docPobierz - Zakład TwT WT PW
download 
Reklamacja Transkrypt
Pobierz - Zakład TwT WT PW
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 8. Podstawowe układy wzmacniaczy ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 1 ___________________________________ Modele tranzystorów ___________________________________ Model urządzenia technicznego to zbiór wiadomości umożliwiających przewidywanie właściwości i analizowanie działania tego urządzenia w różnych sytuacjach. ___________________________________ Dla tranzystorów wyróżnia się dwa rodzaje modeli: • modele fizyczne stanowiące możliwie wierne odbicie zjawisk zachodzących wewnątrz tranzystora • modele macierzowe (końcówkowe) opisujące zewnętrzne zachowanie się tranzystora traktowanego jako "czarna skrzynka„ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Dalej rozważamy jedynie model macierzowy tranzystora ___________________________________ Charakteryzuje on tranzystor jako czwórnik. Dla składowych zmiennych (dla sygnału) wyróżnia się opis tranzystora przy wykorzystaniu macierzy hybrydowej z parametrami mieszanymi [h], macierzy admitancyjnej [y] i macierzy rozproszenia [s]. Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 2 ___________________________________ Ograniczamy się do analizy właściwości wzmacniaczy w zakresie małych częstotliwości tj. dla częstotliwości do setek kHz. Wtedy do opisu stosuje się zwykle macierz [h]. Parametry tej macierzy są określane jako wielkości rzeczywiste i dogodne są w tym zakresie częstotliwości warunki pomiaru tych parametrów. Wymagane jest podczas pomiaru zwieranie wyjścia i rozwieranie wejścia (dla składowych zmiennych) a dla tranzystora bipolarnego można łatwo spełnić te warunki ze względu na niewielką impedancję wejściową i dość znaczną impedancję wyjściową (odpowiednio rzędu kilku i kilkudziesięciu kiloomów). ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Przyjmując i1 i u2 jako zmienne niezależne i u1 oraz i2 jako zmienne zależne można czwórnik opisać równaniami mieszanymi: u1 = h11i1 + h12 u 2 i 2 = h 21i1 + h 22 u 2 . przy czym: i1, i2, u1, u2 - wartości chwilowe prądów i napięć małych sygnałów zmiennych na wejściu (indeks 1) i wyjściu (indeks 2). Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 3 1 ___________________________________ Parametry hij u h11 1 i1 h12 ___________________________________ - impedancja wejściowa u2 0 u1 u2 ___________________________________ - współczynnik oddziaływania zwrotnego ___________________________________ i1 0 i h 21 2 i1 I1 , u2 U2 ___________________________________ ___________________________________ - współczynnik wzmocnienia prądowego u2 0 ___________________________________ h 22 i2 u2 - admitancja wyjściowa i1 0 Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 4 ___________________________________ Wartości parametrów h zależą od konfiguracji pracy tranzystora. Rodzaj konfiguracji oznaczony jest przy parametrze h indeksem literowym: b - dla układu wspólnej bazy (WB), e - dla układu wspólnego emitera (WE) i indeksem c - dla układu wspólnego kolektora (WC). ___________________________________ ___________________________________ parametry h dla konfiguracji WE h11e u be ib u ce 0 h12e u be u ce i b 0 h 21e h 22e ic ib ic u ce ___________________________________ - impedancja wejściowa w konfiguracji WE ___________________________________ - współczynnik oddziaływania zwrotnego w konfiguracji WE u ce 0 ib 0 ___________________________________ ___________________________________ - współczynnik wzmocnienia prądowego dla konfiguracji WE - admitancja wyjściowa w konfiguracji WE Na przykład dla tranzystora BC107 i punktu pracy IC=2mA oraz częstotliwości sygnału f=1000 Hz . h11e 4k h21e 2,2 104 h21e 250 h22e 20S 5 Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Ilustracja sposobu wyznaczania parametrów hije przy wykorzystaniu charakterystyk statycznych tranzystora w konfiguracji WE Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 6 2 ___________________________________ Zależność pomiędzy parametrami h dla różnych konfiguracji ___________________________________ Istnieje tożsamościowy związek między parametrami hij dla różnych konfiguracji. Znając zestaw tych parametrów dla jednej konfiguracji można obliczyć wszystkie parametry dla dwóch pozostałych. ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 7 ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Model tranzystora opisany macierzą h ; a) pełny b) uproszczony W uproszczonej wersji pominięto parametry h12 i h22 bo w rzeczywistości h12 << 1 zatem źródło napięcia h12u2 jest niewielkie i można je traktować jako zwarcie, i h22 << 1 zatem impedancję 1/ h22 jako bardzo dużą można traktować jako rozwarcie Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 8 ___________________________________ Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnego emitera ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Jednostopniowy wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji WE (inaczej: wzmacniacz o sprzężeniu pojemnościowym lub wzmacniacz RC) Rezystory R1 i R2 - potencjometryczne zasilanie bazy Rezystor RE - sprzężenie emiterowe zapewniające dobrą stałość punktu pracy Kondensatory C1 i C2 separują układ od zewnętrznych napięć stałych oraz umożliwiają doprowadzenie sygnału zmiennego do bazy tranzystora (kondensator C1) i odprowadzenie wzmocnionego sygnału do obciążenia (kondensator C2) Kondensator CE bocznikuje rezystor sprzężenia RE dla składowych zmiennych Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 9 3 ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Schemat zastępczy wzmacniacza z tranzystorem opisanym uproszczonym modelem ___________________________________ Zasada konstrukcji schematu zastępczego: 1. stosowany jest uproszczony model tranzystora opisany parametrami mieszanymi (macierzą [h]), 2. dla średnich częstotliwości reaktancje kondensatorów są na tyle małe, że miejsca ich występowania można uznać za zwarcie (dla sygnału tj. składowych zmiennych!!), 3. obydwa bieguny baterii (masa i UCC) są zwarciem dla składowej zmiennej (bo rezystancja wewnętrzna idealnego źródła napięciowego jest zerowa) Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 ___________________________________ 10 ___________________________________ Wzmocnienie napięciowe h21e i b R C R L u h ku 2 21e R C R L u1 i b h11e h11e ___________________________________ Znak minus we wzorze oznacza, że faza napięcia wyjściowego jest odwrócona względem fazy napięcia wejściowego o 180 ___________________________________ ___________________________________ Wzmocnienie prądowe ki i2 i1 RC RC RB R L RC h 21e h RB R L R C h11e R B i b 11e RB ___________________________________ h 21e i b ___________________________________ Rezystancja wejściowa ___________________________________ R we R1 R 2 h11e Rezystancja wyjściowa R wy R C Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 11 ___________________________________ Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnego kolektora (wtórnik emiterowy) ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ a) schemat ideowy ___________________________________ b) schemat zastępczy Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 12 4 ___________________________________ Wzmocnienie napięciowe ku 1 h21e R E R L 1 u2 u1 1 h21e R E R L h11e ___________________________________ ___________________________________ Rezystancję wejściową tranzystora między jego bazą a kolektorem R wet u1 i b h11e 1 h21e i b R E R L h11e 1 h21e R E R L ib ib ___________________________________ ___________________________________ Rezystancja wejściowa R we R B R wet R B h11e h21e 1 R L R E ___________________________________ ___________________________________ Wzmocnienie prądowe i RE RB k i 2 h21e 1 i1 R E R L R wet R B Rezystancja wyjściowa R wy R E h11e R B h11e R B R h11b B h 21e 1 h 21e 1 h 21e Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 13 ___________________________________ Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnej bazy ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Wzmacniacz z tranzystorem w konfiguracji wspólnej bazy: a) schemat ideowy, b) schemat zastępczy Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 14 ___________________________________ Wzmocnienie napięciowe ku ___________________________________ R R R R u2 h 21b C L C L u1 h11b h11b ___________________________________ Wzmocnienie prądowe ___________________________________ i RC RE k i 2 h 21b 1 i1 R C R L R E h11b ___________________________________ ___________________________________ Rezystancje wejściowa ___________________________________ R we R E h11b Rezystancja wyjściowa R wy R C Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 15 5 ___________________________________ Porównanie właściwości tranzystorów w różnych konfiguracjach Parametr WE WK WB ku duże <1 duże ki duże duże <1 kp b. duże niewielkie niewielkie Rwe średnia duża mała Rwy średnia mała duża przesunięcie fazy między wyjściem a wejściem 1800 00 00 ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Wojciech Wawrzyński – Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 16 6
