UE WBOL01 Podst konfig wzmacn tranz [tryb zgodno [ci]ue.pwr.wroc.pl/...podstawowe_konfiguracje_wzmacniaczy_tranzystor… · wzmacniaczy tranzystorowych Politechnika Wrocławska Instytut

1

UKŁADY ELEKTRONICZNE

Politechnika Wrocławska

Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyk i

Wrocław 2009

Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyk i

WARUNKI ZALICZENIA

• Pozytywne zaliczenie „Projektu I”

• Pozytywna ocena z „kolokwium”

• Końcowa ocena z przedmiotu:średnia z powyższych

ze wskazaniem na kolokwium

2


LITERATURA

Horowitz, H.Hill, Sztuka elektroniki, WKŁ 2004

Tietze, Ch.Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT 2008

Kuta, Elementy i układy elektroniczne, AGH 2000

Nosal, J. Baranowski, Układy elektroniczne cz.I, WNT 2003

Baranowski, G. Czajkowski; Układy elektroniczne cz.II, WNT 2004

Guziński, Liniowe elektroniczne układy analogowe. Warszawa, WNT 1993

Pawłowski; Podstawowe układy elektroniczne :nieliniowe układy analogowe, WKŁ 1979

Podstawowe konfiguracje wzmacniaczy

tranzystorowych

Politechnika Wrocławska

Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyk i

Wrocław 2009

3


Klasyfikacja wzmacniaczy

-- lampowe

-- tranzystorowe

Ze względu na zastosowany element sterowany:



-- prądu stałego,-- małej częstotliwości (m.cz.),-- wielkiej częstotliwości (w.cz.).

Ze względu na zakres częstotliwości wzmacnianych sygnałów:

1Hz10Hz

100Hz1kHz

10kHz100kHz

1MHz10MHz

100MHz1GHz

10GHz f

wzm

ocn

ieni

e

stałoprądowe

m. cz.w. cz.

-- selektywne (stosunek górnejf do dolnejf ≤ 1),-- szerokopasmowe (duża wartość stosunku górnejf do dolnejf > 1).

4



-- o sprzężeniu pojemnościowym (RC),

-- o sprzężeniu transformatorowym,

-- o sprzężeniu bezpośrednim (galwanicznym).

Ze względu na rodzaj sprzężenia między wzmacniaczem a obciążeniem lub kolejnym stopniem wzmacniacza:

wzmacniane sygnały zmienne (napięcie stałe nie przedostaje się na następny stopień), np.

wzmacniacze akustyczne

wzmacniane sygnały zmienne i stałe zastosowanie we wzmacniaczach

prądu stałego



-- klasa A(p.p. na liniowej części ch-yki a amplituda sygnału wej. na tyle mała,że przez cały okres sygnały wej. tranzystor przewodzi prąd – stan aktywny),

-- klasa B(p.p. tak dobrany,że tranzystor przewodzi prąd tylko przez połowęokresu – przez drugą połowę jest zatkany),

-- klasa AB(tranzystor przewodzi przez większość część okresu sygnału wej.),

-- klasa C(tranzystor przewodzi przez mniejszą część okresu sygnału wej.).

Ze względu na położeniu p.p. na ch-yce tranzystora oraz amplitudy sygnału wejściowego (podział głównie wzmacniaczy mocy):

5

Politechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyk iPolitechnika WrocławskaInstytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyk i

Wzmacniacze tranzystorowe Tranzystor w układzie wzmacniacza:

- odpowiednio spolaryzowany,

układ ze stałym prądem .............UCE

RC

IC

RB

+ EC

UBE

IBWE

C2WY

C1

UCE

RC

IC

RB

+ EC

UBE

- EE

RE

IE

WY

WE

UCE

RC

ICRB

+ EC

UBE

IB

C2WY

WE C1

RE

+ EC

C2RB1 WY

C1

RB2

WE

CE

RC

UCE

IC

układ ze stałym prądem .............

układ ze sprzężeniem ...................................

układ .....................


Wzmacniacze tranzystorowe

układ ................. układ ze sprzężeniem ...................................

układ .....................układ .................

+ED

ID

RS

RD

ID

RG

UGS

UDS

+ED

ID

RS

RD

ID

-EG

RG

IG

UGS

UDS

+ED

ID

RS

RD

ID

R2

UGS

UDS

IG

R3

R1

+ED

ID

RS

RD

ID

R2

UGS

UDSIG

R1

6


Wzmacniacze tranzystorowe Tranzystor w układzie wzmacniacza:- ustalony p.p. dostosowany do amplitudy wzmacnianego sygnału,

- sygnał wyjściowy powinien być niezniekształcony,

Statyczna i dynamiczna prosta pracy

RE CE

UCE

RC

+ EC

Uwe

IC

C2

RL

RB

C1

Uwy cCQC iII +=

ceCEQCE uUU +=

Prosta pracyto linia na charakterystyce wyj. poktórej przemiesza się p.p. gdy zmieniają się jegowarunki wysterowania.





RE

UCEQ

RC

ICQ

RB

+ EC

UBEQ CQEQ II ≈

EC

CEQ

EC

CCQ RR

U

RR

EI

+−

+=

RC II RL

uCE

iC

RB

LC

CEQCQ

LC

CEC RR

UI

RR

UI ++−=

7





UCE

IC

ICQ

UCEQ

Q

EC

EC

C

RRE+

prosta statyczna: nachylenie –1/(RC+RE)

prosta dynamiczna: nachylenie –1/(RCIIRL)




UCE

IC

ICQ

UCEQ

Q

EC

t

UCEsat UCE

UWYm+

UWYm-

t

IC

IWYm+

IWYm-

IWYm+ = IWYm

-

UWYm+ = UWYm

-

8

UCE

IC

ICQ1

UCEQ1

Q1

ECUCEsat UCE

UWYm+

UWYm-

t

IC

IWYm+

IWYm-

IWYm+ < IWYm

-

UWYm+ > UWYm

-

t







UCE

IC

ICQ2

UCEQ2

Q2

ECUCEsat UCE

UWYm+

UWYm-

t

IC

IWYm+

IWYm-

IWYm+ > IWYm

-

UWYm+ < UWYm

-

t

9


Wzmacniacze tranzystorowe Tranzystor w układzie wzmacniacza:- źródło sygnału i obciążenie dołączone do tranzystora przez obwody sprzęgające,

- moc wyjściowa większa niż sygnału sterującego.

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

WK WBWE


Podstawowe konfiguracje wzmacniaczy

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

WD WGWSRLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RL

RE

+ EC

C2RB1

WY

RB2CB

RC

EG~

RG

WEC1

RL

EG~

RG

RS

+ ED

C2RG1

WY

C1

RG2

WE

CS

RD

RLEG~

RG

RS

+ ED

C2

RG1

WY

C1

RG2

WE

RL

RS

+ ED

C2RG1

WY

RG2CG

RD

EG~

RG

WEC1

10


Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza RC

][dB

ku

0uk

[log]

f

dB3

df gf

zakres częstotliowsci

010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże


Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza RC

Wzmacniacze RC stosuje się do wzmacniania sygnałów o szerokim widmie częstotliwości,|np. sygnały akustyczne (stosunek częstotliwości górnej do dolnej wynosi 1000).

Przy tak szerokim zakresief inne zjawiska wpływają na przebieg charakterystyki przy małych a inneprzy dużych częstotliwościach. Konieczne jest zatem badanie właściwości wzmacniacza oddzielniew różnych zakresach częstotliwości.

⇒ przy małychf – spadekku na skutek wzrostu reaktancji kondensatorów w układzie wzmacniacza,

Wpływ na kształt charakterystyki wzmacniacza mają:

⇒ przy dużych f – spadekku na skutek spadku wzmocnienia samego tranzystora (wpływ pojemnościmiędzyelektrodowych) oraz wpływ pojemności pasożytniczych wzmacniacza,

⇒ przy średnich f – ku = const, elementy reaktancyjne nie mają wpływu na wartość wzmocnieniaa schemat wzmacniacza opisywany jest jedynie parametrami rzeczywistymi.

11


Zakres średnich częstotliwości

][dB

ku

0uk

[log]

f

dB3

df gf


010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże


Zakres średnich częstotliwościParametry robocze wzmacniacza

Konfiguracja WE – schemat zastępczy

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

M O D E L

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

RL

Eg~

RG

RE

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C

12


beb

beweT r

i

ur ==

rweT

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =

CEQEY

CQce UU

Ig

+=

rwyT

cec

cewy r

i

ur ==

rwe

berR

be

R

BBwe

wewe rrRR

i

ur

beB

B

>>≈== |||| 21 43421

rwy

CRr

Ccewy

wywy RRr

i

ur

Cce>>≈== ||


Konfiguracja WE – rezystancja wej. i wyj.

i liwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib

ube uce

iwy

Wzmacniacz WEoporność wejściowa

BQ

Tbe

B

inin I

ri

ur

ϕ===beu

inu

CRoutu

13

Wzmacniacz WE

−==

CCout

bemC

Riu

ugi

beuinu

Cmin

outu Rg

u

uk ==

CRoutu


kusk

{{

( ){

Gwe

weceCL

uu Rr

r

um

rRR

obcg

be

k

be

c

c

wy

g

wyusk gR

e

u

u

i

i

u

e

uk

+

⋅−⋅=⋅⋅== γ

γ||43421

γu - napięciowy współczynnik wykorzystania obwodu wejściowego wzmacniacza


Konfiguracja WE – skuteczne wzmocnienie napięciowe

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =

CEQEY

CQce UU

Ig

+=

i liwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib

ube uce

iwy

14


kisk

γi - prądowy współczynnik wykorzystania obwodu wejściowego wzmacniacza

{

( )434214444 34444 2143421

i

L

weui

ii

weG

G

R

rkk

beB

B

Lwy

wy

g

we

k

we

b

b

c

c

l

g

lisk rR

R

rR

R

Rr

r

i

i

i

i

i

i

i

i

i

ik

γγ

β+

⋅+

⋅−⋅+

=⋅⋅⋅==

⋅=

Zakres średnich częstotliwościParametry robocze wzmacniaczaKonfiguracja WE – skuteczne wzmocnienie prądowe

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =

CEQEY

CQce UU

Ig

+=

i liwe icWE

RLRCgbe gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib iwy

ube uce

IG RG

ig

b

bem

i

ug

β=



Konfiguracja WE ze SZ prądowym

Wskutek nieliniowości ch-yki przejściowej tranzystora pojawiają się zniekształcenia sygnałuwyjściowego. Miarą tych zniekształceń jestwspółczynnik zawartości harmonicznych

%100%100___

__

1

2

2

×≈×=∑

∞

=

U

U

sygnalucalegoskutecznawartosc

ychharmonicznskutecznawartosch n

n

Wprowadzenie do układu sprzężenia zwrotnego ujemnego (część sygnału wyjściowego przeciwdziałasygnałowi wejściowemu), powoduje znaczne zmniejszenie wpływu nieliniowości ch-yki i poprawęwarunków działania wzmacniacza.

15




Sprzężenie zwrotne ujemne - rodzaje

ZobcU2

I2

Uin

I f

YgIg

I1 Iin

kU

Zβ

ZobcU2

I2

Uin

Zg

~

I in

Eg U1Uf

kU

Z1β Z2

Zobc

I2

Uin

If

YgIg

I1 Iin

kU

Z1β Z2

Zobc

I2

Uin

I f

Zg

~

I in

Eg U1Uf

kU

Zβ

N-R

P-R

N-S

P-S




Sprzężenie zwrotne ujemne - właściwości

sprzężenie

parametr N – S P – S N – R P – R

kuskf, kiskf, kpskf

kuf

kif

Zwef

Zwyf

16


RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

RC

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

RC

M O D E L RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C

RE


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – schemat zastępczy


II twierdzenie Millera

U13U23

1 2

3

U1U2

Rx

I2I1

I1+I 2

( ) xRIIUU 21131 ++=

( ) xRIIUU 21232 ++=

1 2

3

U1U2

I2I1 R1 R2

U13 U23

11131 RIUU +=

22232 RIUU +=

( ) xix RkRI

IR +=

+= 11

1

21

xi

x Rk

RI

IR

+=

+= 1

112

12

17


RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

RC

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

RC

M O D E L RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C

RE

bII =1 cII =2

( ) EEb

c RRI

IR β+=

+= 111

EEEc

b RRRI

IR ≈

+=

+=

β1

112


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – schemat zastępczy

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C( ) ER1+β RE

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RC

gbe gmube gce

B

E

C( ) ER1+β RE


( )1' ++== βEbeb

ebweT Rr

i

ur

rweT rwyT

cec

cewyT r

i

ur ==

rwe

weT

R

BBwe

wewe rRR

i

ur

B

|||| 21 43421==

rwy

CRr

Ccewy

wywy RRr

i

ur

Cce>>≈== ||


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – rezystancja wej. i wyj.

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =

CEQEY

CQce UU

Ig

+=

( ) ER1+β i liwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib iwy

ube uce

B’

ub’e

18

Wzmacniacz ze sprzężeniem emiterowym

beuinu

CRoutu

Eu

outu

EREEbe

B

inin RRr

i

ur ββ ≈+==

JAK WTÓRNIK !!!!!

Wzmacniacz ze sprzężeniem emiterowym

beuinu

E

C

mE

C

in

outu R

R

gR

R

u

uk −≈

+−==

1

CRoutu

+=−=

+==

+==

in

mE

CCCout

in

mE

EECE

Ebein

bemC

u

gR

RRiu

u

gR

RRiu

uuu

ugi

1

1

Eu

outu

ER

19


kusk

{{

( ) ( ) {

Gwe

we

E

C

Em

Cm

wyL

uu Rr

r

u

R

R

Rg

Rg

Ebe

bem

rR

obcg

we

k

we

be

be

c

c

wy

g

wyusk Rr

rgR

e

u

u

u

u

i

i

u

e

uk

+−≈

+−≈

⋅++

⋅−⋅=⋅⋅⋅== γβ

γ 44444 344444 214434421

1

||1

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – skuteczne wzmocnienie napięciowe

CEQEY

CQce UU

Ig

+=


RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib iwy

ube uce

B’

ub’e


kisk

{

( ) ( )[ ]43421444444 3444444 2143421

i

L

weui

ii

weG

G

R

rkk

EbeB

B

Lwy

wy

g

we

k

we

b

b

c

c

l

g

lisk rR

R

RrR

R

Rr

r

i

i

i

i

i

i

i

i

i

ik

γγ

ββ

+⋅

+++⋅−⋅

+=⋅⋅⋅==

⋅=

1

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =


Konfiguracja WE ze SZ prądowym – skuteczne wzmocnienie prądowe

CEQEY

CQce UU

Ig

+=


RLRCgbe gce

B

E

C

uwe

RB1 RB2

E

WY

uwy

ib iwy

ube uce

B’

ub’e

IG

ig

RG

b

bem

i

ug

β=

20


RLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RE

M O D E L

RLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RL

EG~

RG

RB1

WY

RB2

WE

RE

gbe

gmube gce

B

C

E


Konfiguracja WK – schemat zastępczy


obcBweTBwe

wewe RRrR

i

ur β≈==

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =

rweTrwe

( ) ( ) ( )

( )43421

obcR

LEcebe

b

LEcebbeb

b

LEceebeb

b

wybe

b

bcweT

RRrr

i

RRriri

i

RRriri

i

uu

i

ur

)1(

1

++=

=++

=+

=+

==

β

β


Konfiguracja WK – rezystancja wejściowa

CEQEY

CQce UU

Ig

+=

i liwe ieWE

RL

EG ~

RG

RE

gbe

gmube

gce

B

C

E

uwe

RB1 RB2

C

WY

uwy

ib iwy

ubeubc uec

21


+≈==

βG

mEwyTE

wy

wywy

R

gRrR

i

ur

1

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =

rwyT rwy

( )( )( ) ( )

+≈

++

=+

+=

++==

>> ββββG

mRR

R

BBGbe

b

BBGbbeb

b

webe

e

ecwyT

R

g

RRRr

i

RRRiri

i

uu

i

ur

GB

G

1

111

'

2121

48476


Konfiguracja WK – rezystancja wyjściowa

CEQEY

CQce UU

Ig

+=

i liwe ieWE

RL

EG ~

RG

RE

gbe

gmube

gce

B

C

E

uwe

RB1 RB2

C

WY

uwy

ib iwy

ubeubc uec

Wtórnik emiterowy (WK)wzmocnienie napięciowe

bemC ugi =

+=≈

=

outbein

ECout

bemC

uuu

Riu

ugi

beu

inuoutu

11

≈<+

=+

==

CQ

TE

E

mE

E

in

outu

IR

R

gR

R

u

uk ϕ

ER

22

Wtórnik emiterowy (WK)oporność wejściowa

bemC ugi =

+=+=≈≈=

==

EBbeBEbein

EBECEEE

beC

beBbe

Ririuuu

RiRiRiu

ri

riu

ββ

β

beu

inuEu

EEbeB

inin RRr

i

ur ββ ≈+==

ER

Bi


{{ u

k

obcm

obcmu

weTbem

rRR

obcg

we

k

we

b

b

be

be

e

e

wy

g

wyusk

u

ceEL

uu

Rg

Rg

rrgR

e

u

u

i

i

u

u

i

i

u

e

uk γγ

γ

⋅

+≈⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅==

≤4434421444 3444 21

1

1

1

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =

kusk


Konfiguracja WK – skuteczne wzmocnienie napięciowe

CEQEY

CQce UU

Ig

+=

i liwe ieWE

RL

EG ~

RG

RE

gbe

gmube

gce

B

C

E

uwe

RB1 RB2

C

WY

uwy

ib iwy

ubeubc uec

23


{

( )4342144444 344444 2143421

i

L

weui

ii

weG

G

R

rkk

weTB

B

LceE

ceE

g

we

k

we

b

b

e

e

l

g

lisk rR

R

rR

R

RrR

rR

i

i

i

i

i

i

i

i

i

ik

γγ

β+

⋅+

⋅+⋅+

=⋅⋅⋅==

=

1

T

CQm

Ig

ϕ=

βm

be

gg =

Zakres średnich częstotliwościParametry robocze wzmacniaczaKonfiguracja WK – skuteczne wzmocnienie prądowe

kisk

CEQEY

CQce UU

Ig

+=

i liwe ieWE

RLRE

gbe

gce

B

C

E

uwe

RB1 RB2

C

WY

uwy

ib iwy

ubeubc uec

IG

ig

RGbemug

( ) bi1+= β


RL

RE

+ EC

C2RB1

WY

RB2CB

RC

EG~

RG

WEC1

RL

RE

+ EC

C2RB1

WY

RB2CB

RC

EG~

RG

WEC1

M O D E L

RL

EG~

RG

RE

WYWE

RC

geb

E

B

C

eiα

α – współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w konfiguracji OB

1+==

ββα

E

C

I

I


Konfiguracja WB – schemat zastępczy

24


meb

e

ebweT g

ri

ur

1=== ∞==c

cbwyT i

ur


Konfiguracja WB – rezystancja wej. i wyj.

rwyT rwyrweTrwe

{ ebmrR

weTEwe

wewe r

grR

i

ur

ebE

=≈==>>

1CwyTC

wy

wywy RrR

i

ur ≈==

T

CQm

Ig

ϕ=

( ) mbeeb ggg =+= 1β

01

≈+

=β

ceec

gg

eiα

i liwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgeb

E

B

C

uwe

RE

B

WY

uwy

ie iwy

ueb ucb

Wzmacniacz WB

beu

inu Cmin

outu Rg

u

uk ==

CRoutu

−=−=

=

bein

CCout

bemC

uu

Riu

ugi

ER

25

Wzmacniacz WBrezystancja wejściowa

beu

inu

CRoutu

ERE

mE

be

E

inin R

gR

r

i

ur

1===β

==

−=

+−=

bebem

bein

E

inbemE

rrg

uu

R

uugi

β

β

1



Konfiguracja WB – skuteczne wzmocnienie napięciowe

kusk

{{ { uobcm

Rr

r

ueb

RR

obcg

we

k

we

e

e

c

c

wy

gusk RggR

e

u

u

i

i

i

i

u

e

uk

Gwe

weCL

uu

γγα

γ

⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅==

+||

2

43421

T

CQm

Ig

ϕ=


01

≈+

=β

ceec

gg

eiα

i liwe icWE

RL

EG ~

RG

RCgeb

E

B

C

uwe

RE

B

WY

uwy

ie iwy

ueb ucb

26


Zakres średnich częstotliwościParametry robocze wzmacniaczaKonfiguracja WB – skuteczne wzmocnienie prądowe

kisk

{ 43421444 3444 2143421i

LC

Ci

ii

weG

G

RR

Rk

weTE

E

LC

C

g

we

k

we

e

e

c

c

l

g

lisk rR

R

rR

R

RR

R

i

i

i

i

i

i

i

i

i

ik

γαγ

α+

⋅+

⋅⋅+

=⋅⋅⋅==

≤⋅+

≈ 1

T

CQm

Ig

ϕ=


01

≈+

=β

ceec

gg

eiα

i liwe icWE

RLRCgeb

E

B

C

uwe

RE

B

WY

uwy

ie iwy

ueb ucb

IG RG

ig

Wzmacniacz z wyjściem z kolektora i emitera

beuinu

E

C

mE

C

in

CuC R

R

gR

R

u

uk −≈

+−==

1

CRCu

Eu

11

≈+

==

mE

E

in

EuE

gR

R

u

uk

ER

E

C

CQ

TE

C

in

CuC R

R

IR

R

u

uk −≈

+−== ϕ

1≈+

==

CQ

TE

E

in

CuE

IR

R

u

uk ϕ

27


ParametrKONFIGURACJA

WE WK WB

Wzmocnienie napięciowe

ku (duże) (duże)

Max wzmocnienie prądowe (RL =0)

ki(duże) (duże)

Rezystancja wejściowa

rwe (średnie) (duże zależy od RL) (małe)

Rezystancja wyjściowa

rwy (duże) (małe zależy od RG) (duże)


Porównanie konfiguracji wzmacniaczy z tranzystorem bipolarnym

obcB RR β≈

obcmRg− obcmRg1≤

1≤β−≈ ( )1+≈ β

ber≈m

eb gr

1=≈

CR≈ CR≈

+≈

βG

mE

R

gR

1


∞→ik ∞→pk

Układ odpowiada układowi WE.

0≈→ GB II

DSCE UU → 0<→ GSBE UU

∞≈→ gsbe rrstąd: i

Ze względu na duże rwe układów unipolarnych nie określa się dlanich wzmocnień prądowych ani wzmocnień mocy gdyż dążą one donieskończoności.

wzmocnienie dla tranzystorów typun mieści się w zakresie 100...300V/V dla tranzystorów typupjest o połowę mniejsze. maxku tranzystorów polowych stanowi około 1/10 wzmocnienia tranzystorówbipolarnych


Konfiguracja WS

RL

EG~

RG

RS

+ ED

C2RG1

WY

C1

RG2

WE

CS

RD

28



Konfiguracja WS – schemat zastępczy

RL

EG~

RG

RG1

WY

RG2

WE

RD

gmugs gds

G

S

D

RL

EG~

RG

RS

+ ED

C2RG1

WY

C1

RG2

WE

CS

RD

M O D E L

RL

EG~

RG

RS

+ ED

C2RG1

WY

C1

RG2

WE

CS

RD


{

( ){

Gwe

weobc

uuRr

r

um

R

dsDLg

gs

k

gs

d

d

wy

g

wyusk grRR

e

u

u

i

i

u

e

uk

+

⋅−⋅=⋅⋅== γ

γ

4342143421

GGweT

R

GGwe

wewe RrRR

i

ur

GG

≈==43421

21 dsDwy

wywy rR

i

ur ==

rwyT=rds rwyrweT=∞∞∞∞rwe

kusk


Konfiguracja WS

i liwe idWE

RL

EG ~

RG

RD

gmugs

gds

G

S

D

uwe

RG1 RG2

S

WY

uwy

iwy

ugs uds

29



Konfiguracja WD – schemat zastępczy

RL

EG~

RG

RG1

WY

RG2

WE

RS

ugs

gmugs gds

G

D

S

RLEG~

RG

RS

+ ED

C2

RG1

WY

C1

RG2

WE

M O D E L

RLEG~

RG

RS

+ ED

C2

RG1

WY

C1

RG2

WE



Konfiguracja WD – rezystancja wej. i wyj.

Sm

SwyS

wy

wywy Rg

RrR

i

ur

+≈==

1

rwyT rwyrweT=∞∞∞∞rwe

GGweT

R

GGwe

wewe RrRR

i

ur

GG

≈==43421

21mdsms

sdwyT gggi

ur

11 ≈+

==

i liwe isWE

RL

EG ~

RG

RS

gmugs

gds

G

D

S

uwe

RG1 RG2

D

WY

uwy

iwyugs

usdugd

30



Konfiguracja WD – skuteczne wzmocnienie napięciowe

kusk

{ {

u

k

mobc

mu

obcgsmgs

obcgsm

Gwe

we

sdgs

R

LSdss

g

we

k

we

wy

g

wyusk

u

obc

uu

gG

g

Rugu

Rug

Rr

r

uu

RRri

e

u

u

u

e

uk γγ

γ

⋅

+=⋅

+=

+⋅

+⋅

=⋅==

≤43421

48476

1

i liwe isWE

RL

EG ~

RG

RS

gmugs

gds

G

D

S

uwe

RG1 RG2

D

WY

uwy

iwyugs

usdugd



Konfiguracja WG – schemat zastępczy

RL

EG~

RG

RS

WYWE

RD

gds

S

G

D

gmugs

układ ze względu na niewykorzystanie właściwościtranzystorów polowych – dużej rgs, jako samodzielnywzmacniaczpraktycznie nie stosowany.układ wykorzystywany w tzw. układach kaskodowych

RL

RS

+ ED

C2RG1

WY

RG2CG

RD

EG~

RG

WEC1

RL

RS

+ ED

C2RG1

WY

RG2CG

RD

EG~

RG

WEC1

M O D E L

31


( )( )

m

uugug

dgsgdssgm

sg

s

sgweT guugug

u

i

ur

dgsgdssgm

1≈−+

==

−>>444 3444 21

rweTrwe

mSweTS

we

wewe gG

rRi

ur

+=== 1


Konfiguracja WG – rezystancja wejściowa

i liwe WE

RL

EG ~

RG

RD

S

G

D

uwe

RS

G

WY

uwy

is iwy

usg udg

gds

gmugs

id


rwyT rwy

DwyTDwy

dgwy RrR

i

ur ≈==


Konfiguracja WG – rezystancja wyjściowa

i liwe WE

RL

EG ~

RG

RD

S

G

D

uwe

RS

G

WY

uwy

is iwy

usg udg

gds

gmugs

id

( )

( )( )SGds

dsmGS

d

dgwyT

SGsgds

sggs

sgdgdsgsmd

GGg

ggGG

i

ur

GGuii

uu

uugugi

++++==⇒

+==

−=

−+=

32


uobcmweG

G

k

obcds

dsm

g

we

we

wy

g

wyusk Rg

GG

G

Gg

gg

e

u

u

u

e

uk

uu

γ

γ

⋅⋅≈+

⋅++=⋅==

4342143421

kusk


Konfiguracja WG – skuteczne wzmocnienie napięciowe

i liwe WE

RL

EG ~

RG

RD

S

G

D

uwe

RS

G

WY

uwy

is iwy

usg udg

gds

gmugs

id

( ) ( )obcm

G

LDds

dsmu

wegssg

sgwydsgsmLDwyRg

GGg

ggk

uuu

uugugGGu

obc

⋅≈++

+=⇒

=−=

=−+++

43421

0



WS WD WG


ku-gmRobc <=1 gmRobc


Rwe≈ RGG ≈ RGG


Rwy

≈ RDdsD rRSm

S

Rg

R

+1

mS gG +1


Porównanie konfiguracji wzmacniaczy z tranzystorem unipolarnym

33


Zakres dużych częstotliwościGórna częstotliwość graniczna

][dB

kU

0Uk

[log]

f

dB3

df gf


010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże


W układzie występuje sprzężenie wejścia z wyjściem (poprzezCbc), aby łatwiej analizować,upraszczamy schemat tworząc schemat unilateralny.Przy tworzeniu schematu unilateralnego korzystamy z I twierdzenia Millera:

Zjawisko zwielokrotniania pojemności (ogólnie amditancji) między wejściem i wyjściem wzmacniacza, w stosunku zależnym od ku.


Konfiguracja WE

ili1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ube uce

cbc

cbe

If

X Y

34


I twierdzenie Millera

Z

UUI 21

1

−=1

11 Z

UI =

uk

Z

U

UZ

Z−

=−

=11

1

21

1 2

3

Z I2I1

U1U2

1 2

3

Z1

I2I1

U1U2Z2

Z

UUI 12

2

−=2

22 Z

UI =

uk

Z

U

UZ

Z1

112

12

−=

−=


Cbc zastępujemy pojemnościami CX i CY równolegle włączonymi dogbe i gce.CX i CY takie by admitancja widziana z zaciskówX-E i Y-Ebyła taka sama dla obu schematów

( )ubcf

X kcjU

ICj −⋅⋅== 1

1

ωωobcbc

ubc

fY Rcj

kcj

U

ICj <<⋅≈

−⋅⋅=

−= ωωω 1

12

i li1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ube uce

cbc

cbe

If

X Y

i li1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ube uce

cbe

X Y

CX CY


Konfiguracja WE

i li1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ube uce

cbe

X Y

CX CY

35


( )ubcbeXbewe kccCcc −+=+= 1

Górna częstotliwość granicznafg wyznaczamy poprzez wyliczenie bieguna funkcjiku(jω).

( )11

1

++⋅⋅=

+⋅

⋅=

we

GGwe

u

Gwe

we

wewe

uusk

r

RRcj

k

Rcj

r

cjr

kjkω

ω

ωω


Konfiguracja WE

01=++⋅⋅we

GGwe r

RRcω

Gweweg Rrc

f⋅⋅⋅

=π2

1

gfπω 2=

gdzie:

gdzie:


( )( )udbcbewe kCccc −++= 1


Konfiguracja WE

Wartość górnej częstotliwości granicznej można ograniczać poprzez dodanie do układu dodatkowegokondensatoraCd pomiędzy B a C. Wówczas zastępcza pojemność wejściowa układu:

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

Cd

36


( )ugdX kcjCj −⋅⋅= 1ωω


Konfiguracja WSi li1 idWE

RL

EG ~

RG

RD

gmugs

gds

G

S

D

u1

RG1 RG2

S

WY

u2

i2

ugs uds

cgs CX

Xgswe Ccc +=

Gweweg Rrc

f⋅⋅⋅

=π2

1


i li1 icWE

RL

EG ~

RG

RCgbe

gmube

gce

B

E

C

u1

RB1 RB2

E

WY

u2

ib i2

ub’e uce

cbe

X Y

CX CY

( ) ER1+βB’


Konfiguracja WE ze SZ

( ) ( )ubcEbe

bebewe kc

Rr

rcc −+

++= 1

1β

Gweweg Rrc

f⋅⋅⋅

=π2

1

37



Konfiguracja WK

i li1 ieWE

RL

EG ~

RG

RE

gbe

gmube

gce

B

C

E

u1

RB1 RB2

C

WY

u2

ib i2

ubeubc uec

cbe

cbc

⋅+⋅⋅⋅

=

LEcem

bebcBG

g

RRrg

ccRR

f

π2

1



Konfiguracja WD

⋅+⋅⋅⋅

=

LSdsm

gsgdGGG

g

RRrg

ccRR

f

π2

1

i li1 isWE

RL

EG ~

RG

RS

gmugs

gds

G

D

S

u1

RG1 RG2

D

WY

u2

i2

ugs usd

cgs

cgd

38



Konfiguracja WB

beebEG

gcrRR

f⋅⋅⋅

=π2

11

eiα

i li1 WE

RL

EG ~

RG

RCgeb

E

B

C

u1

RE

B

WY

u2

ie i2

ueb ucb

cbe cbc

bcCLg cRR

f⋅⋅⋅

=π2

12

Zazwyczaj stała czasowa obwodu wejściowego jest znacznie mniejsza niż wyjściowego, zatem:

2gg ff =

ze względu na małe Cwe (praktycznie nie występuje efekt Millera) układ stosowany głównie dla wysokich f



Konfiguracja WG

gdDLg cRR

f⋅⋅⋅

=π2

1

Ponieważ rwe układu jest niewielka, obwód wejściowy praktycznie nie wpływa na wartość fg. Zatemfgzależy od obwody wyjściowego wzmacniacza i równa się:

i li1 WE

RL

EG ~

RG

RD

S

G

D

u1

RS

G

WY

u2

is i2

usg udg

gds

gmugs

id

cgs cgd

39


Zakres małych częstotliwościDolna częstotliwość graniczna

][dB

kU

0Uk

[log]

f

dB3

df gf


010 110 210 310 410 510 610

średniemałe duże


Spadek wzmocnienia przy niskichczęstotliwościach jest skutkiem wzrostureaktancji kondensatorówC1, C2, C3.

Wpływ kondensatorów na ch-ykiczęstotliwościowe bada się przy oddzielnymuwzględnieni każdego z kondensatorów.

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC


Konfiguracja WE

40


( )Gwe RrCf

+=

11 2

1

π

( )Lwy RrCf

+=

22 2

1

π


Konfiguracja WE

( )

EE

beBg

E

E CR

rRR

R

fπ

β

2

11

+++

=

rbe gmube gce RL

CE

RC

RE

IG RG RB

C2C1

rbe

gmube gce RLRCIG RG RB

C2C1

( )β+1ER

( )β+1EC


( )Gwe RrCf

+=

11 2

1

π

( )Lwy RrCf

+=

22 2

1

π


Konfiguracja WS

Sdsm

SS

Ggg

Cf

++

=π2

1

RL

EG~

RG

RS

+ ED

C2RG1

WY

C1

RG2

WE

CS

RD

41


( )Gwe RrCf

+=

11 2

1

π

( )Lwy RrCf

+=

22 2

1

π


Konfiguracja WK i WD

RLEG~

RG

RE

+ EC

C2

RB1

WY

C1

RB2

WE

RLEG~

RG

RS

+ ED

C2

RG1

WY

C1

RG2

WE


( )Gwe RrCf

+=

11 2

1

π

( )Lwy RrCf

+=

22 2

1

π


Konfiguracja WB i WG

RL

RE

+ EC

C2RB1

WY

RB2CB

RC

EG~

RG

WEC1

RL

RS

+ ED

C2RG1

WY

RG2CG

RD

EG~

RG

WEC1

BBB RC

fπ2

1=

42



maxffd ≈

Wartość dolnej częstotliwości granicznej będzie zależała od wzajemnego usytuowania biegunówskładowych częstotliwości.

Gdy istnieje biegun dominujący, tzn. większy od największego z pozostałych o co najmniej dwieoktawy (4 razy) tofd przyjmuje wartość:

222

21 ...1,1 nd ffff +++≈

Gdy wszystkie bieguny nie są od siebie odległe (wzajemne oddalenie mniejsze niż 2 oktawy) tofd przyjmuje wartość:

Gdy bieguny są sobie równe tofd przyjmuje wartość:

12

1

−≈

nd

ff

n – ilość biegunów


Dobór punktu pracy (projekt inż.)Dobór p.p. ze względu na amplitudę UWY

Dla zadanych wartości RL orazamplitudy napięcia UWY , dobraćpunkt pracy tranzystora pracującegow układzie wzmacniacza.

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

UWY

43


UUUU CEsatCEQWYm ∆−−=−

UCE

IC

ICQ

UCEQ

Q

EC

EC

C

RRE+

t

UCEsatUCE

UWYm+

UWYm-U∆

111

−+

+=

LCCQWYm RR

IU

∆U – zapas napięcia uwzględniający zmiany punktu pracywywołane zmianami temperatury (10%UWYm)


+− = WYmWYm UU

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

UWY


UUUU CEsatCEQWYm ∆−−=−

111

−+

+=

LCCQWYm RR

IU

UUUU CEsatWYmCEQ ∆++= −

RCR1

+ EC

R2RE

ICQ

UCEQLWYm

CQ

C RU

I

R

11 −= +

L

WYmCQ R

UI

+

=min

( ) katCCQ II maxmax 3,02,0 −=CQI


RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

UWY

44


RCR1

+ EC

R2RE

ICQ

UCEQ

z ch-yk tranzystora odczytujemyIBQ, UBEQ

LWYm

CQ

C RU

I

R

11 −= + CR

CCQRC RIU =

dobór wart. RC

ze znormalizow.szeregów (E24,E48, ...)

korektaICQ

RCR1

+ EC

R2RE

ICQ

UCEQ

IBQ

UBEQ

RCR1

+ EC

R2RE

ICQ

UCEQ

IBQ

UBEQ

URCRCR1

+ EC

R2RE

ICQ

UCEQ

IBQ

UBEQ

URC

URE

spadek napięciaUREze względu na dobrą stabilność p.p.zakładamy na poziomie:

( ) BEQRE UU 42÷=



RCR1

+ EC

R2RE

ICQ

UCEQ

IBQ

UBEQ

URC

URE

RECEQRCC UUUE ++=dobór wart. EC zeznormalizow. wartościzasilaczy (6, 9, 12...)V

korekta spadków napięć

EEQRE RIU = ERdobór wart. RE

ze znormalizow.szeregów (E24,E48, ...)

korektaICQ


45


RCR1

+ EC

R2RE

ICQ

UCEQ

IBQ

UBEQ

URC

URE

UR1

UR2

Idz

REBEQR UUU +=2

21 RCR UEU −=

BQdz II 10≈

dz

R

I

UR 1

1 =BQdz

R

II

UR

−= 2

2



Dobór punktu pracy (projekt inż.)Dobór p.p. ze względu na wzmocnienie napięciowe ku

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

UWY

Przy zadanych wartościach RL, RG

oraz wzmocnienia napięciowegowzmacniacza ku , dobrać punktpracy tranzystora.

46


Zakładamy p.p. tranzystora na podstawie:


⇒ tabela typowych zastosowań wzmacniaczytranzystorowych,

Zastosowanie ICQ UCEQ

Stopnie wejściowe wzmacniaczy m.cz. o małym poziomie szumów

(20 – 200) µA

(1 – 5) V

Stopnie pośrednie wzmacniaczy małych sygnałów (m.cz. I w.cz.)

(0,2 – 2) mA (3 – 10) V

Stopnie wejściowe wzmacniaczy operacyjnych

(1 – 10) µA (0,7 – 5) V

Wzmacniacze szerokopasmowe

(5 – 50) mA (5 – 10) V

Wzmacniacze akustyczne średniej mocy

(0,1 – 1) A (5 – 12) V

Wzmacniacze akustyczne dużej mocy

(2 – 10) A (20 – 100) V

Stopień odchylania poziomego w tv

(3 – 6) A(800 – 1100)

V

Nadajniki w zakresie KF i UKF (5 – 30) A (30 – 60) V

⇒ dobór p.p. jak dlażądanej amplitudyUWY.

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

UWY


Dla założonego p.p. obliczamy parametrytranzystora:


Tmg

ϕCI=

0T βϕCI=ebg '

CE

C

UI+

=EYUceg ( )CE

C

UI

+=

EY0 Uβcbg '

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

UWY

47


Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza w konfiguracje WE:


( )ceCLm rRRg−=uk CRdobór kolejnych elementóww układzie wzmacniacza tak jakw projekcie na amplitudę UWY

RL

EG~

RG

RE

+ EC

C2RB1

WY

C1

RB2

WE

CE

RC

UWY


•szacowanie punktu pracy wzmacniacza tranzystorowego•szacowanie parametrów małosygnałowych (ku,ki,rin,rout,fd,fg) wzmacniaczy WE, WC,WB, WS, WD, WG•porównanie parametrów małosygnałowych(ku,ki,rin,rout,fd,fg) wzmacniaczy WE, WC,WB, WS, WD, WG•efekt Millera

Podsumowanie

48



WE WK WB


ku (duże) (duże)

Max wzmocnienie prądowe (RL =0)

ki(duże) (duże)


rwe (średnie) (duże zależy od RL) (małe)


rwy (duże) (małe zależy od RG) (duże)


Porównanie konfiguracji wzmacniaczy z tranzystorem bipolarnym

obcB RR β≈

obcmRg− obcmRg1≤

1≤β−≈ ( )1+≈ β

ber≈m

eb gr

1=≈

CR≈ CR≈

+≈

βG

mE

R

gR

1

KONFIGURACJA

WE WK WB

(średnia) (duża)

(b. duża)

do fT

Gweweg Rrc

f⋅⋅⋅

=π2

1

⋅+⋅⋅⋅

=

LEcem

bebcBG

g

RRrg

ccRR

f

π2

1

bcCLg cRR

f⋅⋅⋅

=π2

12

Documents

UE WBOL01 Podst konfig wzmacn tranz [tryb zgodno [ci]ue.pwr.wroc.pl/...podstawowe_konfiguracje_wzmacniaczy_tranzystor… · wzmacniaczy tranzystorowych Politechnika Wrocławska Instytut