Elektronika 2 in Albanian

1

ELEKTRONIKA II

1. HYRJE N QARQET E INTEGRUARA

Historiati i qarqeve t integruara, praktikisht, fillon n vitin 1959 me zbulimin e qarkut t par elektronik nga ana e Amerikanit Kilbi. N at qark elementet ishin t lidhura prmes materialit prues me papastrtira. Prafrsisht, n t njejtn koh, gjithashtu nga nj Amerikan, i quajtur Lahovec, u lajmrua dhe u patentua izolimi i elementeve n pllakn e siliciumit. M 1961 fillon prodhimi komercial i qarqeve t integruara digjitale, kurse i qarqeve t integruara lineare fillon m 1964. Nj prej prforcuesve t par operacional sht prforcuesi operacional (A 702 i ndrtuar (prodhuar) m 1964 i cili edhe sot e ksaj dite prodhohet.

Gjat zhvillimit t qarqeve t integruara digjitale, gjithnj te to sht rritur numri i komponenteve elektronike n pllakn e siliciumit. N fillim kan qen m pak se 100 komponente n nj pllak t siliciumit dhe ato ishin qarqe me shkall t ult t integrimit. Rreth vitit 1966 fillon prodhimi i qarqeve t integruara me 100 deri n 1000 komponente n nj pllak t siliciumit; rreth vitit 1969 ky numr rritet prej 1000 deri n 10 000, kurse kah viti 1975 n nj pllak t siliciumit ka mund t vendosen (gjenden) m shum se 10 000 komponente. Memoriet bashkkohore kan me dhjetra miliona komponente.

Te qarqet e integruara lineare numri i komponenteve sht rritur dukshm m ngadal se sa te qarqet e integruara digjitale. Te to vazhdimisht sht prmirsuar kualiteti. Te disa qarqe t integruara, q formalisht prfshihen n qarqe t integruara lineare, edhe pse kryejn operacione (funksione) jolineare, numri i komponenteve mund t jet mjaft i madh, por akoma sht m i vogl se sa te ato digjitale. Shembull i qarkut t till sht qarku MC 13002X i firms Motorola, i cili paraqet gadi gjith pjesn elektronike t televizorit me nj qark t vetm integrues.

1.2. QARQET E INTEGRUARA MONOLITE DHE HIBRIDE

Qarqet e integruara pr nga teknologjia e prodhimit ndahen n monolit dhe hibride.

Qarqet e integruara monolite ndrtohen n nj cop siliciumi. Fjala monolite rrjedh nga fjalt greke monos-nj dhe lithos-guri. Esenca e qarqeve t integruara monolit bazohet n at q pllaka e siliciumit t prpunohet asisoji q nj pjes e saj t sillet si rezistor, pjesa e dyt si transistor, pjesa e tret si diod, e kshtu me rradh. Kto elemente gjithashtu lidhen n t njejtn pllak t siliciumit dhe sbashku formojn qarkun elektronik pak a shum t ndrlikuar.

Procesi i prodhimit t qarqeve t integruara monolite fillon me formimin e cops (shufrs) monolite t siliciumit (n kt rast fjala monolite nnkupton se kristali i siliciumit sht plotsisht i rregullt, gjegjsisht pa deformime) nga tretsira e tij n t ciln ve sht futur (vendosur, shtuar) ndonj papastrtir themelore (p.sh. e tipit P). Copa e siliciumit q fitohet gjat ktij procesi ka form tipike t shufrs me diametr rreth 7 cm dhe gjatsi rreth 50 cm (n literatur shpeshher quhet ingot). Kjo shufr pastaj prehet n mnyr trthore, me rast fitohen pllaka rrethore me trashsi rreth 0,15 mm. Njra an e ksaj pllake rrethore me an t polirimit mir prpunohet (lmohet) dhe n t ndrtohen qarqet e integruara. Hapi tjetr sht formimi i shtress epitaksiale (shih Elektronikn I) n bazn e tipit P (fig.1.1.1).

Formimi i shtresave epitaksiale me koncentrim t dshiruar t ngarkesave realizohet n reaktor t posam. S pari n reaktor vendoset pllaka e siliciumit dhe tetrakloridit t siliciumit i przier me hidrogjen (H). Me nxemjen e reaktorit kryhet reaksioni kimik:

SiCl4 + 2H2 ( 4HCl + Si

Varsisht se far tipi i shtress epitaksiale dshirohet t formohet, tetrakloridit t siliciumit i shtohen papastrtira t caktuara, kshtu q pr formimin e shtress s tipit P i shtohet bromuri i borit BBr3, kurse pr shtresn e tipit (N) i shtohet tetrakloruri i fosforit PCl3.

Pas ktij procesi me an t oksidimit n siprfaqen e pllaks formohet shtresa okside me trashsi t caktuar. Oksidimi kryhet n furra t veanta n temperatur 900(120(C. Shtresa okside shfrytzohet pr ndrtimin e maskave t cilat shrbejn pr difuzionin e ngarkesave. Trashsia e shtress okside mund t jet deri n 2 (m. Pr ndrtimin e maskave pr difuzion, trashsia e shtress okside duhet t jet 0.5 ( 1.2 (m. Me rndsi sht edhe ndrtimi i foto-maskave t cilat shfrytzohen pr prfitimin foto-litografik t maskave okside n pllakn e siliciumit. Foto-maskat duhet t ndrtohen n mnyr precize. Skica e masks me dimensione t caktuara bhet nga projektuesi i qarqeve t integruara. Pasi t jen ndrtuar maskat apo foto-maskat n pllakn e siliciumit, ather kryhet procesi i difuzionit t ngarkesave t caktuara. Me difuzion nnkuptojm sjelljen e ngarkesave t caktuara elektrike n pllakn e siliciumit. Procesi i difuzionit kryhet n furra t posame n temperatur mi 1000 (C.

Varsisht prej ngarkesave t cilat difuzohen, fitohet gjysmpruesi i tipit N ose P. Nse ngarkesat jan donore (dhnse) p.sh. fosfori (P), fitojm gjysmpruesin e tipit N, ndrsa nse ngarkesat jan akceptore (pranuese) p.sh. bori (B), fitojm gjysmpruesin e tipit P. Me difuzion t ngarkesave n gjysmprues fitohet kontakti P-N, ndrsa me difuzion t dyfisht t ngarkesave fitohet struktura e transistorit. N procesin e fundit bhet ndrtimi i lidhjeve n mes elementeve dhe kontakteve me rast shfrytzohet alumini.

Si shembull do t prcjellim ndrtimin e qarkut integrues t dhn n fig.1.1.2.a. Ndrtimin e tij do ta prcjellim pas prfitimit t pllaks s siliciumit t mbuluar me dioksidin e siliciumit me hapje (pjes t hapura-vrima) t gatshme pr difuzion. N pjest e hapura t shtress s dioksid siliciumit kryhet difuzioni i ngarkesave t caktuara elektrike-papastrtirave. Futja e papastrtirave n pjest e hapura t dioksid siliciumit bhet n temperaturn rreth 1000 (C, me rast nga bashkdyzimi i tyre ndahet elementi q hyn n strukturn kristalore t siliciumit. P.sh. n kt rast, pr futjen e borit (fitohet gjysmpruesi i tipit P) prdoret bashkdyzimi kimik B2H6. Drgimi (Futja e) i papastrtirs n pllakn e siliciumit bhet me ndihmn e gazit inert si sht azoti. Le t futet papastrtira e tipit P+ n pllakn e siliciumit. Shnimi P+ tregon koncentrimin e lart t ngarkesave elektrike t tipit P-vrimave si barts sekundar t elektricitetit. Kjo faz e procesit zhvillohet pr izolimin e pjesve t veanta t zons s tipit N. Prerja trthore e pllaks s siliciumit n kt faz t prpunimit sht dhn n fig.1.1.2.b.

Me oksidimin, lyerjen me llak, ndriimin (rrezatimin) dhe formimin e srishm t maskave t projektuara pr difuzim fitohen hapje (vrima) t reja npr t cilat difuzohen ngarkesat elektrike t tipit P n zonn e tipit N. Kjo faz e prpunimit t pllaks trthore t siliciumit nga fig.1.1.2.b. sht dhn n fig.1.1.2.c. Ndrmjet zonave P dhe P+ fitohen dy kalime PN t polarizuara inverz, ka nnkupton se rryma nuk mund t kalon npr to. N kt mnyr zonat me koncentrim t lart t ngarkesave elektrike P+ jan t izoluara mes veti. Me prsritjen e procesit n trsi edhe n zonat e ndara t tipit P formohen zonat me koncentrim t lart t ngarkesave elektrike N+ t izoluara mes veti (fig.1.1.2.). Pra, izolimi n mes elementeve t qarkut integrues zakonisht realizohet prmes polarizimit inverz t kontaktit PN. N praktik shfrytzohet izolimi prmes difuzionit npr shtresn epiaksiale. Me prsritjen e procesit t hapjes s vrimave, fitohen hapje t reja pr lidhjen e elementeve. N to prmes procesit t kondensimit (avullimit) dhe shtresimit krijohet (vendoset) shtresa e aluminit. N hapin tjetr, t ktyre proceseve, hiqet pjesa e panevojshme e aluminit dhe fitohen elementet e lidhura si n fig.1.1.2.d.

T theksojm se n qarqet e integruara leht mund t ndrtohen kondensatort me an e polarizimit inverz t kalimit PN sikurse te varikap dioda. Vlera tipike e kapacitetit t till sht disa pF (p.sh. 10 pF). Me veprimet (proceset) e prshkruara m lart, n nj pllak t siliciumit me diametr prej 5 cm prnjher fitohen (merren) disa qindra qarqe t integruara pa konektor (kmbza-pina) si n fig.1.1.3. N to ekzistojn vetm fushat e alumint q shnojn (paraqesin) vendin e lidhjes s konektorve (pinave).

N kt faz t prodhimit qarqet e veanta t integrimit shqyrtohen ashtu q me gjilpra preken (ngacmohen) konektort e pruesve q shpiejn deri tek pajisja pr shqyrtimin e p qarkut integrues (fig.1.1.4). Pastaj pllaka prehet (coptohet) n qarqe t veanta integruese. Nj qark integrues, i cili shpeshher quhet ip (angl. chip) vendoset n bazn e art e pastaj nxehet n temperatur rreth 430 (C nn zhvendosje t dobt (ngadalshme). N kt mnyr realizohet kontakti i fort mes chipit (qarkut integrues) dhe bazs s art n shtpizn e ardhshme t qarkut integrues. Fushat e aluminit, t cilat jan vende ku lidhen (vendosen) konektort (pruesit-lidhjet) n ip, duhet t lidhen me kmbzat (pinat) q do t dalin nga shtpiza e qarkut integrues dhe t saldohen (ngjiten) n pllaka pruese (am).

Kto lidhje realizohen me an t pruesve t art me diametr prej 10 deri 50 (m dhe ate m s shpeshti prmes saldimit termokompresik. Pruesi i art kputet (prehet) me an t flaks, kshtu q n skajin e saj formohet sfera (sferza). Sfera e art vendoset n fushn e aluminit, e cila paraqet kyjen, n temperatur.di m t ult se temperatura e shkrirjes s arit dhe n t ushtrohet presion. Sfera e art saldohet pr bazn prej alumini, si n fig.1.1.5. Skaji tjetr i pruesit t art saldohet pr daljen metalike t qarkut t integruar.

Prve saldimit me flak, lidhjet (konektort-pruesit) realizohen shpeshher me an t ultrazrit n prues t aluminit. Pruesi i aluminit vendoset n fushn e aluminit t qarkut integrues dhe shtypet, pr kontakt sa m t mir t pruesit me bazn, me an t ultrazrit nga vibratori q punon n frekuenc prej 20 deri n 60 kHz. Vibrimet e pastrojn fushn e aluminit nga oksidi dhe e plotsojn do vrim (zbraztir) n siprfaqen e aluminit, kshtu q vrtet fitohet kontakt i fort i pruesit (konektorit) me bazn.

Pas lidhjes s fushave prkatse t ipit me daljet e shtpizs, ajo mbyllet, si n fig.1.1.6. Daljet (pinat e qarkut integrues) e disa shtpizave jan dhn n fig.1.1.7.

Qarqet e realizuara integruese shqyrtohen me qllim t verifikimit t karakteristikave t dshirueshme, dhe poqse ato plotsohen ato pastaj paketohen dhe drgohen n treg, prndryshe hidhen si mbeturina.

Qarqet e integruara hibride n teknikn e filmit t trash.- N fillim projektohet shprndarja e elementeve dhe lidhjet e tyre. Shprndarja e elementeve t njejta (p.sh. rezistorve) vizatohet vemas dhe regjistrohet n film. N filmin e dyt (tjetr) regjistrohet shprndarja e elementeve tjera t njejta (p.sh. kondensatorve), n filmin e tret regjistrohet shprndarja e lidhjeve (pruesve) ndrmjet tyre (elementeve), etj. Fotografia n film shrben pr ndrtimin e masks pr rrjetn e imt (e shpesht).

Rrjeta e shpesht realizohet me ndihmn e rrjets s holl (lmuar) t lyer me llak. Me an t fotoefektit, ngjashm me at te qarqet e integruara monolit, hiqet (largohet, fshihet) llaku nga vendet prkatse t rrjets, gjegjsisht nga vendet ku parashihet t fitohen vrimat (hapjet), si n fig.1.1.8. Rrjeta, e prgatitur n kt mnyr, vendoset n baz, n t ciln ndrtohet qarku i integruar hibrid. Baza duhet t jet prues i mir i nxehtsis dhe izolator i shklqyeshm elektrik. Kto kushte mjaft mir i plotson dioksid-alumini Al2O3.

N rrjetn e shpesht vendoset (futet) pasta me rezistenc specifike varsisht nga elementi q realizohet n qarkun integrues. P.sh. nse nevojitet realizimi i lidhjeve (pruesve) t elementeve, ather prdoret pasta me rezistenc t vogl specifike si jan lgurat paladium-ari, paladium-argjend etj. N rastin e ndrtimit (realizimit) t rezistorve prdoret pasta me rezistenc m t madhe specifike, si sht lgura krom-nikel.

N vazhdim t procesit pasta shtypet (shtyhet), kshtu q kalon npr rrjet dhe kapet (ngjitet) pr bazn. Rrjeta pastaj largohet (hiqet) dhe pllaka (e siliciumit) nxehet me qllim q pasta t prforcohet (ngjitet, kapet) sa m mir pr bazen.

Rezistenca e fituar n kt mnyr ka toleranc mjaft t madhe (zakonisht deri n 15 %). Nse krkohet (nevojitet) saktsi m e madhe (toleranc m e vogl, p.sh. 1%), ather ajo arrihet (realizohet) prmes llaserit kshtu: Rezistenca vazhdimisht prcillet (lexohet) n instrument; rrezet e llaserit nisen nga pika A (fig.1.1.9) dhe e presin siprfaqen rezistuese gjithnj derisa t arrihet vlera e dshiruar e rezistencs n instrument. Prerja zakonisht bhet nn mikroskop ose inizohet me kamer pr tu prcjellur n monitor. N t njejtn mnyr ndrtohen (fitohen) pruesit. Kondensatort ndrtohen me bartjen (krijimin) e nj shtrese pruese, pastaj shtres s dielektrikut dhe prsri t asaj pruese (fig.1.1.10).

Elementeve pasive u shtohen ipat e elementeve aktive ose t kombinimeve t tyre, t ndrtuara n teknikn monolite dhe saldohen me to sikurse tek qarqet e integruara monolite (nganjher ngjiten).

Qarqet hibride t realizuara n teknikn e filmit t trash jan t prshtatshme n ato raste ku nevojitet fuqi e madhe, e cila mund t jet edhe mbi 100 W. N kto raste baza vendoset n ftohsin adekuat.

Qarqet e integruara hibride n teknikn e filmit t holl.- punohen n t njejtn baz me ato n teknikn e filmit t trash. Shtresa q paraqet rezistor, prues, etj. formohet me avullimin dhe shtresimin e materies rezistuese ose pruese n vakum (fig.1.1.11). Termoelementi e nxen materien rezistuese ose pruese, e cila avullohet e pastaj shtresohet n bazn e dioksid-aluminit. Shprndarja dhe forma e elementeve caktohet me ndihmn e masks metalike t vendosur mi baz. Npr vrima t masks hyn avulli dhe shtresohet n baz duke formuar rezistor, prues ose elementet tjera t qarkut. Prve ksaj mnyre t realizimit t elementeve n teknikn e filmit t holl, ekziston edhe mnyra e aplikimit t fotoefektit sikurse te qarqet e integruara monolite.

Elementeve t realizuara n teknikn e filmit t holl u shtohen elementet gjysmpruese (diodat, transistort, etj.) t cilat lidhen me to me saldim. Pastaj vendosen konektort (lidhjet) e jashtm. Qarku shqyrtohet dhe mbyllet.

N teknikn e filmit t holl ndrtohen qarqe pr frekuenca t larta, ngase pruesit jan m t shkurt, kapacitetet dhe induktivitetet parazitore m t vogla, kurse ndrtimi m preciz. N to ndrtohen edhe bobinat dhe ate zakonisht n form t spirales e cila shpesh sht e deformuar dhe e ndrtuar prej segmenteve t drejta. Fuqia e lejuar e qarqeve t realizuara n kt teknik sht m e vogl se sa e atyre t realizuara n teknikn e filmit t trash dhe zakonisht sillet deri n disa W.

Nj ekzemplar (shembull) i qarkut t integruar hibrid pa shtpiz sht paraqitur n fig.1.1.12.

Stabiliteti i qarqeve t integruara.- Qarqet e integruara jan dukshm (shum) m stabile se sa ato diskret, n radh t par ngase elementet dhe lidhjet e tyre ndrtohen (realizohen) me t njejtn teknik. T gjitha elementet n shtpiz jan t mbrojtura nga lagshtia, pluhuri etj. Shqyrtimet kan treguar se mund t pritet q prej 106 deri n 107 t qarqeve t integruara, pr nj or pune, t mos punoj (funksionoj) vetm nj prej tyre. Me ndrtim dhe kontroll t posame ky numr mund t rritet n 109.

2. QARQET E INTEGRUARA LINEARE

Qarqet e integruara ndahen kryesisht n lineare dhe digjitale. Kjo ndarje nuk sht e plot e as e drejt krejtsisht, andaj nevojitet t shpjegohen detalisht kuptimet lineare dhe digjitale.

Qarqet lineare duhet t ken varshmri lineare t tensionit n dalje nga tensioni n hyrje. Kt kusht e plotsojn prforcuesit operacinal n brezin e caktuar t puns. Te ta ndryshimi i tensionit n hyrje shumzohet me prforcimin e prforcuesit duke dhn tension t prforcuar n dalje. Prforcimi i prforcuesit prkufizohet si hers i ndryshimit t tensionit n dalje ndaj ndryshimit t tensionit n hyrje dhe prher sht i njejt (konstant). N qoft se prforcimi i prforcuesit sht i barabart, p.sh. me 100, ather ndryshimi i tensionit n dalje do t jet 100 her m i madh se sa ndryshimi i tensionit n hyrje.

Prve qarqeve lineare ekzistojn edhe qarqet jolineare. Tek to varshmria e tensionit n dalje nga tensioni n hyrje nuk sht lineare. N nj pik t puns prforcimi p.sh. sht 10, kurse n tjetrn 100 etj. Shembull i qarqeve t tilla sht prforcuesi logaritmik, te i cili tensioni n dalje sht proporcional me logaritmin e tensionit n hyrje. Mirpo, sht br zakon (shprehi) q t gjitha qarqet e integruara, tek t cilat ekziston ndrrimi kontinual i tensionit n dalje nga tensioni n hyrje, t konsiderohen dhe t trajtohen si qarqe lineare. Kshtu q, shpeshher, n qarqe lineare prfshihen edhe komparatort (krahasuesit) e tensionit, stabilizatort e tensionit, modulatort, demodulatort, qarqet speciale pr aparate radiotelevizive etj.

Qarqet digjitale kryesisht kan vetm vlera diskrete t tensionit n hyrje ose n dalje. Tek to tensioni n hyrje duhet t jet i barabart me tensionin q i prgjigjet 1 (p.sh. tensioneve ndrmjet 2V dhe 5V) ose zeros logjike 0 (p.sh. tensioneve mes 0V dhe 0.8V). Vlera t ngjajshme te tensioneve ekzistojn edhe n daljet e tyre. Tensionet, vlerat e t cilave nuk u prgjigjen tensioneve t 1 dhe 0 nuk duhet t prdoren.

2.1. STRUKTURA E MBRENDSHME E PRFORCUESVE T INTEGRUAR OPERACIONAL

Prforcuesit e integruar operacional ndrtohen kryesisht pr prforcimin e tensioneve njkahore, por shpeshher prdoren edhe pr qllime tjera. Ata kan dy hyrje dhe nj dalje (fig.2.1.1). Struktura e tyre, e mbrendshme, relativisht sht e komplikuar, prandaj ajo paraqitet me an t bllok-skems s treguar n fig.2.1.2. N vazhdim t ktij libri do t prpunohen qarqet themelore, n at mas, sa sht e nevojshme pr t kuptuar principin e puns dhe aplikimin e prforcuesve operacional. Prpunimi detal i qarqeve elektronike dhe skemave t prforcuesve t ndryshm operacional del nga suazat e ktij libri dhe mund t gjendet n literatur. Posarisht duhet theksuar se pr shfrytzuesin jan t prekshme vetm hyrjet dhe dalja e prforcuesit operacional, ndrsa qarqeve dhe elementeve t brendshme t tij nuk mund tu qaset (afrohet) e ler m ti shqyrtoj ose t bj matje n to. Pr kt arsye njohja detale e strukturs s brendshme t prforcuesit operacional nuk sht e domosdoshme.

N fig.2.1.2 shihet se n hyrje t prforcuesit operacional gjendet prforcuesi diferencial i cili prforcon ndryshimin e tensioneve hyrse. Atij shpesh i shoqrohet (shtohet) prforcuesi shtes (plotsues) q shrben pr rritjen e prforcimit t trsishm t prforcuesit. Tensioni n dalje t prforcuesit shtes prforcohet pastaj me an t prforcuesit t sinjaleve t mdha, i cili njkohsisht, shpeshher, shrben pr zhvendosjen e niveleve njkahore dhe ngacmimin e stadit (prforcuesit) dals. Stadi dals, zakonisht, nuk prforcon tension, por shrben si prforcues i rryms. Prforcimet e stadeve (prforcuesve) prforcuese shumzohen mes veti, kshtu q prforcimi i trsishm i prforcuesit operacional sht relativisht i madh (vlera tipike 100 000 pr tensione njkahore dhe tensione t frekuencave t ulta).

Prforcuesi diferencial hyrs sht dhn n fig.2.1.3.a. Prbhet prej dy transistorve si prforcues, emetert e t cilve jan t lidhur n burimin e rryms konstante. Prforcuesi diferencial ka dy hyrje n t cilat vijn tensionet hyrse U1 dhe U2. Dalja e prforcuesit diferencial poashtu mund t jet simetrike dhe ather tensioni dals fitohet si ndryshim i tensioneve n kolektort e transistorve T1 dhe T2, d.m.th. si UC1-UC2. Dalja e prforcuesit diferencial mund t jet edhe josimetrike poqse tensioni n dalje merret vetm nga kolektori i njrit transistor.

Burimi i rryms konstante prher jep rrym konstante e cila gjithmon sht e barabart me shumn e rrymave t kolektorve IC1 dhe IC2. N qoft se rritet rryma IC1, pr aq zvoglohet rryma IC2. Komponentet alternative (e ndryshueshme) t rrymave nuk rrjedhin npr burimin e rryms konstante. N vend t burimit t rryms konstante mund t vendoset rezistori me rezistenc t madhe, i cili sbashku me burimin -U sillet, prafrsisht, si burim i rryms konstante.

Prforcuesi diferencial duhet t prforcoj vetm ndryshimin e tensioneve hyrse U!-U2 dhe ate pa marr parasysh vlerat e tyre vetiake. Principi i tij i puns, m s miri, mund t shpjegohet n qoft se shqyrtohet (analizohet) ndrrimi i njrit tension hyrs pr derisa tjetri (n hyrjen tjetr) mbahet konstant. Meqense prforcuesi diferencial sht simetrik, ather analiza dhe konkludimet e nxjerrura n at rast vlejn edhe pr tensionin tjetr hyrs.

N qoft se rritet vetm tensioni hyrs U1, kurse ai U2 mbahet konstant (i pandryshuar, i njejt), ather rritet rryma IC1 npr transistorin T1. Me rritjen e rryms IC1 zvoglohet tensioni UC1 n kolektorin e transistorit T1. Meqense shuma e rrymave IC1 dhe IC2 duhet t jet konstant, sht e qart se rritja e rryms IC1 shkakton zvoglimin e rryms IC2 dhe rritjen e tensionit UC2. Rritja e tensionit UC2 sht e barabart me zvoglimin e tensionit UC1 n qoft se rezistencat RC1 dhe RC2 jan t barabarta dhe n qoft se burimi i rryms sht i prkryer (ideal). Tensioni n dalje, i fituar me prforcimin e ndryshimit t tensionit n hyrje, sht Udal=UC1-UC2. N qoft se edhe transistort T1 dhe T2 jan identik (me karakteristika t njejta), ather rritja e tensionit U2, pr t njejtn vler, shkakton ndryshime t njejta, por n kahje t kundrt (rritjen e rryms IC2 dhe zvoglimin e tensionit UC2, kurse zvoglimin e rryms IC1 dhe rritjen e tensionit UC1).

Nga kjo ka u tha deritash, shihet se prforcuesi diferencial prforcon vetm ndryshimin (diferencn) e tensioneve n hyrje U1-U2. Madhsia e tensionit n dalje Udal=UC1-UC2 e pjestuar me diferencn (ndryshimin) e tensioneve n hyrje jep prforcimin diferencial q shnohet me AD:

(2.1.1.)

N teknikn diskrete sht shum vshtir t arrihet realizimi i prforcuesit diferencial me elemente plotsisht t njejta, ngase vet transistort e tipit t njejt dallojn shpeshher shum mes veti. N teknikn e integruar t njejtat elemente realizohen me t njejtat veprime dhe n t njejtn koh, kshtu q edhe dallimi mes tyre sht relativisht i vogl (p.sh. m i vogl se 1%).

N qoft se tensionet hyrse U1 dhe U2 rriten pr t njejtn vler, n t njejtn koh, ather tensioni n dalje sht i barabart me zero sepse rrymat IC1 dhe IC2 nuk mund t rriten n t njejtn koh. N praktik elementet e prforcuesit diferencial, fig.2.1.3a dallojn deri diku mes veti, kshtu q pr t njejtin tension U n hyrjet e tij, i cili definohet si vler mesatare e tensioneve U1 dhe U2, d.m.th. si U= (U1+U2)/2, n dalje, megjithat, do t fitohet (merret) nj tension shum i vogl Udal=UC1-UC2, i cili sht shum shum m i vogl se sa ndryshimi i prforcuar i tensioneve hyrse. Hersi i tensionit dals Udal dhe vlers mestare t tensioneve hyrse U=(U1+U2)/2 paraqet prforcimin simetrik t prforcuesit diferencial dhe shnohet me AS:

(2.1.2)

Pr prforcuesin diferencial ideal prforcimi simetrik sht i barabart me zero.

Si mas pr vlersimin e kualitetit t prforcuesit diferencial merret faktori i sinjaleve t prbashkt i cili prkufizohet si hers i prforcimit diferencial dhe atij simetrik AD/AS dhe zakonisht ipet n decibela:

(2.1.3)

Tek prforcuesit real operacional faktori sht zakonisht m i madh se 80 dB.

Shtrohet pyetja se sa sht vlera numerike e prforcimit t prforcuesit diferencial t treguar n fig.2.1.3.a.

Nga elektronika I dihet se prforcuesi me emeter t prbashkt paraqitet prmes skems ekuivalente (h-parametrave) t treguar n fig.2.1.3.b. Prforcuesi diferencial n fig.2.1.3.a prmban dy prforcues t till me transistort T1 dhe T2; skema e tij ekuivalente sht treguar n fig.2.1.3.c. Rezistort e kolektorve RC1 dhe RC2 pr komponenten alternative t rryms jan t lidhur n mas. Emetert e transistorve T1 dhe T2 lidhen n pikn e prbashkt A. Mes piks A dhe mass gjendet burimi i rryms konstante me rezistenc pakufi t madhe pr komponenten alternative t rryms, prandaj edhe mungon n fig.2.1.3.c.

Pr pjesn e qarkut q prfshin tensionin UC1 dhe rezistorin RC1 mund t shkruhet Ligji i II i Kirkofit pr kahun e prvetsuar t konturs si n fig.2.1.3.c:

UC1 + RC1IC1 = 0 (2.1.4)

Nga shprehja (2.1.4) kemi se:

UC1 = -RC1IC1 (2.1.5)

N t njejtn mnyr mund t shkruajm edhe pr qarkun q prfshin tensionin UC2 dhe rezistorin RC2, prej nga marrim se:

UC2 = -RC2IC2 (2.1.6)

Rezistort RC1 dhe RC2 supozohet t jen t njejt dhe i shnojm me RC. Tensioni n dalje Udal fitohet si ndryshim i tensioneve UC1 dhe UC2:

Udal = UC1-UC2 = -RC1IC1 - (-RC2IC2) = -RC (IC1-IC2 ) (2.1.7)

Nga fig.2.1.3c) shihet se rryma IC1=h21eI1, kurse IC2 = h21eI2. N qoft se kto vlera t rrymave t kolektorve zvndsohen n shprehjen (2.1.7), fitohet:

Udal = - RC (h21eI1-h21eI2 ) = -RCh21e (I1- I2) (2.1.8)

Pr pjesn e qarkut t formuar nga tensioni U1, parametrat h11e dhe tensioni U2 mund t shkruhet Ligji i II i Kirkofit pr kahun e prvetsuar si n fig.2.1.3.c), Pra:

U1-h11eI1+h11eI2-U2=0 (2.1.9)

Nga shprehja (2.1.9) marrim se:

-h11e (I1-I2) = - (U1-U2) (2.1.10)

Duke pjestuar shprehjen (2.1.10) an pr an me -h11e fitohet se:

(2.1.11)

Me zvndsimin e shprehjes (2.1.11) n shprehjen (2.1.8) marrim se:

(2.1.12)

Nga shprehja (2.1.12) shihet qart se tensioni n dalje sht proporcional me ndryshimin e tensioneve n hyrje. Prforcimi diferencial, sipas shprehjes (2.1.1) sht i barabart me hersin e diferencs (ndryshimit) s tensioneve n dalje ndaj diferencs s tensioneve n hyrje:

(2.1.13)

Si shihet, nga shprehja (2.1.13), prforcimi i prforcuesit diferencial sht i barabart me prforcimin e prforcuesit (transistorit) me emeter t prbashkt. N qoft se tensioni n dalje merret ndrmjet mass dhe njrit kolektor, ather prforcimi do t jet dy her m i vogl.

Prforcimi simetrik, i dhn me shprehjen (2.1.2), varet prej shum madhsive si jan paprsosshmria e burimit t rryms konstante, parametrave jo t njejt t elementeve n t dy ant (simetrike) e prforcuesit diferencial, etj. Prforcimin simetrik nuk do ta llogarisim, n rastin ton, por shpjegim i pjesrishm mund t haset n literatur dhe at pr burim joideal (real) t rryms konstante (t paraqitur me an t rezistorit me rezistenc t madhe dhe tension t furnizimit) dhe ate vetm pr dalje josimetrike t prforcuesit diferencial.

Burimi i rryms konstante mund t realizohet n teknikn diskrete ose t integruar. N fig.2.1.4.a sht dhn nj mnyr e realizimit t burimit t rryms konstante n teknikn diskrete, e cila na prkujton qarkun pr stabilizimin e piks s puns te prforcuesi me emeter t prbashkt. N rezistort Rb1 dhe Rb2 sillet tensioni konstant (+U) dhe (-U), p.sh. (+15V)-(-15V)=30V, kurse mes tensionit -U dhe bazs s transistorit sillet nj pjes e atij tensioni konstant UB.Tensioni mes bazs dhe emeterit t transistorit sht prafrsisht konstant. Tensioni UE n rezistorin Re fitohet si ndryshim i tensioneve prafrsisht konstante UB dhe UBE:

UE = UB-UBE

kshtu q edhe tensioni UE prafrsisht sht konstant. Rryma npr rezisorin Re sht e barabart me hersin e tensionit UE dhe rezistencn Re; kjo rrym sht konstante sepse madhsit UE dhe Re jan konstante. Pika A sht vendi ku bashkohen emeteret e transistorve T1 dhe T2 (fig.2.1.3.a).

Shembull: T realizohet burimi i rryms konstante n teknikn diskret (fig.2.1.4.a) q jep rrym konstante prej 1 mA. N kt rast duhet prvetsuar shum madhsi. T gjitha tensionet do ti caktojm n krahasim me tensionin negativ t furnizimit (-15V). Spari do t prvetsojm tensionin n rezistorin e emeterit ashtu q t jet disa her m i lart (madh) se sa tensioni UBE, p.sh. UE = 5UBE = 5(0,7 V = 3,5 V. N kt rast ndrrimet e tensionit UBE nga ndrrimet e temperaturs (2,3 mV/(C) pak do t ndikojn n ndrrimin e rryms konstante. Rryna n rezistorin Re sht 1 mA. Tani rezistencn Re e caktojm me an t Ligjit t Ohmit: Re=UE/IC=3,5 V/1 mA=3,5 k(. Tensioni n skajet e rezistorit Rb2 sht i barabart me shumn e tensioneve UE dhe UBE: UB =UE +UBE =3,5 V+0,7 V = 4,2 V. Rryma e bazs s transistorit fitohet si hers i rryms s kolektorit (IC) dhe koeficientit h21E. T prvetsojm (supozojm) se h21E =100. Tani IB =1 mA/100=10 (A. Rryma n rezistort Rb1 dhe Rb2 duhet t jet 5 her m e madhe se rryma e bazs. N shembullin ton po marrim se ajo duhet t jet 10 her m e madhe, kshtu q rryma n rezistort Rb1 dhe Rb2 do t jet: I1=10(10 (A=100 (A. Rezistenca Rb2 caktohet nga shprehja: Rb2 = UB /I1= 4,2 V/00 (A = 42 k(. Tensioni n skajet e rezistorit Rb1 sht Ub1 = U-UB =30 V - 4,2 V = 25,8 V. Kur tensioni Ub1 pjestohet me rrymn I1 fitohet vlera e rezistencs Rb1 = Ub1 /I1 =25,8 V/100 (A=258 k(.

N teknikn e integruar burimi i rryms konstante realizohet me ndihmn e qarkut t posam elektronik q shpeshher quhet pasqyr rrymore. Nj shembull i qarkut t till sht dhn n fig.2.1.4.b). N kt qark transistort duhet t jen identik (me karakteristika t njejta), gj q mund t arrihet n teknikn e integruar. Kolektori dhe baza e transistorit T1 lidhen shkurt (drejtprdrejt) dhe ai sillet (vepron) si diod. Tensioni mes bazs dhe emeterit t tij sht rreth 0,7 V, e po aq sht edhe tensioni mes kolektorit dhe emeterit t tij. Tensioni mes +U dhe -U (p.sh. prej +15 V deri n -15 V) sht shum m i madh se sa 0,7 V, prandaj rryma I1, praktikisht, sht konstante npr rezistorin R. Tensioni mes bazs dhe emeterit t t dy transistorve sht i njejt. Rryma konstante e kolektorit t transistorit T1 pasqyrohet n rrymn e kolektorit t transistorit T2, e cila, pr kt arsye, sht poashtu konstante. Pika A, edhe ktu, fig.2.1.4.b) sht shnuar n t njejtn mnyr, si n fig.2.1.3.a). Burimi i rryms konstante mund t jet gjithashtu edhe m i ndrlikuar se n rastin e fig.2.1.4.b).

Shembull: Le t nevojitet burimi i rryms konstante, n teknikn e integruar, prej 1 mA. Tensioni n rezistorin R sht prafrsisht i barabart me 30 V-0,7 V=29,3 V. Kur ky tension pjestohet me rrymn prej 1 mA, fitohet vlera e rezistencs R=29,3 V/1 mA=29,3 k(.

Burimi i rryms konstante, shpeshher, vendoset n vend t rezistencs s kolektorit dhe ather paraqet (quhet) ngarkes aktive n prforcuesin diferencial. Roli i tij, si ngarkes aktive, shihet n shqyrtimin vijues.

Nga Elektronika I na sht e njohur se prforcimi i prforcuesit me emeter t prbashkt sht proporcional me rezistencn e kolektorit RC. Poqse rezistenca RC do t rritej shum, ather rryma e kolektorit do t zvoglohej shum. N qoft se n vend t rezistorve n kolektor t transistorve, vendosen burimet e rrymave konstante, si sht treguar n fig.2.1.5, ather gjat ndrrimit t tensionit (n hyrje t prforcuesit diferencial) rryma, praktikisht nuk ndryshon (ndrron). Prforcuesi, n kt rast, sillet si me pasur rezistenc shum t madhe n kolektor, prandaj edhe ka prforcim t madh t tensionit n dalje (p.sh. 500).

Ngarkesat aktive, n praktik, realizohen si n fig.2.1.5. Rryma e trsishme npr transistort T1 dhe T2 sht konstante dhe ajo sht e caktuar me burimin e rryms konstante I0. Transistort T1 dhe T2 formojn pasqyr rrymore, prandaj edhe rrymat e kolektorve u jan prafrsisht t njejta (barabarta). Kjo do t thot se rryma konstante I0 ndahet n dy rryma konstante IC1 dhe IC2.

Prforcuesi diferencial hyrs mund t realizohet edhe me an t FET-ave. N at rast fitohet rezistenc shum m e madhe hyrse.

Me rritjen e temperaturs zvoglohen tensionet UBE t transistorve T1 dhe T2 (fig.2.1.3.a), pr t njejtn vler, gj q nuk ndrron (ndryshon) tensionin n dalje, sikurse as pr hyrjet simetrike t tensionit. Pr shkak t ndrrimit t temperaturs ndryshon koeficienti h21, e bashk me te edhe prforcimi i prforcuesit diferencial. Mirpo, do t shohim m von se ndrrimi i prforcimit t prforcuesit operacional nuk ndikon shum n punn e qarkut elektronik n t cilin merr pjes ai.

Lvizja e nivelit njkahor - Stadi i ardhshm prforcues, pas prforcuesit diferencial, duhet t siguroj prforcim shtes (plotsues). Le t jet prforcuesi diferencial i t njejtit tip si n fig.2.1.6. Tensioni n bazat e transistorve T1 dhe T2 le t jet afr zeros. Ather tensioni n kolektort e tyre sht i lart (madh) dhe pozitiv (p.sh. 5 V). Po ky i njejti tension ekziston edhe n bazat e transistorve T3 dhe T4, por tensioni n kolektort e tyre sht edhe m i madh (p.sh. 10 V). N daljen e krejt prforcuesit do t shfaqej tensioni njkahor i cili nuk sht rrjedhim (pasoj) i ndryshimit (diferencs) t tensioneve hyrse. Tensionet njkahore t pikave t puns duhet zhvendosur (lvizur) kah potenciali i mass (0 V) pr t pasur tensionin, n dalje t krejt prforcuesit, t barabart me zero pr ndryshimin e tensioneve hyrse t barabart me zero.

N praktik, zhvendosja e potencialit t piks s puns kah potenciali i mass bhet kryesisht n dy mnyra: me an t prforcuesit me emeter t prbashkt me burim t rryms konstante ose me an t transistorve komplementar.

Zhvendosja e tensionit njkahor kah zeroja me ndihmn e prforcuesit me emeter t prbashkt sht dhn n fig.2.1.7. N kt qark (fig.2.1.7), tensioni njkahor U1, q duhet t zhvendoset kah zeroja, vjen (sillet) n bazn e transistorit T. Tensioni n dalje sht pr R0I0 dhe UBE m i vogl se tensioni U1.

Shembull: Le t jet dhn tensioni njkahor U1 i barabart me 5 V, kurse tensioni n dalje Udal duhet t jet 0 V. Shihet qart se ndryshimi i ktyre tensioneve sht 5 V dhe ky ndryshim duhet t jet i barabart me tensionin n rezistorin R0 dhe tensionin UBE (0,7 V). Le t jet rryma konstante e barabart me 1 mA. Tash, rezistenca R0 llogaritet sipas ligjit t Ohmit si hers i tensionit n t (4,3 V) dhe rryms q kalon npr t, pra: R0=4,3 V/1 mA=4,3 k(.

Zhvendosja e tensionit njkahor t piks s puns me ndihmn e transistorve komplementar aplikohet m shpesh dhe realizohet kryesisht n dy mnyra: me iftin e transistorve diferencial ose me transistor komplementar n stadin ngacmues.

Zhvendosja e nivelit njkahor t tensionit me ndihmn e prforcuesve diferencial komplementar sht treguar n fig.2.1.8. Transistort T1 dhe T2 u takojn stadit hyrs diferencial. Transistort T3 dhe T4 jan transistor t tipit PNP. Tensionet n kolektort e tyre jan m t vegjl se sa tensionet n bazat e tyre. Pr aq sa e ngrit nivelin njkahor stadi i par, pr aq e zvoglon tensionin stadi i dyt, por njkohsisht punon edhe si prforcues plotsues.

Shembull: Le t jet tensioni n bazat e stadit t par diferencial prafrsisht 0 V. Tensionet n kolektort e transistorve t stadit t par diferencial le t jen rreth 5 V. Rryma konstante e stadit t dyt le t jet 1 mA; ajo ndahet ne dy pjes, kshtu q npr transistort T3 dhe T4 rrjedhin rrymat prej 0.5 mA. Rezistencat e kolektorve t stadit t dyt (transistorve T3 dhe T4) jan t lidhura me skajet e poshtme n -U (n kt rast le t jet ai -15 V), kurse me skajet e eprme t tyre n daljet e prforcuesve diferencial-transistorve T3 dhe T4. Vet rezistenca e tyre RC, caktohet nga ligji i Ohmit si: RC=15 V/0,5 mA=30 k(.

Prforcuesi i sinjaleve t mdha - Stadi i parafundit i prforcuesit operacional zakonisht sht prforcues i sinjaleve t mdha e njkohsisht edhe stad ngacmues (eksitues) i stadit dals. Tensioni nga hyrja deri te ky prforcues mjaft prforcohet, kshtu q n hyrjen e tij vjen mjaft i madh (i prforcuar p.sh. 1 V). Pr kt arsye sht mir q ky prforcues t ket prforcim stabil pr t mos ardhur deri te deformimi i tensionit t prforcuar n dalje. Prforcim stabil ka prforcuesi me riveprim negativ t tensionit. Nj shembull i prforcuesit t till sht dhn n fig.2.1.9. Transistort T1 dhe T2 i takojn stadit hyrs, kurse transistori T3 me rezistort Re dhe RC3 formon prforcuesin e sinjaleve t mdha; riveprimi negativ realizohet me ndihmn e rezistorit Re. Tensioni n kolektorin e transistorit T3 sht m i vogl se n baz, kshtu q, n kt rast, shrben (prdoret) njkohsisht si prforcues i sinjaleve t mdha dhe si zhvendoss i nivelit njkahor i sinjalit.

Shembull: Le t jet tensioni njkahor n kolektorin e transistorit T2 12 V, kurse tensioni i furnizimit +15 V. Tensioni n rezistorin Re sht 3 V-0,7 V=2,3 V. Le t prvetsojm (supozojm) se rryma npr Re sht 1 mA. Rezistenca Re caktohet nga ligji i Ohmit: Re=2,3 V/1 mA=2,3 k(. Tensioni n rezistorin RC3 duhet t jet 15 V (shih shembullin paraprak), kshtu q rezistenca e tij do t jet: RC3=15 V/1 mA=15 k(. Prforcimi i ktij prforcuesi do t jet: -RC3 / Re = -15 k( /2,3 k( = -6,52

Stadi dals i prforcuesit t integruar operacional duhet t siguroj (mundsoj) rrjedhjen e rryms npr shpenzues si pr tension pozitiv ashtu edhe negativ t daljes. Gjithashtu tensioni n dalje duhet t jet i barabart me zero kur tensioni n hyrje sht i barabart me zero. Poashtu, stadi dals duhet t siguroj rrym mjaft t madhe pr ngarkesn e caktuar n dalje (rreth 30 mA), pastaj t mos e deformoj tensionin n dalje, etj.

Stadi dals zakonisht ndrtohet me ndihmn e iftit t transistorve komplementar (fig.2.1.10). N fig.2.1.10, transistori T1 me rezistort RC dhe Re paraqet prforcuesin, e prshkruar m par, t sinjaleve t mdha q shrben pr ngacmimin e stadit dals t formuar (prbr) nga transistort T2 dhe T3. N qoft se me prforcimin e tensionit n hyrje fitohet tensioni pozitiv n dalje, ather rryma rrjedh prej +U npr T2 dhe shpenzuesin Rsh n mas; n qoft se n dalje fitohet tension negativ ather rryma rrjedh prej mass npr shpenzuesin Rsh dhe transistorin T3 kah -U. Transistori T2, kur pron, sillet si prforcues me emeter t prbashkt dhe prforcon vetm rrym. Konstatim i njejt mund t nxirret edhe pr transistorin T3. N prgjithsi, stadi dals e prforcon rrymn, e jo tensionin. Qarku i fig.2.1.10. bn deformimin e sinjalit, sepse pragu i prueshmris s transistorve T2 dhe T3 sht rreth 0,6 V. Ndrrimet e tensionit, rreth 0 V, q jan m t vogla se pragjet e tyre t prueshmris (pr T2 dhe T3 sht fjala) nuk do t prcillen n dalje t prforcuesit dhe n shpenzuesin Rsh. Pr tensione t mdha dalse, do t vinte deri te deformimi i tensionit gadi pr ( 6 V rreth zeros. Pr t mos ardhur deri te ky deformim i tensionit rreth vlers zero, mes bazave t transistorve T2 dhe T3 vendosen diodat D1 dhe D2 si n fig.2.1.11. Diodat projn dhe tensioni n to sht rreth 0,6 V. Kjo do t thot se tensioni n bazn e transistorit T2 sht pr 0,6 V m i lart (i madh) se sa tensioni n mas, kurse n bazn e transistorit T3 pr t njetin tension m i ult (i vogl). Tani transistort T2 dhe T3 gjenden n gjendjen e pragjeve t prueshmris, kshtu q do ndrrim i tensioneve n bazat e tyre prcillet n dalje. Zakonisht tensionet n dioda jan di m t mdha se 0,6V (rreth 0,65V) dhe transistort T2 dhe T3 projn nj rrym t vogl, pra punojn n klasn AB t puns.

Rezistort Re1 dhe Re2 me transistort T4 dhe T5 formojn mbrojtjen nga lidhja e shkurt, e cila vepron n mnyrn vijuese: n qoft se skaji i daljes lidhet drejtprdrejt n mas, ather npr transistort T2 ose T3 do t vinte deri te rritja e rryms. Rryma e rritur (zmadhuar) n kt mnyr gjithashtu do t rrjedh npr rezistorin Re1 (ose Re2) dhe n t do t krijon (shkakton) rritje t tensionit. Kur ky tension e tejkalon tensionin e pragut t prueshmris mes bazs dhe emeterit t transistorit T5, ai do t pron dhe do t lidh (bashkon) bazn e transistorit T3 me daljen e prforcuesit. Dalja e prforcuesit sht n potencial m t ult se sa baza e transistorit T3, kshtu q transistori T3 bhet m pak i prueshm dhe rryma npr t do t zvoglohet. N fakt, rryma npr transistorin T3 do t mund t rritej deri n at kufij (vler), pr t cilin transistori T5 do t filloj t proj. N kt mnyr, gjat lidhjes s shkurt t skajit dals me masn, rryma e transistorit dals T3 kufizohet (ndalet) n at vler pr t ciln nuk do ta dmtoj prforcuesin. N t njejtn mnyr mund t analizohet edhe transistori T2.

Komplet skema e prforcuesit operacional (A 741 sht dhn fig.2.1.12. N hyrjen e tij gjendet prforcuesi diferencial kaskad i prbr nga transistort T1, T2, T3 dhe T4. Transistort T5, T6 dhe T7 formojn ngarkesn aktive t prforcuesit hyrs. Transistort T16 dhe T17 formojn prforcuesin plotsues, zhvendossin e niveleve njkahore, prforcuesin e sinjaleve t mdha dhe stadin ngacmues pr iftin dals t transistorve komplementar T14 dhe T20. Pjesa e eprme e transistorit T13 paraqet ngarkesn aktive t tij. Transistori T22 me pjesn e eprme t transistorit T13 paraqet prforcuesin me emeter t prbashkt q shrben pr prforcimin e rryms s prforcuesit t sinjaleve t mdha. Transistort T18 dhe T19 zvndsojn diodat pr kompensimin e tensionit t pragut t prueshmris s transistorve dals. Transistort T15 dhe T20 shrbejn pr mbrojtje nga lidhja e shkurt, e cila mbrojtje prfshin edhe disa transistor tjer. Elementet tjera t prforcuesit (A 741 shrbejn pr formimin e burimit t rryms konstante dhe t mbrojtjes nga lidhjet e shkurta dhe nga oscilimet e mundshme n qark.

Fig. 2.1.12. Skema elektrike e prforcuesit operacional (A 741

PYETJE DHE DETYRA:1. ka prforcon stadi hyrs i prforcuesit operacional ?

2. Sa sht prforcimi diferencial i stadit hyrs dhe si definohet prforcimi simetrik i tij ?

3. T llogaritet prforcimi diferencial i stadit hyrs nse dihen: RC=5 k(, h21=200 dhe h11=3 k( dhe poqse dalja sht simetrike. Sa do t jet prforcimi nse dalja merret vetm nga kolektori i njrit transistor ?

4. Tensioni, n dy hyrjet e prforcuesit operacional, le t rritet pr +5 V, kurse ai n dalje le t jet rritur pr 0,05 V. Sa do t jet prforcimi simetrik i prforcuesit diferencial ?

5. Prforcimi diferencial le t jet -120, kurse ai simetrik 0,02. Sa do t jet faktori i dobsimit t sinjaleve simetrike ( ? Sa sht ajo n dB (vlera absolute e tij) ?

6. Si mund t realizohet burimi i rryms konstante n teknikn e integruar?

7. T llogariten elementet e burimit t rryms konstante n teknikn diskret n qoft se nevojitet: rryma prej I0 =2 mA, h21E =150, +U = +15 V, -U = -15 V dhe Re =2 k(. Elementet t llogariten sikurse te stabilizimi i piks s puns (Elektronika I).

8. Prse qarku i treguar n fig.2.1.4.b) sillet si burim i rryms konstante ?

9. T llogaritet rryma I1 pr qarkun e fig.2.1.4.b), n qoft se sht: +U= +15 V, -U = -15 V dhe R=50 k(. T merret se UBE = 0,7 V.

10. Prse sht mir t vendoset burimi i rryms konstante n vend t rezistorve t kolektorit n prforcues ?

11. Prse niveli njkahor zhvendoset kah +U te prforcuesi diferencial me transistor t tipit NPN ?

12. Si zhvendoset niveli njkahor me ndihmn e burimit t rryms konstante ?

13. Si zhvendoset niveli njkahor me ndihmn e transistorve komplementar ?

14. Si realizohet stadi dals ?

15. Si kompenzohet pragu i prueshmris s transistorve dals ?

16. Si bhet kufizimi i rryms t stadit dals pr mbrojtje nga lidhja e shkurt ?

2.2. MADHSIT KARAKTERISTIKE T PRFORCUESVE T INTEGRUAR OPERACIONAL

Karekteristikat e prforcuesve t integruar operacional prkufizohen, kryesisht, prmes vlerave maksimale dhe parametrave t tyre.

Vlerat maksimale paraqesin kufirin t cilin nuk lejohet ta tejkalojn n asnj rast prforcuesit e integruar operacional, ngase mund t vij deri t shkatrrimi momental i tyre. Emrat e madhsive karakteristike ipen edhe n gjuhn angleze sepse shumica e prodhuesve t prforcuesve operacional i japin ato n kt gjuh. Vlerat maksimale jan:

1. Brezi temperaturor i ruajtjes (deponimit, akumulimit, ang. Storage temperature range) zakonisht mund t jet prej -65 C deri n 150 C.

2. Brezi temperaturor i puns (Operating temperature range) mund t jet prej 0 C deri 70 C pr ata me shtpiza prej plastiks. Pr ata me shtpiza prej keramike dhe metali sht prej -55 C deri 125 C; ky brez temperaturor ka t bj me prforcues pr pajisje ushtarake, kurse pr ato civile zakonisht sht di m i ngusht. Duhet theksuar se prforcuesit operacional pr pajisje ushtarake jan shum m t shtrenjt (10 her m t shtrentj) se sa ata pr prdorim t gjr (civil).

3. Temperatura e saldimit (Soldering temperature) mund t shkoj (arrij) deri n 300 C n kohzgjatje prej deri n 10 sekonda nn kushte plotsuese - mund t saldohet n thellsi prej 2 mm nga shtpiza e prforcuesit operacional.

4. Tensioni i furnizimit (Supply voltage) zakonisht sht tension pozitiv dhe negativ. Zakonisht mund t jet deri n ( 18 V.

5. Tensioni hyrs (Input voltage) n princip duhet t jet m i vogl se tensioni i furnizimit. Pr disa prforcues operacional ekzistojn edhe kufizime plotsuese.

6. Kohzgjatja e lidhjes s shkurt n dalje (Output short circuit duration) - Pr disa prforcues operacional nuk sht e lejueshme lidhja e shkurt n dalje fare (p.sh. pr (A 702); pr disa tjer kohzgjatja e saj sht e kufizuar (p.sh. n 50 sekonda pr (A 709); pr disa tjer ajo prher sht e lejueshme (p.sh. pr (A 741).

7. Fuqia e lejuar maksimale (Power dissipation) q zhvillohet n elementet e prforcuesit fitohet kur nga fuqia e trsishme e burimit pozitiv ose negativ t furnizimit hiqet fuqia e shpenzuesit. Zakonisht lejohet q fuqia e lejuar maksimale n prforcuesin operacional t jet deri n 500 mW pr temperatura t rrethins deri n 70 C, kurse pr temperatura m t larta duhet zvogluar ate sipas udhzimeve t prodhuesit.

Parametrat paraqesin karakteristikat elektrike t prforcuesit operacional pr kushte t caktuara n t cilat gjendet ai (p.sh. tensioni i furnizimit ( 15 V, temperatura e ambientit 25 C etj.). Vlerat e mundshme mund t dallojn shum nga vlerat q do t ipen, por, t dhnat q ipen shrbejn vetm pr vlersimin e prforcuesve operacional. T dhnat e sakta (jo t prafrta) mund t gjenden n katalogjet e prodhuesve t prforcuesve operacional.

Parametra t prforcuesve operacional jan:

1. Prforcimi i tensionit t prforcuesit operacional me qark t hapur - pa riveprim (Open loop voltag gain) sht prforcimi i tij i trsishm pa riveprim dhe sht i barabart me hersin e ndryshimit t tensionit n dalje ndaj ndryshimit t tensionit n hyrje (zakonisht sht prej disa qindra mij deri n disa miliona; vlera tipike sht 100 000; pr prforcuesin operacional ideal sht pakufi i madh).

2. Rezistenca hyrse (Input resistance) definohet me an t ligjit t Ohmit si hers i ndryshimit t tensionit n hyrje dhe rryms n hyrje. Zakonisht sht prej disa dhjetra k( deri n disa M(. Vlera tipike sht 1 M(. Poqse n hyrje jan FET-at, ajo sht shum e madhe (vlera tipike 1T(=1012(). Rezistenca hyrse e prforcuesit operacional ideal sht pakufi e madhe.

3. Rezistenca dalse (Output resistance) poashtu definohet prmes ligjit t Ohmit si hers i ndryshimit t tensionit n dalje dhe rryms n dalje. Zakonisht sht disa dhjetra (. Vlera tipike sht 75 (. Rezistenca dalse e prforcuesit operacional ideal sht zero.

4. Rryma eksituese (mkambse) hyrse (Input bias current) sht vlera mesatare e rrymave t bazs s transistorve hyrs (fig.2.1.3.a) dhe ate kur tensioni n dalje sht i barabart me zero. N fakt, kjo sht rryma e bazave t transistorve hyrs n pikat e tyre t puns. Ajo zakonisht sht prej disa nA deri n disa (A. Vlera tipike sht 100 nA. Nse n hyrje t prforcuesit operacional (n stadin e tij hyrs) jan FET-at, ather vlera tipike e saj sht 100 pA. Ideale do t ishte e barabart me zero gjegjsisht sikur t dy rrymat n hyrje t ishin t barabarta me zero.

5. Rryma hyrse e kompensimit (Input offset current) sht ndryshimi i rrymave t bazave t transistorve hyrs (fig.2.1.3.a). Transistort e treguar n fig.2.1.3.a nuk jan identik plotsisht dhe mu kjo rrym hyrse e kompensimit tregon nj prej karakteristikave se transistort n hyrje jan t ndryshm (pr nga karakteristikat) mes veti. Vlera tipike e rryms hyrse t kompensimit sht 5 her m e vogl se ajo e ngacmimit. Ideale do t ishte e barabart me zero. Fjala ideale n vazhdim ka t bj me prforcuesin operacional ideal.

6. Tensioni hyrs i kompensimit (Input offset voltage) - Meqense elementet e stadit hyrs (prforcuesit diferencial) n fig.2.1.3, nuk jan plotsisht identik mes veti, n dalje t tij, prap se prap, fitohet nj tension edhe kur te dy tensionet n hyrjet e tij jan t barabarta me zero. Ky gabim i stadit hyrs (prforcuesit diferencial) prforcohet nga t gjitha stadet tjera t prforcuesit operacional, kshtu q ndikimi do t jet maksimal n tensionin dals t tij. Tensioni i kompensimit (gabimit) n hyrje definohet si tension q duhet t sillet (vjen) n hyrje t prforcuesit operacional pr t qen i barabart me zero tensioni n dalje. N fakt, ai paraqet tensionin me t cilin korigjohet (prmirsohet) gabimi i stadit (prforcuesit diferencial) hyrs t prforcuesit operacional. Ky tension mund t jet pozitiv ose negativ dhe zakonisht sht ndrmjet -15 mV dhe +15 mV; vlera tipike sht (2 mV. Pr prforcuesin operacional ideal sht i barabart me zero.

7. Ndrrimi i tensionit t kompensimit n hyrje me ndrrimin e temperaturs (Input offset voltage drift) sillet prej 0 deri n (20(V/C, kurse vlera tipike sht (3 (V/C. Zero do t ishte ideale.

8. Frekuenca pr t ciln prforcimi i tensionit bjen n nj (Unity gain bandwidth) - Prforcimi i prforcuesit bjen me rritjen e frekuencs dhe n frekuencn (tipike) prej 1 MHz bjen n njsi (1). Kjo frekuenc, n t ciln prforcimi i prforcuesit bjen n 1, pr disa prforcues sht m e lart (p.sh. pr (A 702 sht 60 MHz), kurse pr disa tjer dukshm m e lart (p.sh. pr SL 565 sht 1 GHz).

9. Shpejtsia e rritjes ose ramjes s tensionit n dalje (Slew rate) - Pr shkak kapaciteteve parazitore tensioni n dalje gradualisht rritet si n fig.2.2.1.b, edhe pse n hyrje sht sjell (vepron) tensioni drejtkndsh (fig.2.2.1a). Vlera tipike sht 1V/(s, kurse ideale do t ishte pakufi e madhe.

10. Faktori i kompresimit t sinjaleve t prbashkta (Common mode rejection ratio) ve sht definuar n kapitullin 2.1. Zakonisht sillet prej 70 dB deri n 120 dB. Pr prforcuesin operacional ideal sht pakufi i madh.

Parametrat e disa prforcuesve operacional jan dhn n tabeln vijuese:

Prforcuesi operacional

(A 741(A 709(A 702LM 318LM 725TL 071LF 351

Prforcimi i tensionit me qark t hapur

2000004500034002000003000000200000100000

Rezistenca hyrse2 M(250 k(32 k(3 M(1,5 M(1012 (1012 (

Rezistenca dalse75 (150 (200 (/150 (//

Rryma eksituese hyrse80 nA300 nA2,5 (A150 nA40 nA30 pA50 pA

Rryma hyrse e kompenzimit20 nA100 nA0,5 (A30 nA2 nA5 pA25 pA

Tensioni hyrs i kompenzimit

1 mV2 mV1,5 mV4 mV0,5 mV3 mV5 mV

Ndrrimi i tensionit t kompenzimit me ndrrimin e temperaturs15 (V/C6

V/C5 (V/C/

2 (V/C10 (V/C10 (V/C

Frekuenca e prforcuesit njsi

1,5 MHz>

10 MHz60 MHz15 MHz1 MHz3 MHz4 MHz

PYETJE PR PRSRITJE:

1. ka tregojn vlerat maksimale te prforcuesit operacional ?

2. Sa jan t lejueshme temperaturat e ruajtjes (deponimit), temperaturat e puns dhe temperatura e saldimit te prforcuesit operacional ?

3. Sa mund t jet tensioni i furnizimit ?

4. Prse tensioni n hyrje nuk guxon ta tejkalon tensionin e furnizimit ?

5. Sa mund t zgjas lidhja e shkurt n dalje ?

6. Si prkufizohet fuqia maksimale e prforcuesit operacional dhe sa sht zakonisht ?

7. ka paraqet prforcimi i qarkut t hapur dhe sa sht vlera tipike e tij ?

8. Si prkufizohen rezistencat hyrse dhe dalse dhe cilat jan vlerat tipike pr to?

9. sht rryma e eksitimit dhe sa sht vlera tipike e saj ?

10. Pr arsye eksiston rryma dhe tensioni i kompensimit n hyrje ?

11. Pr ka nuk dihet parashenja dhe madhsia e rryms dhe tensionit t kompensimit n hyrje?

12. N ciln frekuenc (tipike) prforcimi bjen n njsi (1) ?

13. Prse tensioni n dalje t prforcuesit operacional nuk mund t rritet dhe t bjen shpejt ?

2.3. PRFORCUESI INVERTUES DHE JOINVERTUES

Prforcuesit e integruar operacional kan dy hyrje dhe nj dalje, si n fig.2.3.1. Njra hyrje quhet invertuese dhe shnohet me -, kurse tjetra joinvertuese dhe shnohet me +. Nse n hyrjen invertuese vjen (sillet) tensioni pozitiv, n dalje fitohet tensioni i prforcuar negativ dhe anasjelltas. Nse n hyrjen joinvertuese vjen nj tension, n dalje fitohet tensioni i prforcuar i t njejtit polaritet. N vazhdim, n vend t fjalve hyrje invertuese dhe joinvertuese do t prdorim fjalt hyrja + dhe hyrja -.

Prforcuesit e integruar operacional kan prforcim t madh t tensionit (vlera tipike 100 000). Le t jet gabimi i stadit hyrs, q pr nga madhsia sht i barabart me tensionin hyrs t kompensimit, 1 mV. Nse gabimi i till, i stadit hyrs prej 1 mV, shumzohet me prforcimin e prforcuesit operacional, n dalje fitohet tensioni 1mV(100000=100V. Tensioni n dalje t prforcuesit operacional nuk mund t jet m i madh se tensioni i furnizimit i cili zakonisht sht (15V, prandaj dalja e tij do t jet n ngopje pozitive ose negative. Sipas ksaj, prforcuesi operacional nuk mund t prdoret prforcues i tensionit n at gjendjen e ngopjes.

Prforcuesi invertues.- Pr t mos ardhur deri te ngopja e prforcuesit operacional aplikohet lidhja rivepruese negative (riveprimi negativ) me an t cilit nj pjes e tensionit n dalje kthehet n hyrje dhe mblidhet me tensionin n hyrje, si n rastin e prforcuesit invertues (fig.2.3.2). N qoft se n stadin hyrs t prforcuesit operacional shfaqet (ekziston) tensioni i gabimit (Uhyr), skaji pozitiv i t cilit sht (lidhet) n hyrjen -, ather, n daljen e tij fitohet tension i prforcuar negativ (i prforcuar 100000 her) i cili nprmjet rezistorit R2 kthehet n hyrjen - t prforcuesit operacional. Tensioni i kthyer negativ nga dalja zbritet prej tensionit pozitiv t gabimit n hyrje dhe n kt mnyr vazhdimisht zvoglohet tensioni i gabimit n hyrje (tensioni i gabimit n hyrje shfaqet pr shkak se prforcuesi operacional, pr nga struktura, nuk sht i prkryer-ideal). Prforcimi i ndryshimit t tensionit t kthyer me tensionin themelor t gabimit vazhdon gjithnj prderisa t barazohet me tensionin themelor t gabimit. P.sh. nse tensioni themelor (fillestar) i gabimit sht i barabart me 1 mV, ather tensioni i kthyer nga dalja sht rreth -1mV. Ndryshimi i tyre fitohet kur tensioni i kthyer prej rreth 1 mV pjestohet, n mnyr ciklike, me prforcimin e prforcuesit me vler tipike 100 000 dhe sht i barabart me 10 nV. Duhet theksuar se tensioni i gabimit themelor (fillestar) nuk mund t anulohet trsisht, ngase, n at rast, nuk do t kishim ndryshim t tensionit t kthyer me tensionin themelor t gabimit dhe prforcuesi nuk do t kish ka t prforcon, nuk do t kish me ka ta anulonte (zvoglonte) tensionin e gabimit themelor (fillestar).

T shqyrtohet puna e prforcuesit invertues, t dhn n fig.2.3.2. kur n hyrjen e tij vjen tensioni U1. Pr do prforcues linear vlen se tensioni i tij n dalje sht i barabart me tensionin e tij n hyrje t shumzuar me prforcimin e tij. Sipas ksaj, do t thot se tensioni U2 sht i barabart me tensionin U1 t shumzuar me prforcimin e trsishm t qarkut, t formuar nga prforcuesi i integruar operacional dhe rezistort R1 dhe R2. Poqse e njejta rregull aplikohet edhe n tensionin ndrmjet hyrjes - dhe +, vetm t prforcuesit operacional, mund t konkludohet se tensioni U2 sht fituar nga tensioni Uhyr i shumzuar me prforcimin e prforcuesit operacional pa riveprim. Le t jet U2 i barabart me 1V, kurse prforcimi i prforcuesit operacional pa riveprim 100 000. N qoft se tensioni U2(1V) pjestohet, n kt rast, me prforcimin (100 000), fitohet tensioni Uhyr=1V/100 000=10 (V.

Nga analiza e br shihet se gjat puns normale tensioni mes hyrjes - dhe + sht paprfillshm i vogl ndaj tensioneve tjera n prforcues. N qoft se hyrja + direkt (drejtprdrejt) lidhet n mas, ather, prafrsisht mund t konstatojm se edhe potenciali i hyrjes - gjithashtu, prafrsisht, sht i barabart me potencialin e mass. N kt rast thuhet se hyrja - gjendet n masn virtuale.

N fakt, tensioni U1 prmes rezistencs R1 sillet n hyrjen - t prforcuesit operacional. Ky tension prforcohet dhe invertohet, kshtu, p.sh. pr tension pozitiv U1 fitohet tension i prforcuar negativ n dalje Ky tension, nga dalja, kthehet n hyrjen - t prforcuesit operacional prmes rezistorve R2 dhe R1.Tensioni i kthyer sht i polaritetit t kundrt, kshtu q hiqet (zbritet) prej tensionit t shkaktuar nga tensioni U1 n hyrjen - Ndryshimi tensioneve, t shkaktuar nga tensioni U1 n hyrjen - dhe tensionit t kthyer nga dalja, sht i paprfillshm (shum i vogl), dhe prforcohet nga prforcuesi operacional.

Rrymat I1 dhe I2, n fig.2.3.2. jan prafrsisht t njejta sepse rezistenca hyrse e prforcuesit operacional sht relativisht e madhe (vlera tipike 1M(.) dhe tensioni ndrmjet hyrjeve - dhe + shum i vogl vlera tipike 10 (V). Rryma, e cila hyn n hyrjen -, t prforcuesit operacional, caktohet nga ligji i Ohmit dhe n kt rast sht 10 (V/1M(=10 pA.

Nga analiza e deritashme mund t konstatojm se prforcimi i prforcuesit t integruar operacional sht shum i madh dhe se n rastin ideal do t ishte pakufi i madh. Rezistenca hyrse gjithashtu sht e madh dhe se n rastin ideal do t ishte, gjithashtu, e madhe. Tensioni ndrmjet hyrjeve t prforcuesit operacional sht shum i vogl dhe n rastin ideal sht i barabart me zero. Rryma hyrse, e cila hyn, n hyrjen - gjithashtu sht e vogl dhe n rastin ideal do t ishte e barabart me zero, kurse rrymat I1 dhe I2 t barabarta.

Prforcimi i tensionit t prforcuesit A n fig.2.3.2, fitohet si hers i tensionit n dalje U2 ndaj tensionit n hyrje U1:

(2.3.1)

Tensioni U1 mund t caktohet N qoft se ndahet rezistori R1, njri skaj i t cilit kyet n skajin pozitiv t tensionit U1, kurse skaji tjetr i tij n masn virtuele, si n fig.3.3.a. Pr kt qark mund t shkruhet ligji i II i Kirhofit:

U1-R1I1=0 (2.3.2)

Nga shprehja (2.3.2) marrim se:

U1 = R1I1 (2.3.3)

Tensioni U2 mund t caktohet nse ndahet rezistori R2, njri skaj i t cilit lidhet n masn virtuele e tjetri n skajin pozitiv t tensionit U2, si n fig.2.3.3.b. Pr kt qarku mund t shkruhet ligji i II i Kirhofit:

U2+R2I2=0 (2.3.4)

Nga shprehja (2.3.4) marrim se:

U2 = -R2I2 (2.3.5)

N qoft se tensionet U1 dhe U2, nga shprehjet (2.3.3) dhe (2.3.5) zvndsohen n shprehjen (2.3.1), do t kemi:

(2.3.6)

Nga analiza paraprake pam se I1=I2, prandaj n shprehjen (2.3.6) ato mund t thjeshtohen dhe shprehja prfundimtare pr prforcimin e tensionit t prforcuesit invertues do t jet:

(2.3.7)

Prforcimi i tensionit, sipas shprehjes (2.3.7), sht negativ, ka do t thot se kur n hyrje sillet (vepron) tensioni pozitiv (U1), n dalje do t fitohet tension i prforcuar negativ (U2) dhe anasjelltas. N qoft se n hyrje sillet (vepron) tensioni alternativ, n dalje do t fitohet tension i prforcuar alternativ por n kundrfaz, si n fig.2.3.4. Prforcimi i prforcuesit invertues, pr nga vlera absolute, mund t jet m i madh, i barabart ose m i vogl se nj, gj q varet prej hersit R2/R1.

Rezistenca hyrse Rhyr n fakt sht rezistenca ndrmjet skajeve hyrse t qarkut t treguar n fig.2.3.3.a. Ajo caktohet nga ligji i Ohmit si:

(2.3.8)

Shembul: Le t marrim prforcuesin operacional (A 741 me tensione t furnizimit (15V, kurse R1=1 k( dhe R2=20 k(. Prforcimi i tensionit do t jet A= -20k( /1k(=-20. Rezistenca n hyrje sht e barabart me R1 q ka vlern 1 k(. Nse U1=0,1 V, ather U2 = -2 V.

Prforcuesi operacional real ka prforcim t fundm (jopakufi t madh) q kufizon aplikimin e tij. Ndikimin e prforcimit t fundm do ta shqyrtojm (analizojm) me ndihmn e fig.2.3.2, n t ciln me A sht shnuar prforcimi vetm i prforcuesit (pa riveprim-me deg t hapur) e q tash m nuk konsiderohet pakufi i madh. Poashtu as tensioni Uhyr nuk konsiderohet i paprfillshm (shum i vogl). Edhe n kt qark (fig.2.3.2) rrymat I1 dhe I2 praktikisht jan t njejta (t barabarta), ngase dallimi mes tyre, praktikisht, sht i paprfillshm. Rryma I1 fitohet kur tensioni (U1-Uhyr) n rezistorin R1 pjestohet me rezistencn e tij, d.m.th.:

(2.3.9)

Rryma I2 poashtu fitohet me pjestimin e tensionit (Uhyr-U2) n skajet e rezistorit R2 me rezistencn e tij R2, d.m.th.:

(2.3.10)

Duke ditur se I1=I2 del se edhe ant e majta t shprehjeve (2.3.9) dhe (2.3.10) jan t barabarta, pra:

(2.3.11)

Duke shumzuar barazimin (2.3.11), an pr an, me R2 fitohet se:

(2.3.12)

Me hedhjen e antarit R2Uhyr/R1 n ann e djatht t barazimit fitohet se:

(2.3.13)

Kur tensioni Uhyr prforcohet nga prforcuesi operacional (pa riveprim) me prforcim A fitohet tensioni U2=AUhyr. Prej kndej kemi se Uhyr=U2/A. Nse kjo vler e tensionit Uhyr=U2/A zvndsohet n barazimin (2.3.13), fitohet:

(2.3.14)

N qoft se n ann e djatht shnojm -U2 , si faktor t prbashkt, do t kemi:

(2.3.15)

N qoft se shprehja (2.3.14) pjestohet me do t kemi:

(2.3.16)

N shprehjen (2.3.16) ant e barazimit lejohet ti ndrrojn vendet, kshtu q prforcimi i prforcuesit invertues, prfundimisht merr formn:

(2.3.17)

Nga shprehja (2.3.17) shihet se antari 1/A sht praktikisht prher i paprfillshm i vogl n krahasim me 1. Ndikimin e faktorit R2/(R1A) duhet vemas ta analizojm. N qoft se R2/R1