Διαφάνεια 1 · 20 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ –...

18

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ – ΜΕΛΕΤΗ DC ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ

• Στο σχήμα φαίνεται ένα κύκλωμα κοινού εκπομπού από το βρόχο εισόδου Β-Ε ο νόμος του Kirchhoff

δίνει:

• Τελικά έχουμε:

• Η σχέση αυτή εκφράζει τη μεταβολή του ΙΒ ως συνάρτηση της VBE στο πιο κάτω σχήμα φαίνεται η

γραφική παράσταση η ευθεία φόρτου dc για το βρόχο εισόδου.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο : ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ

BB B B E E BE

BBB E E BE

BB B E B BE

V I R I R V

RV R I V

V R R I V

1

1

BE BB

B

B E B E

V VI

R R R R

1 1

19


• Στο σχήμα φαίνονται οι συντεταγμένες του σημείου τομής της ευθείας φόρτου με τη χαρακτηριστική

εισόδου.

• Αυτές είναι VBEQ =0,7V περίπου για Si και το

ρεύμα ίσο με IBQ

• Ο νόμος του Kirchhoff δίνει στο κύκλωμα

εξόδου δίνει:

• Τελικά για το ρεύμα έχουμε

• Η σχέση αυτή εκφράζει τη μεταβολή του ΙC ως συνάρτηση της VCE στο πιο κάτω σχήμα φαίνεται η

γραφική παράσταση η ευθεία φόρτου dc για το βρόχο εξόδου.


CC C C E E CE

ECC C C CE

V I R I R V

RV R I V

CCC CE

C E C E

VI V

R R R R

1

20


• Αν γράψουμε το νόμο του Kirchhoff για το βρόχο συλλέκτη – εκπομπού (C-E) έχουμε:.

• Τελικά για το ρεύμα έχουμε

• Η σχέση αυτή εκφράζει τη μεταβολή του ΙC ως συνάρτηση της VCE στο πιο πάνω σχήμα φαίνεται η

γραφική παράσταση της dc ευθείας φόρτου για το βρόχο εξόδου και τις χαρακτηριστικές εξόδου IC-VCE.

• Το σημείο τομείς της dc ευθείας φόρτου με την αντίστοιχη καμπύλη του ρεύματος ΙΒ που έχει

αποκατασταθεί στο βρόχο Β-Ε δίνει το σημείο λειτουργίας Q του κυκλώματος.

• Ο συντελεστής του ΙC είναι η dc αντίσταση του βρόχου C-E.


CC C C E E CE

ECC C C CE

V I R I R V

RV R I V

CCC CE

C E C E

VI V

R R R R

1

Edc C dc E C

RR R R R R

• Στο σχήμα φαίνεται ένα κύκλωμα ενισχυτή κοινού εκπομπού. Στο κύκλωμα αυτό μαζί με τη dc πηγή

υπάρχει και ac πηγή που δίνει το προς ενίσχυση σήμα. Στα διαγράμματα που ακολουθούν δίνονται οι

χαρακτηριστικές καμπύλες εισόδου – εξόδου.

• Στο κύκλωμα αυτό υπάρχουν dc και ac μεγέθη έτσι τα dc μεγέθη συμβολίζονται με κεφαλαία

γράμματα και οι δείκτες με κεφαλαία, τα ac με μικρά και οι δείκτες το ίδιο ενώ τα ολικά μεγέθη dc+ac

με μικρά γράμματα και κεφαλαίους δείκτες.

21

ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ


22



• Το σήμα στην έξοδο του ενισχυτή εξαρτάται σημαντικά από τη θέση της ευθείας φόρτου, από το νόμο

των τάσεων του KIRCHHOFF για τους βρόχους εισόδου – εξόδου του κυκλώματος στο dc έχουμε:

• Η ευθεία φόρτου για το βρόχο εξόδου είναι

• Τα σημεία τομείς με τους άξονες είναι :

• και το σημείο λειτουργίας είναι στην αποκοπή

• και το σημείο λειτουργίας είναι στον κόρο

• Από τα στοιχεία εξόδου και την εξίσωση του βρόχου εισόδου μπορούμε να υπολογίσουμε το ρεύμα IC

λαμβάνοντας υπόψη ότι IC = IΕ και IΒ = IΕ /β έτσι έχουμε:

23



CC C C E E CEV I R I R V BB B B E E BEV I R I R V

CCC CE

C E C E

VI V

R R R R

1

C CE CCI , V V 0

CCCE C

C E

VV , I

R R

0

BB BE BBC C

B BE E

V V V ,I I

R RR R

0 7

• Στους ενισχυτές με τρανζίστορ κοινού εκπομπού θα πρέπει το σημείο λειτουργία να βρίσκεται στο μέσον

της ευθείας φόρτου έτσι ώστε να αποφεύγονται οι παραμορφώσεις που εμφανίζονται στις οριακές

περιοχές του κόρου και της αποκοπής. Έτσι έχουμε :

• Κύκλωμα με διαιρέτη τάσης και αυτοπόλωση εκπομπού. Οι τιμές των R1 και R2 καθορίζουν το ρεύμα ΙΒ

• Έχουμε

• και

• Για το κύκλωμα θα πρέπει το 10% του ρεύματος εισόδου να περνά στη βάση

• Έτσι

• και

24



CC CCCEQ CQ

C E

V VV και I

(R R )

2 2

CCTh B

R VV V

R R

1

1 2

B

R RR

R R

1 2

1 2

B CC

B

CC

R VR

V

V

1

1

B CC

B

R VR

V

2

B ER , R 0 1 BBC

E

V ,I

. R

0 7

1 1

• Δύο είναι τα προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπίσουμε κατά τη μελέτη κυκλωμάτων κοινού ενισχυτή:

• Το πρώτο αφορά στη μελέτη των επιδόσεων του ενισχυτή στην περίπτωση αυτή τα στοιχεία του

κυκλώματος είναι δεδομένα. Το σημείο λειτουργίας Q προσδιορίζεται από τα χαρακτηριστικά του

κυκλώματος. Στην περίπτωση αυτή αντικαθιστούμε τις τιμές των δεδομένων στις εξισώσεις και

υπολογίζουμε τα άγνωστα μεγέθη.

• Στο δεύτερο είδος προβλημάτων σχεδίασης, το κύκλωμα δεν ορίζεται πλήρως. Έχουμε τη δυνατότητα να

τοποθετήσουμε το σημείο λειτουργίας στην επιθυμητή περιοχή π.χ. στο μέσον της ευθείας φόρτου και

ξεκινώντας από τη θεώρηση αυτή να υπολογίσουμε τα άγνωστα στοιχεία του κυκλώματος.

25

ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ


• Στο κύκλωμα αυτό έχουμε εκτός της dc πόλωσης και ac σήμα στην είσοδο, οι πυκνωτές αποκόπτουν τις

dc συνιστώσες. Για το βρόχο εξόδου C-E έχουμε για το dc την αντίσταση

• Ενώ για το ac

• Η DC ευθεία φόρτου έχει κλίση -1/Rdc και η AC ευθεία φόρτου -1/Rac . Οι δύο ευθείες τέμνονται στο

σημείο λειτουργία Q το οποίο έχει συντεταγμένες (VCEQ, ICQ). Η DC ευθεία είναι

• H γενική μορφή της ac ευθεία φόρτου είναι:

• όπου

26

AC ΕΥΘΕΙΑ ΦΟΡΤΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ


dc C ER R R

ac C L ER R R R

CCC CE

dc dc

VI V

R R

1

y y x x 1 1

acR 1 CEx v

CEQx V1

Cy i

CQy I1

• Η AC ευθεία φόρτου είναι

• Με

• Για Q στο μέσον της ac ευθείας φόρτου θα

• Πρέπει έτσι

• και

27

AC ΕΥΘΕΙΑ ΦΟΡΤΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ


CEQ

C CE CQ

ac ac

Vi v I

R R

1

CEQ

Cmax CQ

ac

Vi I

R

CEmax CEQ CQ acv V I R

Cmax CQi I 2

CEQ CCCQ CQ

ac dc ac

V VI I

R R R

CCCEQ

dc

ac

VV

R

R

1

• Α) Μελέτη κυκλώματος :

• Στη μελέτη των επιδόσεων κυκλωμάτων ενισχυτή κοινού εκπομπού σε ac λειτουργία ζητούνται οι

συντεταγμένες του Q (ICQ, VCEQ), οι dc και ac ευθείες φόρτου και οι απολαβές ρεύματος και τάσης

δηλαδή:

• Τα δεδομένα είναι τα στοιχεία του κυκλώματος, δηλαδή αντιστάσεις τάσεις πόλωσης και β του

τρανζίστορ στην περίπτωση αυτή από τις σχέσεις

• Υπολογίζουμε τα VB, RB και τις συντεταγμένες του Q, ICQ, από την εξίσωση του IC και την VCEQ από την

ευθεία φόρτου. Στη συνέχεια σχεδιάζουμε τις dc και ac ευθείες φόρτου και προσδιορίζουμε τη μέγιστη

αρμονική διακύμανση της τάσης εξόδου.

• Για Q πάνω από το μέσον της ac ευθείας:

• Για Q κάτω από το μέσον της ac ευθείας:

28

ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΣΕ AC ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ


oV

in

vA

v o

i

in

iA

i

BB BEC

BE

V VI

RR

CCC CE

C E C E

VI V

R R R R

1CC

Th B

R VV V

R R

1

1 2

B

R RR

R R

1 2

1 2

omax(p p) C ac omax(p p) Cmax CQ acv i R v (i I ) R 2 2

omax(p p) CQ acv I R 2

• Β) Σχεδιασμός κυκλώματος :

• Στον σχεδιασμό κυκλώματος ενισχυτή κοινού εκπομπού σε ac λειτουργία συνήθως δίνονται οι

συντεταγμένες του Q αλλά πολλές φορές και κάποια μεγέθη του κυκλώματος όπως RL, VCC, VBE και β

και προσδιορίζονται τα R1, R2, RC ή RE έτσι έχουμε τις πιο κάτω περιπτώσεις:

• i) Για Q στο μέσον της ac ευθείας από τις εξισώσεις:

• Προσδιορίζουμε τις συντεταγμένες του Q και από την dc ευθεία φόρτου την τιμή της RC ή RE με

διπλασιασμό των ICQ και VCEQ τα σημεία τομείς της ac με τους άξονες. Στη συνέχεια από τις πιο κάτω

εξισώσεις ευθεία υπολογίζουμε τα στοιχειά εισόδου

• ii) Αν το Q δεν είναι στο μέσον της ac ευθείας έχουμε τις συντεταγμένες του Q, από τις πιο κάτω σχέσεις

υπολογίζουμε τα σημεία τομείς της ac με τους άξονες

29



Cmax CQi I 2 CEQ CCCQ CQ

ac dc ac

V VI I

R R R

CCCEQ

dc

ac

VV

R

R

1

B CC

B

CC

R VR

V

V

1

1B CC

B

R VR

V

2 B ER , R 0 1 BB B B E E BEV I R I R V

CEQ

Cmax CQ

ac

Vi I

R CEmax CEQ CQ acv V I R

• Β) Σχεδιασμός κυκλώματος :

• Από την πιο κάτω εξίσωση υπολογίζουμε τις RC ή RE

• Στη συνέχεια, όπως και πριν, από τις εξισώσεις των R1, R2 προσδιορίζουμε τις τιμές.

30



CC C C E E CEV I R I R V

• Στο κύκλωμα αυτό η RC είναι μηδέν και ο συλλέκτης στο ac γειώνεται μέσω της VCC για το λόγο αυτό το

κύκλωμα ονομάζεται και ενισχυτής κοινού συλλέκτη. Ο ενισχυτής αυτός δεν ενισχύει την τάση αλλά

μεταφέρει το σήμα εισόδου στην έξοδο και έχει ενίσχυση ίση με 1. Το θετικό του κυκλώματος αυτού

είναι ότι παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση εισόδου και μικρή αντίσταση εξόδου με αποτέλεσμα να

χρησιμοποιείται ως βαθμίδα εισόδου σε κυκλώματα όπου η πηγή τάσης εμφανίζει μεγάλη αντίσταση

εισόδου.

• Για την ανάλυση του κυκλώματος χρησιμοποιούνται ακριβώς οι ίδιες εξισώσεις με το κύκλωμα κοινού

εκπομπού με μόνη διαφορά στις αντιστάσεις Rdc και Rac

• Έτσι

31

ΕΝΙΣΧΥΤΗ ΚΟΙΝΟΥ ΣΥΛΛΕΚΤΗ (CC, Ή ΑΚΟΛΟΥΘΟΣ ΕΚΠΟΜΠΟΥ)


dc ER R E Lac E L

E L

R RR R R

R R

CCC CE

E E

VI V

R R

1 CEQ

C CE CQ

ac ac

Vi v I

R R

1

• Στα κυκλώματα που μελετήσαμε μέχρι τώρα το τρανζίστορ λειτουργούσε στη γραμμική περιοχή. Πολύ

μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει η περίπτωση στην οποία το τρανζίστορ οδηγείται από κατάλληλο ρεύμα

βάσης από τον κόρο στην αποκοπή. Η λειτουργία αυτή είναι λειτουργία διακόπτη και αποτελεί τη βάση

των λογικών κυκλωμάτων.

• Για να λειτούργει το τρανζίστορ στην αποκοπή θα πρέπει η Vin < 0,3V οπότε οι επαφές Β-Ε και B-C

είναι ανάστροφα πολωμένες και έχουμε ΙΒ = 0, IC = 0, VC = VCC. Στην περίπτωση αυτή ο διακόπτης

θεωρείτε ανοιχτός.

• Για να λειτουργεί το τρανζίστορ στον κόρο θα πρέπει Vin > 0,8V οπότε οι επαφές Β-Ε και B-C είναι

ορθά πολωμένες και έχουμε ΙΒ = Ιβmin. IC. Στην περίπτωση αυτή ο διακόπτης θεωρείτε κλειστός και

ισχύουν:

32

ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΩΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ


B BminI I

CsatV , v 0 3

CCC Cmax

C

VI I

R

Διαφάνεια 1 · 20 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ –...

Documents

Transcript of Διαφάνεια 1 · 20 ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ –...