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
Top Related