Elektronika Előadás

Átírás

1 Elektronika 1 4. Előadás Bipoláris tranzisztorok felépítése és karakterisztikái, alapkapcsolások, munkapont-beállítás Irodalom - Megyeri János: Analóg elektronika, Tankönyvkiadó, U. Tiecze, Ch. Schenk: Analóg és digitális áramkörök, Műszaki Könyvkiadó, Wersényi György: Híradástechnikai alkatrészek, Borbély Gábor: Elektronika I, Tony R. Kuphaldt: Lessons In Electric Circuits, Volume III Semiconductors, 2009

2 Bipoláris tranzisztor Bipoláris tranzisztorok áramköri jele és rétegrendje. Előfeszítések normál aktív üzemmódban: Bipoláris tranzisztorok működési állapotai:

3 Felépítés Elektronok mozgási iránya Különálló tranzisztor Integrált tranzisztor

4 Felépítés Planáris npn tranzisztor szerkezete és adalékprofilja

5 Bipoláris tranzisztor működési elve E B C Előfeszítés normál aktív üzemmódhoz Elektronok áramlási útvonala

6 Bipoláris tranzisztor működési elve a) rekombináció b) elektronos bázisáram c) záróréteget elözönlő elektronok d) a bázis-kollektor zárófeszültség felgyorsítja a zárórétegbe került elektronokat

7 Áramok bipoláris tranzisztorokban Kis amplitúdójú váltakozó áramú jelek esetén:

8 Bipoláris tranzisztorok karakterisztikái transzfer karakterisztika

9 Bipoláris tranzisztorok modellje Négypólus H-paraméterek (hibrid p) értelmezése.

10 Bipoláris tranzisztorok modellje Bipoláris tranzisztor H-paraméteres (hibrid p) fizikai helyettesítő képe. r BB : bázis-hozzávezetési ellenállás (5 50 W) r e : bázis-emitter dióda dinamikus ellenállása; U T = 26 mv. B, b: a bázisáramra vonatkoztatott áramerősítési tényező (kisteljesítményű tranzisztoroknál , nagy teljesítményű tranzisztoroknál 20 50); m: feszültség-visszahatási tényező (modern eszközöknél elhanyagolhatóan kicsi); g m : meredekség ( ms).

11 Tranzisztormodell paraméterei rövidzári bemeneti impedancia: (kw nagyságrendű) üresjárati feszültségátvitel: rövidzári áramátvitel: üresjárati kimeneti admittancia: ms

12 Bipoláris tranzisztorok munkapont-beállítása Bázisosztó ellenállásokkal Negatív soros áramvisszacsatolással Negatív párhuzamos feszültségvisszacsatolással

13 Közös emitteres kapcsolás Váltakozó áramú szempontból az emitter a földpotenciálhoz csatlakozik. Bemenő jel: bázis és föld között. Kimenő jel: kollektor és föld között. Jelleg: invertáló erősítő. Egyszerű npn tranzisztor-modellek: dióda-vezérelt ellenállás, illetve dióda-vezérelt áramforrás Egyenáramú karakterisztika

14 Közös emitteres kapcsolás Audio-erősítő bázis-előfeszítés nélkül Bázis-előfeszítéssel (munkapont-beállítás) Közelítő kisjelű feszültségerősítés:

15 Közös emitteres kapcsolás Közös emitteres erősítő fokozat és működési elve

16 Munkapont-beállítás

17 Kisjelű paraméterek Bázis-emitter ellenállás, Transzfer admittancia, Kollektor-emitter ellenállás, bemeneti ellenállás meredekség (g m ) kimeneti ellenállás

18 Ebers-Moll modell

19 Transzportmodell Transzportáram:

20 Gummel-Poon modell

21 Gummel-Poon modell az emitterdióda bázisárama a kollektordióda bázisárama az emitterdióda kúszóárama a kollektordióda kúszóárama kollektror-emitter transzportáram a szubsztrát-dióda árama bázis hozzávezetési ellenállás kollektor hozzávezetési ellenállás emitter hozzávezetési ellenállás az emitterdióda záróréteg-kapacitása a kollektordióda külső záróréteg-kapacitása a kollektordióda belső záróréteg-kapacitása a szubsztrát-dióda záróréteg-kapacitása az emitterdióda diffúziós kapacitása a kollektordióda diffúziós kapacitása

22 Early-hatás B 0 (U BE ) az U CE = 0 hoz extrapolált egyenáramú áramerősítés. Early-hatás. Magyarázata: az U BE és U BC feszültségek befolyásolják az effektív bázisréteg vastagságát és ezáltal a transzportáram (I T ) nagyságát: Az Early-feszültség: a záróirányú telítési áram

23 Közös emitteres kapcsolás hidegített emitterellenállással Feszültségerősítés: Áramerősítés: Az alkalmazott frekvenciatartományon a kondenzátorok és a tápfeszültség-forrás rövidzárnak tekinthetők. C be : bemeneti csatoló kondenzátor; C ki : kimeneti csatoló kondenzátor; C e : hidegítő kondenzátor. A hidegítés miatt az R e negatív áram-visszacsatolása csak egyenáramú szempontból érvényesül. Terhelőellenállás: szobahőmérsékleten U T = 26 mv

24 Közös emitteres kapcsolás nem hidegített emitterellenállással R E negatív áram-visszacsatolása váltakozó-áramú szempontból is érvényesül.

25 Közös kollektoros (emitterkövető) kapcsolás Váltakozó áramú szempontból a kollektor (a tápfeszültség-forráson át) a földpotenciálhoz csatlakozik. Bemenő jel: bázis és föld között. Kimenő jel: emitter és föld között. Jelleg: neminvertáló áramerősítő. A kimeneti feszültség követi a bemeneti feszültség értékét, levonva a bázis-emitter dióda állandó nyitófeszültségét. Egyenáramú karakterisztika

26 Közös kollektoros (emitterkövető) kapcsolás Emitterkövető erősítő bázis-előfeszítéssel (munkapont-beállítás) Áramerősítés: b: a tranzisztor kisjelű áramerősítési tényezője.

27 Közös kollektoros (emitterkövető) kapcsolás

28 Közös bázisú kapcsolás A bázis a földpotenciálhoz csatlakozik. Bemenő jel: emitter és föld között. Kimenő jel: kollektor és föld között. Jelleg: neminvertáló feszültségerősítő. Egyenáramú karakterisztika Kis amplitúdójú váltakozó áramú jelek esetén:

29 Közös bázisú kapcsolás

30 Miller-elv

31 Kaszkód kapcsolású erősítő Nagyfrekvenciás alkalmazásoknál bír jelentőséggel: - a földelt emitteres erősítőnek kisebb a sávszélessége a Miller-elv miatt megnövekedett hatású kollektor-bázis kapacitás miatt; - a földelt bázisú erősítőnek alacsonyabb a bemeneti impedanciája (pár tíz W). Földelt bázisú Földelt emitteres Kaszkód A földelt emitteres fokozat terhelő ellenállása a földelt bázisú fokozat bemeneti ellenállásával egyenlő (1 ma emitteráramnál 26 W), így feszültségerősítése közel 1. A földelt bázisú fokozat biztosítja a feszültségerősítést. A kapcsolás a földelt emitteres fokozat közepesen nagy bemeneti ellenállásával rendelkezik.

32 Kaszkód kapcsolású erősítő Kaszkód Közös emitteres Jelalakok Bode diagramok

33 Kaszkód kapcsolású A osztályú RF erősítő