vI
vede ntrerupere, deci
Ri
=
0===gol
sc
gol O
O
Oo
v
i
vR
6/16
Exemplificare
Modelul
echivalent
al amplif.
vO
(t) pentru
vI
(t) triunghiulara
cu amplitudunea
1,5V axata
pe
zero
vO
(t) pentru
vI
(t) triunghiulara
cu
amplitudinea
2V
axata
pe
0,5V ?
CSTV
Av =?Av
=6
7/16
Reglarea
amplificarii
Ce
se obtine
pentru
valori
extreme (0 sau
) ale rezistentelor
pentru
amplificatorul
inversor
?
1
21R
PRAmaxv
++=PR
RAminv ++= 1
21
1
21max R
RAv +=
0min=vA
stanga extrema la cursorul
0 daca? 1 == RvO
8/16
Repetor
de tensiune
RN total nu exist amplificare n tensiune amplificare infinit n curent etaj tampon pentru a conecta o surs (sau ieirea unui
circuit electronic) cu rezistena de ieire mare (poate debita curent redus) cu o rezistent de sarcin sczut (care solicit curent mare).
IO vv =
9/16
Amplificator inversor
Circuit ? CSTV ?
Amplificare
?
0=+v OI vRRRv
RRRv
21
1
21
2
+++=
0021
1
21
2 =++==+
OID vRRRv
RRRvvv
1
2
RR
vvAI
Ov ==
10/16
Alternativ
pentru nelegerea funcionrii
amplificatorului
inversor
+ = vv0=+v0=v
22
0R
vi O
=21 ii =
11
0R
vi I =21 R
vRv OI =
1
2
RR
vv
AI
Ov ==
masa virtuala
11/16
Rezistenele de intrare i ieire
n comparaie cu amplificatorul neinversor la careRi pentru amplificatorul inversor avem o rezisten mai mic de intrare.
Uzual aceasta este de ordinul K, zeci de K. Dac ntr-o aplicaie se solicit o rezisten mare de
intrare vom folosi conexiunea neinversoare.
?Ri =1RRi =?Ro =0=oR
12/16
Exemplificare R1
=10K, R2
=100K, alimentare
12V9 Ri, Ro, Av9Modelul echivalent9 Domeniul vi, a.i. AO amplificator
k101 == RRi 0=oR10
10100
1
2 ===RRAv
Domeniul
vI
: )V2,1;V2,1( +
13/16
Exemplu
de proiectare
Proiectai un amplificator inversor cu
Ri
>8k
si amplificarea |Av|
reglabil n domeniul
[10,18]
101
2min
==RRAv
181
2max
=+=R
PRAv
12 10RR = 12 18RPR =+Din condiia pentru
Ri
: k81 = RRi k101 =RAlegemk10010102 ==R k801001018 ==P
Deoarece nu exist poteniometru de 80K, alegem 100K i refacem calculele. Pstrnd
R2
=100K, rezult:
k1,1118
100100182
1 =+=+= PRR R2
=100k P=100k
Verificare: Acceptabil
?1.9
min=vA 18max =vA
14/16
Exemplu
de proiectare
(cont.)
101
2min
==RRAv
181
2max
=+=R
PRAv
12 18RPR =+k100=P
12 10RR =
12 10 RR =12 18k100 RR =+
k5.121 =Rk1252 =R
Verificare: 10min =vA 18max =vA
15/16
Repetor
de tensiune inversor
1==I
Ov v
vA
RRi =
16/16
Amplificare
si
rezistenta
mare de intrare
1RRi =1
2
RRAv =
1020101
10101
1010 =
++=
,Av
+=
31
2221
1
21
RRRR
RR
vvA
I
Ov
1010vA
Acelasi
curent
prin
R1 si
R21
Aceasi
tensiune
pe
R3 si
R21
++==
31
2221
1
2221
RRRR
RRR
vvA
I
Ov
OPTIONAL
1 / 7
Sumatorul inversor
RRR 221 ==Ce
relatie
trebuie
sa
existe
intre
rezistente
pentru
a obtine
media aritmetic a tensiunilor de intrare
?
Expresia
tensiunii de iesire
?
+= 2
21
1IIO vR
RvRRv
2 / 7
Problemaa) Expresia
vO (vi1
, vi2
) considerand
ca AO lucreaza
in regiunea
liniara? Ce
aplicatie
realizeaza
circuitul?
b) Considerand
vi1
=2V, cum arata
CSTV vO (vi2
) a circuitului
pentru
vi2
[-5V; 5V]? In aceasta
situatie
pentru
ce
interval de valori
ale vi2
avem
functionare
in regiunea
activa?
c) Pentru valorile rezistentelor din figura, cum arata vO (t) pentru tensiunile din figura alaturata?
d) Dimensionati R1
, R2
, R3
, R4
a.i. circuitul sa realizeze functia de sumator inversor vO = -(vi1
+ vi2
). Cum trebuie modificat circuitul pentru a obtine functia de sumator neinversor, vO = vi1
+ vi2
?
3 / 7
Sumatorul neinversor
+++
+= 2
21
11
21
2
3
41 IIO vRRRv
RRR
RRv?=Ov
21 IIO vvv +=Relatia
intre
rezistoare
pentru
4321 RRRR ===4321 si RRRR ==
Uzual:
4 / 7
Amplificatorul diferential
11
2
43
41 1 IO vR
RRR
Rv
++= 21
22 IO vR
Rv =
21
21
1
2
43
421 1 IIOOO vR
RvRR
RRRvvv
++=+=
Aplicam
suprapunerea
efectelor
5 / 7
1
2
1
2
43
4 1RR
RR
RRR =
++
4
3
2
1
RR
RR = ( )21
1
2IIO vvR
Rv =
pentru
vI1
=vI2
se obine
vO =0
circuitul
amplific
doar
diferena
tensiunilor
irejecteaz
semnalele
de mod comun.
in cazurile
practice se pune
R1
=R3 i
R2
=R4
21
21
1
2
43
4 1 IIO vRRv
RR
RRRv
++=
Cum amplificam
vI1
-vI2 ?
6 / 7
ExemplificareDe la un senzor
se primeste
un semnal
variabil
vi cu componenta
continua VI =5V.
Dorim
sa
amplificam
doar partea
variabila
a semnalului
(cea
care contine
informatie), de 10 ori. Ce
solutie
se poate
utiliza
? REFIO VRRtv
RR
RRRtv
1
2
1
2
43
4 )(1)(
++=
( )( ) IiIO VRRtvV
RR
RRRtv
1
2
1
2
43
4 1)( +
++=
011
2
1
2
43
4 =
++ R
RRR
RRR 101
1
2
43
4 =
++ R
RRR
R
4
3
2
1
RR
RR =
101
4
3
2
1 ==RR
RR k5,231 == RR
k2542 == RR)(10)( tvtv io =
7 / 7
Amplificator de instrumentatie standard rezisten mare de intrare rejecie ct mai bun a semnalului de mod comun
AO1 i AO2:rezistena
de intrare
mare
asigur
amplificarea,
AO3:amplificarea
unitar
trecerea
de la dou
tensiuni
vO1
i
vO2
la o singur
tensiune
vO
. rejecie
suplimentar
a
tensiunii
de mod comun
( )211
221 IIO vvRR
v
+=
Optional
1 / 9
Dispozitive semiconductoareactive (cu trei terminale)
Principiul de funcionare: utilzarea unei tensiuni ntre doudin terminale (de comand) pentru a controla intensitateacurentului prin al treilea terminal (de execuie).
Tranzistoarele: surse de curent comandate n tensiune
TRANZISTOARE
2 / 9
Categorii
de tranzistoare
3 /9
Tip pTECMOS cu canal pTB pnp
Tranzistorul
surs
de curent
comandat Modelul
in cc
sursa
ideala
de curent
comandata
in tensiune
Tip nTECMOS cu canal nTB npn
Surse
comandate
neliniare:
exponentiala
TB
patratica
-
TMOS
Principiul si regiuni de functionare
Tensiune
de prag
4 /9
De ce
este
necesara
R ?
Marimi
de iesire: IO
, VO CST: IO
(VCT), VO
(VCT
)
Utilizarea
in circuit a tranzitorului
Tn
alimentare
serie
cu sursa
de tensiune
alimentare
paralel
cu sursa
de curent
5 /9
Caracteristici
de transfer VCT
VPn, Tn
conduce, IO=IT
>0
VAl=RIO+VO
; VO
= VAl
- RIO
VCT , IO , VO VO,min
=0RVI AlOex =
6 /9
Dou
regiuni extreme,
regiuni pasive:-
blocare (b)
IT=0; VO
>0; comutator ideal blocat-
conducie extrem (cex)
IT
=IOex
; VO
=0; comutator ideal n conducie.Dac
VCT
VCTex
tranzistorul
-
regim de comutare
O regiune
intermediar,
regiunea
activ
direct
aF
VCT
(Vpn
; VCTex
), - tranzistorul - regim de amplificare
7 /9
Utilizarea
Tp
. Circuit. CST
-
blocare (b)
- conducie extrem (cex)
- regiunea
activa
(aF
)
PPCT VV >CTexCT VV vDssat
, T este
n
(aF
).
vGD
=vGS
-vDS
=1,5-6,5= -4V < VP
17 / 18
iD
=2(4-1)2 =18mAvDS
=20-318= -34V
3. vGS
=4V>VP
, deci T (cex) sau (aF
)
presupunerea
T -
(aF
)
este
falsT
este
n
(cex)
Alt
modalitate: compararea
valorii
iD
in (aF
) cu iDex
67,6320, ===
RV
RvV
i AlexDSAlDex mA
iD
=18mA > iDex
=6,67mA
T -
(cex)
18 / 18
b) valoarea
minim
vGSmin
pentru
care T este
n
(cex) corespunde plasrii
lui
T
pe
curba
vDSsat
vDSsat
=VAl -RiDvDSsat
=vGSmin
-VPVAl -RiD
=vGsmin
VPiD
=(vGSmin
-VP
)2
R (vGSmin
VP
)2+ (vGSmin
-VP
) -VAl = 0
din soluia
vGSmin
VP >0
VGSmin =2,744V
1/13
In cazul tranzistoarelor n comutare, apar dou stri extreme:
(b) (cex)curentul
de iesire
(iD
) zerostabilit
(aproape) n
totalitate
de circuitul extern tranzistorului
tensiunea
de ieire
(vDS
)
stabilita
de circuitul extern tranzistorului (alimentare)
foarte
apropiata
de zero
(ideal zero)
regiunea specifica
de
functionare
TECMOS: blocat
TECMOS: regiunea
liniara
TECMOS IN
COMUTARE
2/13
Modelul intrerupator comandat
vCT >VCTex,n ; T- (cex) ; iO >0 ; vO 0vCT VPp ; T- (b) ; iOT =0
vCT 0 ; vO 0Intrerupatoarele
comandate
sunt
complementare
Tn
VCTex,n
Tp
VCTex,p
3/13
Comutatoare
analogiceCA este
un circuit care permite
sau
blocheaz
trecerea
semnalului
de intrare
ctre
ieire
n
funcie
de un semnal
de comand.
vCo -
dou
nivele:VCoL VCTex,n
vCo =VCoL ; Tn -(b) ; vO =0 blocheaza
trecerea
vIvCo =VCoH ; Tn - (cex) ; vO = vI permite
trecerea
vI
4/13
CA cu dou
ntreruptoare comandate
complementare
vCo =VCoL ; CA-(b) ;
vCo =VCoH ; CA- (c) ;
vCo =VCoH
5/13
C=0; CA-blocat; vO
=0C=1; CA-conduce; vO=vI
CA implementare
CMOS VCoH
=VDD
; VCoL
=VSSvI
(VSS
; VDD
)
CI 4066 -
4 pori de
transfer;
alimentat
la10V, ron
=150
DG400 de la Siliconicsron
=20
6/13
Aplicatie: MUX cu trei
canale
7/13
Circuite
logice
cu tranzistoare MOS
Modelul ntreruptor comandat ideal
Implementare cu tranzistoareMOS complementare
circuite
logice
CMOS
8/13
Inversorul
logic
Cu Tn si
R
Cu Tp si
R
0 logic -
0V
1 logic -
VAl
9/13
Analiza
critica
a inversorului
cu intrerupator comandat
si
R
Diminuarea
dezavantajului
R ct mai
mic, ideal R0;
Solutie: nlocuirea
R cu ntrerupator
comandat
Tn (b)
Tn (c)
R ct
mai
mare, ideal
R
10/13
Dou
solutii:ntreruptoare
comand
complementare
complementar
Specifica
TMOS Specifica
TB
11/13
Inversorul
CMOS
VGSn =vI ;
vGSp =vI -VDD
12/13
CSTV a inversorului
CMOS
Ideala
din punct de vedere
al
intrariiReala
Optional
13/13
Margini
de zgomot
maxmax
minmin
OLILL
IHOHH
VVNMVVNM
==
Nivelele
tensiunii
i marginile
de zgomot
pentru
familia
logic CMOS alimentata
la
+5V
V1V50V51 == ,,NM LV1V53V54 == ,,NM H
1 / 14
Simbolurile Structura simplificataCaracteristici de intrare, transfer, iesire Principiul de functionareRegiunile de funcionareCurentii prin TB Saturatia TB
pentru TB
npn
i pnp
Tranzistoare bipolare (TB)
2 / 14
Simboluri
SimboluriSimboluri
uzualeuzuale
CeCe
vedevede
un un ohmmetruohmmetru
la la
terminaleleterminalele
TBTB
npn pnp
Exist interaciune ntre cele dou diode
3 / 14
Terminalele TB se numesc:B baz (corespondent G la TECMOS)C
colector (corespondent D)
E
emitor (corespondent S)
Sgeata indic sensul pozitiv
al curentului prin tranzistor de la C la
E
(npn) i de la E la
C
(pnp).
npn pnp
4 / 14
Structura simplificata,
tranzistor
npn
Efectul
de tranzistor:Trecerea
curentului
printr-o
regiune
polarizat
invers
(baz-
colector) datorit
interaciunii
ei
cu o jonciune
polarizat
direct (baz-emitor) situat
n
imediata
ei
vecintate.
regiunea
bazei
foarte
ngust; considerabil
mai
ngust
dect lungimea
de difuzie
a purttorilor
minoritari
n
baz;
regiunea
de emitor mai
puternic
dopat
dect
regiunea bazei;
regiunile
de emitor i
colector
mai
late dect
lungimea
de difuzie
a purttorilor
minoritari
n
aceste
regiuni.
5 / 14
Caracteristici statice la
terminalele
T
BEVv
SB e
Ii = iC
=iB
Caracteristica de transferCaracteristica de intrare
T
BEVv
SC eIi =Valabila
in regiunea
activa
6 / 14
Caracteristici de ieire
Regiunea activ:
iC
=iB
Saturaie:iC
7 / 14
Regiunile de funcionare ale TB, npn
vBE
0,6Vrareori
folosit
Tranzistorul
s
nu fie polarizat
foarte
aproape
de originea
sistemului
de axe sau
de una
dintre
axe.
Moduri
de utilizare
in comutare
(b) (cex)
ca amplificator
(aF
), eventual (aR
)
8 / 14
Curenii prin TB
iE
=iC
+iB
n regiunea activ
(aF ), cu iC
=iB
)11(1 +=+= CCCE iiiiiE
=(+1)iB iB
Relaiile
nu
sunt
valabile
la saturaia
TB (cex) unde
iC
9 / 14
Limitarea
curentului
de comanda
prin
TB
deosebire TB TECMOS: jonciune n circuitul de comand se impune folosirea unei rezistene serie pentru stabilirea
(limitarea) curentului de baz, fie n baz, fie n emitor
10 / 14
Saturaia TB9valorile rezistoarelor i surselor de alimentare astfelnct tranzistorul s lucreze n regiunea dorit9 TB poate fi privit ca o surs de curent comandat princurent dup relaia iC=iB n regiunea activ (aF).
Cex
Bsatii =
11 / 14
ExemplificareA.n ce regiune se afl T
pt
RB
=50k cui)
vCo
=0,4V; ii)
vCo
=1,7V;iii)
vCo
=5V
B. Se dau vco
=2,7V
i (25200)Domeniul
RB
astfel
nct
Ti) (aF
); ii) (cex).
Rezolvare: i)
deoarece vCo
=0,4V < VP
=0,6V T-(b)
ii) vCo
>VP
T
fie n (aF
) fie n (cex). Vom considera vBE
=0,7V
n conducie i =100. Presupunem T n (aF
)
astfel ca iC
=iB
.
Vom compara iB
cu iCex
/. Dac iB
>iCex
/, T
- (cex), dac iB
12 / 14
952
2012 ,,R
vVi
C
CEsatAlCex === mA
02050
7071 ,,,R
vviB
BECoB === mA
0590100
95 ,,iCex == mA
Cum iB
=20A A, T
este
n
(aF
)59=< Cexi
V6,03,787,0
13 / 14
mA086,050
7,05 ===B
BECoB R
vviiii)
Cum iB
=86A>iCex
/=59A, rezult
c
T
este
n
(cex);
vBE
0,8V; vBC
=vBEsat
-vCEsat
0,8V-0,2V=0,6V=VP
Puteam rezolva problema presupunnd T
n (aF
)
iC
=iB
=8,6mA
vCE
=VAl
- RC
iC
=12-28,6=-5,2VEvident o valoare
imposibil
(vCE
nu poate
fi
dect
pozitiv) deci
presupunerea
fcut
este
fals. Aadar
T
este
n
(cex)
14 / 14
B.
i) Pentru T n (aF
) trebuie s ne asigurm c iB
K8,679,5
7,07,2200maxCex
BECoB i
vvR ii) Pentru saturaie trebuie ndeplinit condiia:
min
CexB
ii >min
Cex
B
BEsatCo iR
vv>
==< K249,5
8,07,275minCex
BEsatCoB i
vvR
1 / 8
In cazul tranzistoarelor n comutare, apar dou stri extreme:
(b) (cex) (sat)
curentul
de iesire (iC
) zerostabilit
(aproape) n
totalitate
de circuitul extern tranzistorului
tensiunea
de ieire
(vCE
)
stabilita
de circuitul extern tranzistorului (alimentare)
foarte
apropiata
de zero
(VCE,sat
0,2V)
regiunea specifica
de
functionare
TB: blocat
TB: saturatie
TB IN
COMUTARE
2 / 8
Modelul intrerupator comandat
vCT >VCTex,n ; T- (cex) ; iO >0 ; vO 0vCT
3 / 8
Inversorul
logic
SAU -
NU
Tehnologie RTL
Circuite
logice
bipolare 0 logic - 0V1 logic - VCC
4 / 8
Circuite
logice
bipolare
TTL (Tranzistor-Tranzistor
Logic)
Inversorul
logic
din motive tehnologice
n
circuitele
logice
integrate este
preferat
folosirea
doar
a tranzistoarelor npn.
se adopt
varianta
cu tranzistoare identice
comandate complementar
5 / 8
Poarta
TTL standard OPTIONAL
6 / 8
Nivelele
tensiunilor
i
marginile
de zgomot
pentru
familia
logic
TTL
7 / 8
Subfamilii
TTL cu performane mbuntite:
viteze
mai
mari, disipare
(consum) redusa
de putere
Tranzistor Schottky Dioda
Schottky: jonciune
metal semiconductor, n conductie
0,5V
vBE
=0,8V; vBC
=0,5V; vCE
=0,3V
tranzistorul
Schottky
nu intra n saturatie
creste
viteza
de comutare
OPTIONAL
8 / 8
Structura
simplificat
a porii
I-NU n tehnologie
Schottky
de mic
putere
OPTIONAL
PolarizareaPolarizarea
tranzistoarelor tranzistoarelor
in in curentcurent
continuucontinuu
2/19
tranzistorul lucreaz n regiunea activ (aF) in jurul PSF alimentare n curent continuu (surse de tensiune / curent)
Amplificatoare
fundamentale
cu un tranzistor: Conexiunile SC
i EC
Conexiunile GC
i BC Conexiunile DC
i CC
Conexiunea cu degenerare n emitor
Caracteristici
importante: amplificarea in tensiune (curent) rezistenta de intrare rezistenta de iesire banda de frecventa
3/19
Functionarea
amplificatorului
cu un tranzistor (SC sau
EC)
polarizarea polarizarea n n cccc::
PSF
aproximativ la mijlocul regiunii active
VAl
alimentare
in ccVI
stabilirea
PSF: (IO
,VO
)vi
tensiune
de amplificat (de intrare)
vo
tensiune
amplificata (de iesire)
Suprapunerea semnalului variabil peste regimul de curent continuu
4/19
Functionarea
amplificatorului
(SC, EC)
Cine determina
amplificarea
?
5/19
Caracteristica de transfer n tensiune vO
(vI
) a unui amplificator inversor
Semnal
mic:
functionarea amplificatorului
n regiunea liniar
ngust din jurul PSF
Excursia maxim a semnalului de intrare: adeseori determinat din considerente de liniaritate
6/19
Polarizarea n curent continuu
fixarea
PSF
Functionarea
tranzistorului
ca amplificator:
tranzistorul
polarizat ct mai aproape de mijlocul regiunii active
punctul instantaneu
(mobil)
de funcionare s fie inut n
regiunea activ
(liniara
in jurul
PSF)
semnalul de intrare s fie pstrat suficient de mic.
PSF:
stabil i predictibil independent de parametrii tranzistorului
7/19
Polarizarea TECMOS
AlGG
GGS VRR
RV21
2
+=2)( PGSD VVI =
DDAlDS IRVV =
Varianta
1
foarte simpl
/ curentul din PSF, ID depinde puternic de parametrii tranzistorului, si VP/ nu asigur stabilitatea punctului static de funcionare
8/19
Varianta
2
AlGG
GGG VRR
RV21
2
+=
DSGGGS IRVV =2)( PGSD VVI =
necunoscute: VGS i ID sistem de ecuaii de gradul 2 se alege dupa calcul valoarea convenabila a ID
DSDAlDS IRRVV )( +=
Polarizarea TECMOS
9/19
Varianta
2 -
continuare
DSGGGS IRVV =
VGS este determinat i de curentul de dren ID ID , RSID, VGS , ID circuitul se opune tendinei de modificare a ID. reacreacie negativie negativ
datorita
prezentei
RS
asigur stabilitateastabilitatea
PSFPSF
la variaia diverilor parametrii/ crete complexitatea relaiilor de calcul.
2)( PGSD VVI =
Polarizarea TECMOS
10/19
Exemplificare
1
RG1
=3M; RG2
=1M;RD
=3K; RS
=1K;
VAl
=20VVP =2V;
=0,5mA/V2.
? Care este PSFCare este PSF
?
SDGGGS RIVV =520
131
21
2 =+=+= AlGGG
GG VRRRV V
2)( PGSD VVI = ID2-8ID
+9=0; ID
in mA
V6,14)13(35,120)(
=+==+= SDDAlDS RRIVV ID1
=6,65mA i ID2
=1,35mA
ID1
nu convine; ar
rezulta
VGS
11/19
? ? Cum Cum dimensionamdimensionam
circuitulcircuitul
pentrupentru
PSF PSF cu Icu I
DD
=1mA =1mA ??
2)( PGSD VVI = V4
25,012 =+=+=
DPGS
IVV
VDSsat
=VGS
-Vp
=2V
T- regiunea activ VDS
(2V; 20V).PSF :
VDS
=7V
DSDAlDS IRRVV )( += K131720 ===+
D
DSAlSD I
VVRR
Exemplificare
2TMOS: VP
=2V;
=0,25mA/V2, VAl
=20V
12/19
TMOS: VP
=2V;
=0,25mA/V2, VAl
=20V
RD
i n funcie de amplificarea dorita. Neavnd
valoarea amplificrii putem
considera VVSS
==4V4V
pe RS :
K414 ===
D
SS I
VR
K9413 ==DRV844 =+=+= SGSGG VVV
== K200;K300 21 GG RR
Exemplificare
2 cont.
? ? Cum Cum dimensionamdimensionam
circuitulcircuitul
pentrupentru
PSF PSF cu Icu I
DD
=1mA =1mA ??
13/19
Polarizarea TECMOSVarianta
3
Uzual
in circuitele integrate:
polarizare cu sursesurse de curentde curent
ID
independent de parametrii tranzistorului amplificator
GGGSDAlDS VVIRVV +=GSDAlDS VIRVV +=Tensiunea
pe
sursa
de curent: VGG -VGS
14/19
Polarizarea TB,
varianta
uzuala
in circuite
discrete
Fa de analiza pentru TECMOS, la TB apare:-
curentul de baz IB
, diferit de zero-
prin colector i emitor
nu trece exact acelai curent
CBBCE IIIII 1)1( +=+=+=
EC II Se poate
aproxima
BC II =
CalculCalcul exactexact: se utilizeaza
IB
CalculCalcul aproximataproximat: se neglizeaza
IB
fata
de curentul
prin
divizorul din baza
(nu se considera
IB
=0)
15/19
CalculCalcul aproximataproximat
IB
mult mai mic dect curentul prin divizorul din baz
AlBB
BBB VRR
RV21
2
+=
E
BEBBEC R
VVII =
)( ECCAlEECCAlCE
RRIVRIRIVV
+=
RE
este deosebit de important n stabilirea
si
stabilizarea
PSF, prin
mecanismul de RNRN introdus
IC
; IE
; VRE
; VBE
; IC
16/19
CalculCalcul exactexact
Teorema
Thevenin: VBB
, RB
IC
=IE
+IB
IE
)1/( ++= BE
BEBBE RR
VVI
IE
insensibil la variaiile :
)1( +>> B
ERR
BE
RR 10>RB1
, RB2
valori
mici
cerute de
independena PSF de RB1
i RB2
valori
mari
cerute de
rezistena de intrare
IE
insensibil la variaiile temperaturii
(VBE
)
V1,0>>BBVo variaie VBE
de 0,1V poate fi neglijat fa de VBB
=35V
IE
=(+1)IB
)( ECCAlEECCAlCE
RRIVRIRIVV
+=
EEBEBBBB IRVIRV ++=
17/19
VAl
=15V; RB1
=10k; RB2
=4,7k;
RE
=1,5k; RC
=1,8k;
=150
Calcul
aproximat
Calcul
exact
IC = ?
VCE =?VC = ?
VE = ?
IC = 2,73mA
VCE = 6VVC = 10,1V
VE = 4,1V
IC = ? IC = 2,7mA
Exemplificare
3
18/19
ValorileValorile rezistentelorrezistentelor astfel
incat
T in aF
la IC
=2mA.
VAl
=12V, =100
Uzual
alegem:V412
31
31 === AlBB VV
=== K6,165,12
7,012)3/1(
E
BEBBE I
VVR
A20100
2 === C
BII
K6002,010
121021
==
19/19
EECCAlCE
BE
BEAlE
IRIRVV
RRVVI
=
++=
2
)1/(
Polarizarea TB, alimentare
diferentiala
IRVIRVV
II
BBECCAlCE
E
1+++=
=
IR
VV BBEAl 1+ Tensiunea
pe
sursa
de curent:
ModeleModele
de de semnalsemnal
micmic ale tranzistoarelorale tranzistoarelor
funcfuncionareaionarea la la semnalsemnal micmic ((variatiivariatii)) parametriiparametrii de de semnalsemnal micmic modelemodele de de semnalsemnal micmic
2/13
Modelul
de semnal
mic
necesar
pentru
a deduce vo in functie de vi
3/13
TranzistorulTranzistorul
pentrupentru
regimulregimul
de de semnalsemnal
micmic::
parametrii difereniali (sau parametrii de semnal mic) valorile parametrilor difereniali depind de PSF modelul de semnal mic al tranzistorului.
Modelul
tranzistorului
la frecvente
joase: rezistentarezistenta de de intrareintrare rezistentarezistenta de de iesireiesire sursasursa comandatacomandata care arata transferul intrare-iesire
La frecvente
inalte
modelul
se completeaza
cu capacitatilecapacitatile paraziteparazite dintre
terminale
FuncFuncionareaionarea
la la semnalsemnal
micmic
4/13
TECMOS la semnal
mic
Schema
completa
a amplificatorului
cu
1 TMOS (polarizare
+ semnal
variabil)
Schema echivalenta
pentru
semnal
mic:
-- pasivizareapasivizarea surselor
de tensiune
continua sau
curent
continuu
Conexiunea
SC
5/13
Parametrii
de semnal
mic Transconductana diferenial
cstvgs
dcstv
GS
Dm DSDS v
ivig == ==
QPGSQGS
PGSm Vvv
Vvg )(2)((2
==
DPGS
Dm IVV
Ig 22 ==
Dm ILWKg 2=tranzistoare integrate:
gsmd vgi = TECMOS: surs de curent comandat n tensiune (SCCT)
pentru semnal mic
( )2PGSD Vvi =
6/13
Rezistenta
diferentiala
de intrare grila este izolat electric de restul structurii: rezistenadiferenial de intrare este infinitinfinit ((intrerupereintrerupere))
Rezistenta
diferentiala
de iesire
cstvd
dscstv
D
DS
oo GSGS i
vi
vg
r == === 1
caracteristicile
de iesire
nu sunt
perfect orizontale, curentul
de dren
crete
uor
cu tensiunea
dren-surs
lavGS
= cst.
VA
tensiunea
Early
+=
A
DSPGSD V
vVVi 1)( 2D
Ao I
Vr =
7/13
TMOS: TMOS: regimregim
static static regimregim
variabilvariabil
2)( PGSD VVI =
gsmd vgi =
D
Ao I
Vr =
gsPGSd vVVi )(2 =
D
DSO I
VR =
( )D
PGS
D
PGSm
IVv
IVVg
222
====
8/13
Modelul
de semnal
mic
al TECMOS
la frecvente
joase
:
( )D
PGS
D
PGSm
IVv
IVVg
222
====
D
Ao I
Vr = la frecvente
inalte:
apar
capacittilecapacittile paraziteparazite interne
ntre
terminale; tipic
de ordinul
pF
sau
fractiuni
de pF
9/13
Parametrii
de semnal
mic
ai
TB Transconductana diferentiala
cstvbe
ccstv
BE
Cm CECE v
ivig == ==
TBE VvSC eIi
/=
qKTVT =
CVTo20 @ mV25
mg.temp
Amplificarea
n
curent
cstvb
ccstv
B
CCECE i
iii
== ==
Dei pot exista diferene ntre amplificarea n curent continuu i amplificarea diferenial
in curent, vom folosi aceeai notaie i aceeai valoare (orientativ =100).
C20@40 oCT
Cm IV
Ig =
10/13
Parametrii
de semnal
mic
ai
TB -
continuare
Rezistena de ieire
cstvc
cecstv
C
CEo BEBE i
vi
vr = ==
+=
A
CEVv
SC VveIi T
BE
1
C
Ao I
Vr =
Rezistena
de intrare
cstvb
becstv
B
BEbe CECE i
vi
vr == ==
mbe g
r =
11/13
Modele
de semnal
mic
ale TB
la la joasajoasa frecventafrecventa
Cm Ig 40=
mbe g
r =
modelele
hibridhibrid
simplificatsimplificat
C
Ao I
Vr =
12/13
Modele
de semnal
mic
ale TB
la la inaltainalta frecventafrecventa
modelul
hibridhibrid
apar capacitatilecapacitatile paraziteparazite intre terminalele tranzistorului efectul acestor capacitati: reducerea amplificarii la frecvente inalte
se poate folosi si modelul cu sursa de curentcomandata in curent
13/13
Exemplul
numeric pentru
TECMOS
TECMOS : K=100A/V2
, W/L=1, VA
=100V ; polarizat
la ID
=100A. Care sunt
valorile
parametrilor
de semnal
mic
i joas
frecven?
mS14.0100110022 === Dm ILWKg
M11,0
100 ===D
Ao I
Vr
Exemplul
numeric pentru
TB
TB
polarizat
n
PSF la IC
=100A, VA
=100V, =100.Care sunt
valorile
parametrilor
de semnal
mic
i joas
frecven?
gm
=40IC
=400,1=4mSM1
1,0100 ===
C
Ao I
VrK25
4100 ===
mbe g
r
00_intro_roDISPOZITIVE ELECTRONICEObiectivul cursuluiDescriere cursDescriere cursContinutContinutContinutDesfasurare activitate cursSlide Number 9NotareSlide Number 11
01_fundamenteFundamenteScopul capitolului:ConinutSemnale electriceSurse. NotaiiRelatii si teoreme de circuite electriceSlide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Condensatorul si bobinaSlide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20
02_diode_roDioda semiconductoareIntroducere Dioda ideal Dioda idealRegimuri de functionare
03_diportiDR_roDipori DR n comutareSlide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Alte modaliti de conectareSlide Number 6Modelul diodei cu cdere de tensiune constant in conductieEfectul cderii de tensiune pe dioda in conducieSlide Number 9Aplicaii ale diporilor DRAplicaii ale diporilor DRAplicaii ale diporilor DR
04_multiportiDR_roMultipori DR n comutare Slide Number 2Slide Number 3Aplicaii ale multiporilor DR Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8
05_DC_roSlide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Demodulator pentru modularea n amplitudine Slide Number 13
06_D_cond_perm_roCircuite cu diode n conducie permanentCaracteristica diodei Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Exemplificare
07_DZ_roSlide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8
08_AO_roAmplificatoare operationale (AO)Terminalele AOFuncionarea AO AO idealSlide Number 5
09_AO_ComparatoareSimple_roAO comparatorSlide Number 2Comparatoare simple Comparatoare cu VP = 0Slide Number 5Comparatoare cu VP 0Slide Number 7AO speciale pentru comparatoareAplicaii ale comparatoarelor simpleSlide Number 10Slide Number 11
10_AO_ComparatoareHisterezis_roComparatoare cu histerezisSolutie:Comparator inversor cu histerezis Slide Number 4Slide Number 5Comparator inversor cu praguri nesimetriceComparator neinversor cu histerezis Slide Number 8
11_AmplifElectronice_roAMPLIFICATOARE ELECTRONICE Alimentarea amplificatoarelor Circulaia i bilanul puterilor Tipuri de amplificatoare CSTV amplificator in tensiune, alimentat diferential simetricSlide Number 6Modele ale amplificatoarelorModelarea amplificatorului in tensiuneSlide Number 9Determinarea parametrilor amplificatoarelor Rezistena de ieire
12_AO_amplificatoareAO amplificatorAO cu reactie negativa - amplificatorAmplificator neinversorAlta metoda de a determina amplificareaRezistentele de intrare si de iesireExemplificareReglarea amplificariiRepetor de tensiuneAmplificator inversorAlternativ pentru nelegerea funcionrii amplificatorului inversorRezistenele de intrare i ieireExemplificareExemplu de proiectareExemplu de proiectare (cont.)Repetor de tensiune inversorAmplificare si rezistenta mare de intrare
13_AO_amplif_sum_difSumatorul inversorProblemaSumatorul neinversorAmplificatorul diferentialSlide Number 5ExemplificareAmplificator de instrumentatie standard
14_tranzistoare_roSlide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9
15_tecmos_functionareTECMOSStructura fizicacanal n indusSlide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Curentul prin tranzistorSimboluriPrincipiul de funcionareCaracteristici de transfer Caracteristici de iesireExemplificareSlide Number 13Plasarea PSF: Q(ID, VDS)Regiuni de functionareSlide Number 16Slide Number 17Slide Number 18
16_tecmos_comutare_roSlide Number 1Modelul intrerupator comandatComutatoare analogiceCA cu dou ntreruptoare comandate complementareSlide Number 5Aplicatie: MUX cu trei canaleCircuite logice cu tranzistoare MOSInversorul logicSlide Number 9Slide Number 10Slide Number 11CSTV a inversorului CMOSMargini de zgomot
17_tb_functionareSlide Number 1SimboluriSlide Number 3Structura simplificata, tranzistor npnCaracteristici statice la terminaleleCaracteristici de ieireRegiunile de funcionare ale TB, npnCurenii prin TBLimitarea curentului de comanda prin TBSlide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14
18_tb_logice_roSlide Number 1Modelul intrerupator comandatCircuite logice bipolare Circuite logice bipolare TTL (Tranzistor-Tranzistor Logic) Poarta TTL standardNivelele tensiunilor i marginile de zgomot pentru familia logic TTLSubfamilii TTL cu performane mbuntite:Structura simplificat a porii I-NU n tehnologie Schottky de mic putere
19_polarizare_tranzistoare_roSlide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19
20_T_modele_semnal_mic_roModele de semnal mic ale tranzistoarelorSlide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6TMOS: regim static regim variabilSlide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13
Recommended