Elektronika analogowa - Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im

Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Pile
Studia Stacjonarne i niestacjonarne
PODSTAWY ELEKTRONIKI
rok akademicki 2008/2009
St. Stacjonarne: Semestr III - 45 h wykłady, 15h ćwicz. audytor.,
15h ćwicz. lab.
St. Niestacjonarne: Semestr III - 30 h wykłady, 15 h ćwicz. audytor.,
15 h ćwicz. lab.
1. Wprowadzenie
Budowa elementów półprzewodnikowych. Tendencje rozwojowe.
Specyfika obwodów elektronicznych – elementy nieliniowe.
2. Diody
Półprzewodniki i złącza. Charakterystyki diody prostowniczej. Diody
Zenera, dioda
pojemnościowa.
3. Tranzystory bipolarne
Schemat zastępczy i zasada działania. Charakterystyki statyczne.
Parametry graniczne, obszar bezpiecznej pracy.
4. Wzmacniacze i układy z tranzystorami bipolarnymi
Właściwości wzmacniające tranzystora, wzmacniacze WE, WB i WC.
Ujemne sprzęŜenie zwrotne. Wzmacniacze w klasie A i B. Tranzystor
jako przełącznik (klucz) i źródło prądowe. Wzmacniacze róŜnicowe i
prądowe.
5. Tranzystory polowe i układy z ich wykorzystaniem
Klasyfikacja - tranzystory polowe JFET oraz MOSFET. Charakterystyki
statyczne, parametry graniczne. Podstawowe układy pracy.
Wzmacniacze WS i WD. Wzmacniacz róŜnicowy z tranzystorami
polowymi. Tranzystor polowy jako źródło prądowe i jako sterowana
rezystancja.
6. Podstawowe właściwości i układy pracy wzmacniaczy operacyjnych
Cechy charakterystyczne, równania wzmacniacza idealnego, wzmacniacz
odwracający i nieodwracający fazę, regulacja wzmocnienia.
7. Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych w układach linowych
Układy ze wzmacniaczami operacyjnymi realizujące operacje
matematyczne: sumowanie (sumator), całkowanie (integrator) i
róŜniczkowanie (układ róŜniczkujący).
8. Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych w układach nieliniowych
Ograniczenie napięcia wyjściowego wzmacniaczy. Układy pracy i
charakterystyki układów porównujących (komparatory i komparatory z
histerezą). Wzmacniacze logarytmujące, mnoŜące i dzielące.
9. Elementy optoelektroniki
Fotodiody, fotorezystory, fototranzystory. Diody elektroluminescencyjne.
Transoptory.
Wskaźniki ciekłokrystaliczne.
10. Przegląd elementów elektronicznych
Tyrystory, warystory, hallotron.
LITERATURA
1. U. Tietze, Ch. Schenk, „Układy półprzewodnikowe”, WNT
Warszawa 1987 (tłum.. z niemieckiego).
2. P. Horowitz, W. Hill, „Sztuka elektroniki”, WKiŁ Warszawa 1999
(tłum. z angielskiego).
„Elementy i układy elektroniczne” praca zbiorowa pod redakcją
S.Kuty, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH,
Kraków 2000.
3. W. CiąŜyński, „ Elektronika w zadaniach t.1”, Wyd. Pracowni
Komputerowej J.Skalmierskiego, Gliwice 1999. W. CiąŜyński, „
Elektronika w zadaniach t.1”, Wyd. Pracowni Komputerowej
J.Skalmierskiego, Gliwice 1999.
4. W. CiąŜyński, „ Elektronika w zadaniach t.3”, Wyd. Pracowni
Komputerowej J.Skalmierskiego, Gliwice 2001.
5. P.Fabiański, K.Kulawiak, J.Matysik, L.Palczyński, „Ćwiczenia z
podstaw elektroniki”, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej,
Warszawa 1995.
Rys. Charakterystyki wyjściowe tranzystora z zaznaczonymi
parametrami granicznymi.
Rys. Charakterystyki wzmacniacza prądu zmiennego w układzie WE
z zaznaczonym punktem pracy i przebiegami napięć i prądów.
Schemat układu symulacyjnego wzmacniacza WE
i jego dane.
Dane obliczeniowe:
•
•
•
•
•
•
•
współczynnik wzmocnienia
prądowego: β = 250;
wartość napięcia zasilania:
UCC = +10V
rezystancja wewnętrzna
źródła sygnału: Rg= 10W;
rezystancja obciąŜenia: RL =
1k, 10k, 100kW,
pojemności kondensatorów są
tak duŜe, Ŝe ich impedancja
jest pomijalnie mała,
częstotliwość napięcia
wejściowego: fwe=1kHz,
amplituda napięcia
wejściowego: Umwej= 20mV.
Rys. Charakterystyki wyjściowe tranzystora BC 107A,
z naniesionymi prostymi obciąŜenia.
200mA
Ib=0,7mA
160mA
120mA
R c=50
Ib=0,3mA
80mA
R c=100
40mA
Ib=0,1mA
0A
0V
IC(Q3)
2V
(10- V(Q3:c))/50
4V
(10- V(Q3:c))/100
6V
V(Q3:c)
8V
10V
12V
Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia,
oraz RC=50 Ω, RB=13,4 kΩ.
1
5.0V
2
40mV
ku=-234
ku=-220
ku=-159
20mV
0V
0V
-20mV
RL=1k
>>
-40mV
20.0ms
1
-5.0V
20.5ms
V(wyj) 2
RL=10k
21.0ms
V(wej)
RL=100k
21.5ms
22.0ms
22.5ms
23.0ms
23.5ms
24.0ms
24.5ms
25.0ms
Time
Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia,
oraz RC=50 Ω, RB=18,8 kΩ.
1
4.0V
2 40m
ku=-162
ku=-159
ku=-147
2.0V
0V
20m
0V
-2.0V
-20mV
-4.0V
>>
-40mV
20.0ms
1
RL=1k
20.5ms
V(wyj) 2
RL=100k
RL=10k
21.0ms
V(wej)
21.5ms
22.0ms
22.5ms
Time
23.0ms
23.5ms
24.0ms
24.5ms
25.0ms
Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia,
oraz RC=50 Ω, RB=94 kΩ.
2.0V
1
2 40m
RL=10k
RL=1k
1.0V
RL=100k
20m
0V
0V
-1.0V
-20mV
-2.0V
>>
-40mV
20.0ms
1
ku=-76
20.5ms
V(wyj) 2
ku=-90
21.0ms
V(wej)
21.5ms
ku=-90,5
22.0ms
22.5ms
23.0ms
23.5ms
24.0ms
24.5ms
25.0ms
Time
Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia,
oraz RC=100 Ω, RB=23,5 kΩ.
1
8.0V
2
40m
ku=-173
4.0V
0V
>>
-8.0V
ku=-306
20m
0V
RL=10k
RL=1k
-4.0V
ku=-276
RL=100k
-20mV
-40mV
20.0ms
1
20.5ms
V(wyj) 2
21.0ms
V(wej)
21.5ms
22.0ms
22.5ms
Time
23.0ms
23.5ms
24.0ms
24.5ms
25.0ms
Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia,
oraz RC=100 Ω, RB=31,3 kΩ.
1
5.0V
2 40m
ku=-159
ku=-215
ku=-204
20m
0V
0V
-20mV
RL=10k
RL=1k
>>
-40mV
20.0ms
1
-5.0V
20.5ms
V(wyj) 2
21.0ms
V(wej)
21.5ms
RL=100k
22.0ms
22.5ms
23.0ms
23.5ms
24.0ms
24.5ms
25.0ms
Time
Rys. Charakterystyki tranzystora z naniesioną prostą pracy
i dobrze wybranym punktem pracy
80m
Ib=0,3mA
IC
60m
40m
Ib=0,125mA
20m
Ib=0,05mA
Ib=0,025mA
0
-10m
0V
IC(Q3)
2V
(10- V(Q3:c))/166
4V
6V
V(Q3:c)
8V
10V
U CE
12V
Rys. Przebieg napięcia wejściowego i wyjściowego
przy dobrze wybranym punkcie pracy.
1
1.99V
2
19.9mV
ku=-180
1.00V
10.0mV
0V
0V
-1.00V
-10.0mV
-2.00V
>>
-20.0mV
30.0ms
1
30.5ms
V(wyj) 2
31.0ms
V(wej)
31.5ms
32.0ms
32.5ms
33.0ms
33.5ms
34.0ms
34.5ms
35.0ms
Time
Rys. Schemat wzmacniacza WE z ujemnym sprzęŜeniem zwrotnym.
Rys. Przebieg napięcia
wejściowego i wyjściowego
przy:
1
1.0V
2
40m
ku=-40
0.5V
20m
0V
0V
A) RE = 1 Ω, IB = 0,6mA
-0.5V
-20mV
-1.0V
>>
-40mV
30.0ms
30.5ms
31.0ms
1
V(wyj) 2
V(wej)
31.5ms
32.0ms
32.5ms
33.0ms
33.5ms
34.0ms
34.5ms
35.0ms
33.0ms
33.5ms
34.0ms
34.5ms
35.0ms
Time
100m
B) RE = 10 Ω, oraz IB = 0,6mA
.
ku=-4,85
50m
0V
-50mV
-100mV
30.0ms
V(wej)
30.5ms
V(wyj)
31.0ms
31.5ms
32.0ms
32.5ms
Time