2 Jednostupanjska pojačala s bipolarnim tranzistorima

Jednostupanjska pojačala izvedna su s jednim bipolarnim tranzistorom (BJT). Proučavat ćemopojačala u spoju zajedničkog emitera (SZE) i u spoju zajedničkog kolektora (SZC). Bavit ćemo se sNPN-tranzistorima. Za PNP-tranzistore vrijede slična razmatranja uz obrnute polaritete struja inapona.

2.1 Pojačalo u spoju zajedničkog emitera

2.1.1 Osnovno o bipolarnom tranzistoru u spoju zajedničkog emitera

a) Izlazna karakteristika i područja rada

- Izlazna karakteristika ograničena na prvi kvadrant i područje sigurnog rada:

- Za struje baze vrijedi IB4

> IB3

> IBQ

> IB2

> IB1

> 0.

- Punim linijama prikazane su stvarne karakteristike, a istočkanim modelirane (pojednostavljene)koje upotrebljavamo u analizi.

– Polarizacija PN-spojeva bipolarnog tranzistora potrebna za postizanje kojeg područja radaprikazana je tablicom (pp-propusna polarizacija, np-nepropusna polarizacija).

PN-spoj B-E PN-spoj C-E Najčešća primjena

Normalno aktivno područje (NAP) pp np Pojačalo

Inverzno aktivno područje (IAP) np pp -

Područje zasićenja (PZAS) pp ppSklopka

Područje zapiranja (PZAP) np np

- Da bi tranzistor radio kao pojačalo treba imati namještenu statičku radnu točku (SRT) u NAP.Statička radna točka tranzistora opisana je s četiri veličine IBQ, UBEQ, ICQ i UCEQ.

– Uvjet za rad tranzistora u NAP-u su propusno polariziran spoj B-E i nepropusno polariziranspoj C-E ( U CEU BE ).

– Tranzistor je u NAP-u modeliran konstitutivnim relacijama U BE=0,7 V , I C= I B .

Analogni sklopovi_2015_16_Željko Stojanović P2.1_SZE_Istosmjerna analiza stranica 1 od 4

iC

uCE

IB3

0

IBQ

IB2

IB4

IB1

b) Model bipolarnog tranzistora za mali signal

Model je izražen s pomoću hibridnih (h-parametara).

Značenja parametara:hie – Ulazni otpor uz kratko spojen izlazhre – Faktor naponskog povratnog djelovanjahfe – Faktor strujnog pojačanjahoe – Izlazna vodljivost uz odspojen ulaz

Parametar hie određen je statičkom radnom točkom putem izraza h ie=mU T

I BQ

≈25 mV

I BQ,

a za parametar hfe smatrat će se da je h fe=β

Parametre hre i hoe smatrat će se zanemarivo malenim.Tako dobivamo pojednostavljen model BJT-a kojeg ćemo redovito upotrebljavati.

2.1.2 Istosmjerna analiza pojačala u spoju zajedničkog emitera

a) Osnovni spoj za namještanje statičke radne točke

Algebarsko određivanje SRT– Postavljamo Kirchhoffove zakone (KZ)

U CC=RB I BU BE , U CC=RC I CU CE , I E=I BI C

– Možemo pretpostaviti da tranzistor radi u NAP-u i u KZ-ove uvrstiti konstitutivne relacijeU BE=0,7 V , I C= I B .

– Dobivamo SRT:

U BEQ=0,7 V , I BQ=U CC−U BEQ

RB, I CQ= I BQ i U CEQ=U CC−RC I CQ .

– Provjeravamo je li tranzistor u NAP-u ili PZAS-u ispitivanjem uvjeta U CEQU BEQ . Ako je

Analogni sklopovi_2015_16_Željko Stojanović P2.1_SZE_Istosmjerna analiza stranica 2 od 4

+UCC

RBRC

VIB

IE

IC

UBE

URC

UCE

URB

C

RE

h Ife b

RTRC

EhieIbB Iiz

UizUul

Rul

R2

Rg

R ’ul

Eg

Iul

R1

hoeh Ife b

C

E

hieIb

B

UceUbe

E

hreUce h Ife b

C

E

hieIb

B

UceUbe

E

Potpuniji model Pojednostavnjen model

uvjet ispunjen tranzistor radi u NAP-u i odredili smo SRT. Ako uvjet nije ispunjen tranzistor radi u PZAS-u. Tada je U CEQ=U CES , ne vrijedi

ICQ= I BQ , nego je I CQ I BQ pa se struja kolektora određuje iz I CQ=U CC−U CEQ

RC.

Grafičko određivanje SRTStatički radni pravac (SRP) opisan je funkcijom I C= f U CE i određen je KZN-om kolektorskogkruga. Jednadžba SRP-a glasi

I C=−U CE

RC

+U CC

RC

Statička radna točka Q određena je sjecištem izlazne karakteristike za namještenu struju baze IBQ iSRP-a.

Obično se položaj SRT mijenja promjenom struje baze, što je lagano uočiti iz izlaznihkarakteristika.Grafički prikaz prikladan je jer daje brz i zoran kvalitativan uvid u zavisnosti strujnih i naponskihveličina tranzistora.Veliki je nedostatak ovog spoja osjetljivost SRT na promjenu temperature i promjenu tranzistora(rasipanje/promjenu β). Npr. ako T ↑, onda najčešće i β ↑. Uz IBQ ↔ bit će ICQ ↑ pa UCEQ ↓.

b) Temperaturno stabilizirani spoj za namještanje statičke radne točke

Najčešće se postiže temperaturna stabilizacija SRT dodavanjem otpornika R2 i RE.

Algebarsko određivanje SRT– Postavljanjem KZ-ova za krug baze U CC=R1 I 1R2 I 2 , R2 I 2=U BE1RE I BQ i

I 1=I 2I BQ vodi ka dugačkom postupku rješavanja IBQ.– Brže je odrediti struju IBQ nadomještanjem kruga baze s pomoću Theveninovog teorema.– Parametri Theveninovog izvora su

U BB=R2

R1R2

U CC , RBB=R1 R2

R1R2

– Struju baze odredimo iz KZN-a za krug baze

I BQ=U BB−U BEQ

RBB1 RE

Analogni sklopovi_2015_16_Željko Stojanović P2.1_SZE_Istosmjerna analiza stranica 3 od 4

SRP ( )1

UCC

RC

iC

ICQ

uCEUCCUCEQ

Q

IB3

0

IBQ

IB2

IB4

IB1

→

– Ostale veličine SRT su U BEQ=0,7V , I CQ= I BQ i U CEQ=U CC−RC I CQ−RE I EQ .

– I EQ=1 I BQ=11 I CQ . Ako je ispunjeno ≫1⇒ I E≈ I B= I C . Smatrat ćemo da je

ovaj uvjet redovito ispunjen. Stoga će KZN za kolektorski krug glasiti

U CEQ=U CC−RCRE I CQ .

– Npr. ako T ↑, onda najčešće i β ↑. Uz IBQ ↔ bit će ICQ ↑ pa UREQ ↑.Zbog U R2=U BEQ+U REQ≈konst. bit će UBEQ ↓ pa IBQ ↓ čime se djelomično poništavapromjena ICQ ↑. Ovakvo povratno djelovanje koje smanjuje promjenu neke veličine naziva senegativna povratna veza.

– Izraz U R2≈konst. vrijedit će, ako je RBB≪1RE i ≫1⇒ I C≈U BB−U BEQ

RE.

Grafičko određivanje SRT

– Jednadžba SRP-a glasi

I C=−U CE

RC+RE

+U CC

RC+RE

Analogni sklopovi_2015_16_Željko Stojanović P2.1_SZE_Istosmjerna analiza stranica 4 od 4

RE

+UCC

R1RC

R2

VIB

I1

I2

IE

IC

UBE

URE

URC

UCE

U2

U1

V

RE

IB

URE

UBERBB

UBB

URBB(1+ ) IB

+UCC

RC

IC

URC

UCC

R +C RE

iC

ICQ

uCEUCCUCEQ

Q

IB3

0

IBQ

IB2

IB4

IB1SRP ( )1

R +C RE