View
124
Download
23
Category
Preview:
DESCRIPTION
Osnovi elektronike
Citation preview
2009
UNIVERZITET U TUZLI
Fakultet elektrotehnike
OSNOVI ELEKTRONIKE
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 2
EKVIVALENTNA KOLA POJAČAVAČA SA BIPOLARNIM TRANZISTOROM
Na slici 1 je prikazan najprostiji pojačavač bez djelitelja napona. Za proračun jednosmjernog režima rada
tranzistora kao linearna komponenta je zamijenjen sa dva parametra i to sa naponom 𝑉𝐵𝐸 (pad napona na
direktno polarisanom spoju B – E ) i struja 𝐼𝐶 = 𝛽𝐼𝐵 𝛽 = 1 .
U osnovi razlikujemo dvije vrste modela kojima se modeluje tranzistor:
- Ekvivalentni modeli tranzistora za režim velikih signala i ovi modeli su najčešće iskorišteni u
različitim računarskim paketima koji rade simulaciju elektronskih kola.
- Linearni modeli tranzistora, ali samo za režim malog signala. To znači da na ulaznoj karakteristici
radna tačka ne izlazi iz linearnog dijela, isto važi i za izlaznu karakteristiku i ovi modeli su
bazirani na klasičnim četveropolima.
𝛽 =𝐼𝐶𝐼𝐵
=𝛼𝐼𝐸
𝐼𝐸 − 𝐼𝐶=
𝛼𝐼𝐸𝐼𝐸 − 𝛼𝐼𝐸
=𝛼
1 − 𝛼
EBERS MOLOV MODEL TRANZISTORA
Da bi napravili određeni stepen zanemarenja, moramo uvesti određeni tip pretpostavki:
- Nivo injekcije je relativno nizak
- Redni otpor kristala, oblasti E, B i C su zanemarivo mali
- Faktor strujnog pojačanja ne zavisi od struje i napona
- Zanemaruje se i generaciono rekombinaciona struja tj želimo svesti tranzistor na dvije struje
- Veličina neutralne oblasti baza ne zavisi od napona
Model za pnp-tip tranzistora
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 3
Pod uticajem napona B-E proticat će struja direktne polarizacije spoja B-E i označit ćemo je sa:
𝐼𝐹 = 𝐼𝑆𝐸 𝑒𝑈𝐸𝐵𝑈𝑇 − 1
Pod uticajem emiterske struje proteći će kolektorska struja : 𝐼𝐶 = −𝛼𝐼𝐹
𝐼𝑅 = 𝐼𝑆𝐶 𝑒𝑈𝐶𝐵𝑈𝑇 − 1 , 𝐼𝐸 = 𝐼𝐹 − 𝛼1𝐼𝑅
Ebers – Molov model tranzistroa
𝐼𝐸 = 𝐼𝐹 − 𝛼1𝐼𝑅 = 𝐼𝑆𝐸 𝑒𝑈𝐸𝐵𝑈𝑇 − 1 − 𝛼1𝐼𝑆𝐶 𝑒
𝑈𝐶𝐵𝑈𝑇 − 1
𝐼𝐶 = −𝛼𝐼𝐹 + 𝐼𝑅 = 𝛼𝐼𝑆𝐸 𝑒𝑈𝐸𝐵𝑈𝑇 − 1 + 𝐼𝑆𝐶 𝑒
𝑈𝐶𝐵𝑈𝑇 − 1
𝐼𝑆𝐸 = 𝐼𝐸 𝑈𝐵𝐸 ≫ 𝑈𝑇
𝑈𝐵𝐶 = 0 𝐼𝑆𝐶 = 𝐼𝐶
𝑈𝐶𝐵 ≪ 0𝑈𝐵𝐸 = 0
𝛼 = −𝐼𝐶𝐼𝐸
𝑈𝐵𝐸 ≫ 𝑈𝑇
𝑈𝐵𝐶 = 0 𝛼1 = −
𝐼𝐸𝐼𝐶
𝑈𝐵𝐶 ≫ 0𝑈𝐵𝐸 = 0
model za 𝑛𝑝𝑛 − 𝑡𝑖𝑝 tranzistora (𝑆𝑙𝑖𝑘𝑎 4)
Na slijedećoj slici dodajemo izmjenični napon 𝑈𝐵 kao korisni signal koji pojačavamo.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 4
TEORIJA ČETVEROPOLA
Sa teorijom četveropola mi kola možemo predstaviti kao na slici 1 tj kao „crnu kutiju“ sa dva ulazna kontakta i
dva izlazna kontakata. Kod ovih kola nas ne zanima šta se nalazi unutra i mi ova kola opisujemo pomodu
jednačina. Znači postoji mogudnost da različito objedinimo ove četiri veličine (𝐼1 , 𝑉1, 𝐼2 , 𝑉2) tj suština je
uspostaviti vezu između ove četiri veličine. Kako god uzeli dvije veličine su zavisne, a dvije nezavisne. Ukoliko su
naponi 𝑉1 i 𝑉2 ulazni i izlazni naponi i ukoliko ih izrazimo preko ulazne i izlazne struje dobijamo Z parametre
četveropola.
𝑉1 = 𝑍11𝐼1 + 𝑍12𝐼2
𝑉2 = 𝑍21𝐼1 + 𝑍22𝐼2
Z – parametri se određuju pomodu izraza
𝑍11 = 𝑉1
𝐼1
𝐼2=0
𝑍21 = 𝑉2
𝐼1
𝐼2=0
𝑍12 = 𝑉1
𝐼2
𝐼1=0
𝑍22 = 𝑉2
𝐼2
𝐼1=0
Znači bez obzira šta se nalazi u kolu ono je opisano pomodu Z parametara. Ukoliko struje izrazimo preko
napona dobit demo Y – parametre četveropola, ove parametre demo koristiti kod proračuna unipolarnih
tranzistora.
𝐼1 = 𝑌11𝑉1 + 𝑌12𝑉2
𝐼2 = 𝑌21𝑉1 + 𝑌22𝑉2
Y – parametre određujemo:
𝑌11 = 𝐼1
𝑉1
𝑉2=0
𝑌12 = 𝐼1
𝑉2
𝑉1=0
𝑌21 = 𝐼2
𝑉1
𝑉2=0
𝑌22 = 𝐼2
𝑉2
𝑉1=0
Ukoliko se kod Z – parametara integrirani dio dobijamo R – parametre. Preko R – parametara tranzistor se
može modelovati kao na slici
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 5
𝑅 – parametri u osnovi imaju fizičko značenje kod opisivanja fizikalnih procesa. U tranzistoru, ali nisu najbolja
varijanta za proračun bipolarnog tranzistora. Za proračun bipolarnih tr najčešde se koriste
h – parametri (hibridni ili miješani). Kod h – parametara se uočava ulazni napon i izlazna srtuja preko ulazne
struje i izlaznog napona izraz
𝑉1 = 11 𝑖1 + 12 𝑉2
𝑖2 = 21 𝑖1 + 22 𝑉2
i h – parametre određujemo pomodu
11 = 𝑉1
𝑖1
𝑉2=0
12 = 𝑉1
𝑉2
𝑖1=0
21 = 𝑖2
𝑖1
𝑉2=0
22 = 𝑖2
𝑉2
𝑖1=0
Ekvivalentna šema za h – parametre izgleda kao na slici
S obzirom da se radi o linearnim četveropolima, možemo izraziti jedne parametre preko drugih tj postoji
konkretna veza. Svi ovi parametri zavise od temperature, međutim relativno najmanji uticaj temperatura ima
na h – parametre, osim toga h – parametri se najlakše mjere i oni se njčešde koriste kod bipolarnih tranzistora.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 6
GRAFIČKO ODREĐIVANJE H – PARAMETARA
Parametar 11 , s obzirom da se radi o mjerenju karakteristika sa ZE dodavat demo i indeks „e“ ili 11𝑒 ili 𝑖𝑒 i to
je odnos u radnoj tački ∆𝑉𝐵𝑚 i ∆𝐼𝐵𝑚
11𝑒 = 𝑖𝑒 =∆𝑉𝐵𝑚
∆𝐼𝐵𝑚
≈𝑉𝐵𝑚
𝐼𝐵𝑚
U radnoj tački sa slike 4 pratimo u njegovoj okolini ∆𝑉𝐵𝑚 i ∆𝐼𝐵𝑚 odnosno 𝑉𝐵𝑚 i 𝐼𝐵𝑚 , na ovaj način smo dobili 𝑖𝑒
parametar. Slijededi parametar 12𝑒 , za njega snimimo karakteristiku dvije vrijednosti napona 𝑈𝐶𝐸 struja
𝐼𝐵 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 i pratimo promjenu ∆𝑉𝐵𝐸 i ∆𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸2 − 𝑉𝐶𝐸1 i dobijamo izraz
12𝑒 = 𝑟𝑒 = ∆𝑉𝐵𝐸
∆𝑉𝐶𝐸
𝐼𝐵=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
Parametar 21𝑒 = 𝑓𝑒 je odnos između priraštaja struje ∆𝐼𝐶 i ∆𝐼𝐵 = 𝐼𝐵1 − 𝐼𝐵2 pri čemu je 𝑈𝐶𝐸 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 izraz:
21𝑒 = 𝑓𝑒 = ∆𝐼𝐶∆𝐼𝐵
𝑉𝐶𝐸 =𝑐𝑛𝑜𝑠𝑡
Posljednji parametar 22𝑒 = 𝑜𝑒 u radnoj tački imamo priraštaj ∆𝑉𝐶𝐸 i ∆𝐼𝐶 i on je odnos između njih pri čemu je
𝐼𝐵 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 izraz
22𝑒 = 𝑜𝑒 = ∆𝐼𝐶∆𝑉𝐶𝐸
𝐼𝐵=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 7
PRORAČUN POJAČAVAČA SA HIBRIDNIM PARAMETRIMA
Pojačavač sa slike 1 uključuje jednosmjernu i izmjeničnu analizu, to znači da je svaka od stuja unutar tranzistora
𝑖𝐵 = 𝐼𝐵 + 𝑖𝑏 , 𝑖𝐸 = 𝐼𝐸 + 𝑖𝑒 , 𝑖𝐶 = 𝐼𝐶 + 𝑖𝑐 (1)
i naponi
𝑣𝐵𝐸 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝑣𝑏𝑒 , 𝑣𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑣𝑐𝑒 (2)
Za izmjenični režim rada mi podrazumijevamo da je kolo u linearnom dijelu karakteristike i da su odnosi 𝑈 i 𝐼
linearni, to objezbjeđuje jednosmjerni režim rada tranzistora. Znači u bilo kom proračunu pojačavača mi imamo
prvo proračun jednosmjernih veličina odnosno dobijamo statičku analizu pojačavača, na osnovu rezultata
statičke analize dobijamo mogudnost proračuna pojačavača u dinamičkom režimu, u kome tranzistor
zamjenjujemo sa h – parametrima, tj mi demo šemu sa 𝑠𝑙 1 prikazati pomodu h – parametara i dobiti 𝑠𝑙 2. U
dinamičkom režimu naponske izvore kratko spojimo jer su oni postavili radnu tačku u linearni dio i oninemaju
uticaja na dinamički režim rada kada je tačka postavljena. Zaokruženi dio na 𝑠𝑙 1 se može prikazati pomodi
Tevenenove teoreme sa jednim ekvivalentnim izvorom 𝐸𝑔 i otporom 𝑅𝑔 (sl 2). Kada se izvor U kratko spoji na
𝑠𝑙 1 dobijamo da su 𝑅𝑐 i 𝑅𝑝 paralelno vezani (3) i na 𝑠𝑙 2 zamijenimo ih sa otporom 𝑅𝑝 i sada uključujemo
model tranzistora sa h – parametrimai na taj način smo dobili šemu sa 𝑠𝑙 2.
𝑅𝑝 =𝑅𝐶𝑅𝑝
𝑅𝐶 + 𝑅𝑝
3 𝑉1 = 11𝑖1 + 12𝑉2
𝑖2 = 21𝑖1 + 22𝑉2 4 𝑉2 = −𝑖2𝑅𝑝 (5)
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 8
𝑖2 = −𝑉2
𝑅𝑝
6 𝑖2 = 21𝑖1 − 22𝑖2𝑅𝑝 7 → 𝐴𝑖 =𝑖2
𝑖1
=21
1 + 22𝑅𝑝
(8)
Ovakav pojačavački stepen može biti i u slučaju sa 𝑍𝐶 𝑠𝑙𝑖𝑘𝑎 3. Za proračun pojačavača u ovom slučaju ne znači
da li se radi o stepenu sa 𝑍𝐸, 𝑍𝐵 ili 𝑍𝐶, nego iz iste šeme možemo izvesti izraze za sva tri pojačavačka stepena,
i zato na 𝑠𝑙 2 nedemo striktno naglašavati gdje je 𝐸, 𝐵 ili 𝐶, nego demo zavisno od stepena to imati. Mi odavde
želimo izvesti univerzalne izraze za strujno – naponsko pojačanje bez obzira za koji stepen proračunavali.
11𝑖1 + 12𝑉2 = 𝑉1
−21𝑖1 + 22 +1
𝑅𝑝
𝑉2 = 0 9 𝑖1 =
𝑉1 22 +1𝑅𝑝
11 22 +1𝑅𝑝
− 2112
(10)
𝑟𝑢𝑙 =𝑉1
𝑖1
=
11 22 +1𝑅𝑝
− 2112
22 +1𝑅𝑝
= 11 −2112
21 +1𝑅𝑝
(11)
Otpor 𝑟𝑢𝑙 značajan je zbog uravnoteženja predaje snage izvora pojačavaču.
Naponsko pojačanje nam je jednako
𝐴𝑉 =𝑉2
𝑉1
=21
12 22 +1𝑅𝑝
− 2112
U slučaju strujnog pojačanja 𝐴𝑖 ono de dostidi max tj vrijednost 21 kada 𝑅𝑝 → 0 a naponsko kada 𝑅𝑝 → ∞.
Veza između ova dva pojačanja je data slijededom relacijom
𝐴𝑉 = −𝐴𝑖𝑅𝑝
𝑟𝑢𝑙
Izlazni otpor pojačavača odredit demo sa slike 2 generator prebaciti sa ulaza kola na izlaz slika 4.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 9
𝑉1 = 11𝑖1 + 12𝑉2
𝑖2 = 21𝑖1 + 22𝑉2 4 → 𝑉1 = −𝑅𝑔𝑖1 5
11 + 𝑅𝑔 𝑖1 + 12𝑉2 = 0
21𝑖1 + 22𝑉2 = 𝑖2
𝑉2 = 11 + 𝑅𝑔 𝑖2
11 + 𝑅𝑔 22 − 2112
𝑟𝑖𝑧𝑙 =𝑉2
𝑖2
=11 + 𝑅𝑔
11 + 𝑅𝑔 22 − 2112
Pojačanje snage je 𝐴𝑝 = 𝐴𝑖𝐴𝑉Ove izvedene formule važe za sve pojačavačke stepene ZE, ZB i ZC tj oni su
univerzalni.
AMPLITUDNO FREKVENTNE KARAKTERISTIKE POJAČAVAČA
Na slici 1 je predstavljen dvostepeni pojačavač na kojem demo pokazati koji su to ograničavajudi faktori i zbog
čega amplitudno frekventna karakteristikene može biti apsolutno ravna.
Na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 1 𝐶1 , 𝐶2 , 𝐶3 imaju zadatak da spriječe prolaz jednosmjerne komponente od izlaza prvog na bazu
drugog tranzistora, odnosno izlaza drugog na opteredenje ili izvora na ulaz prvog tranzistora oni se nazivaju
sprženim kondenzatorima i namijenjeni su da propuste naizmjeničnu komponentu signala a spriječe prolaz
jednosmjene. Postojanje ovih kondenzatora utiče na donju graničnu frekvenciju 𝑓𝑛 . Sprežni kodenzatori imaju
ulogu da spriječe prelaz NF komponenti na ulaz.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 10
Na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 3 je prikazan NF filter, koji predstavlja odnos kondenzatora na ulazu i ulaznih otpornosti i pomodu ovog
kola demo odrediti odnos 𝑉𝑖𝑧𝑙 /𝑉𝑢𝑙 i dobijamo
𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑉𝑢𝑙
=𝑅1
𝑅1 + 𝑗𝜔𝐶
Obzirom da se ovdje radi o kompleksnom broju i prolaskom signala kroz ovakvo kolo može dodi do promjene
amplitude i promjene faze i iz tog razloga određujemo i jedan i drugi parametar.
𝑅1
𝑅2
=1
1 +1
𝑗𝜔𝑅1𝐶1
3 𝐴𝑛 =1
1 − 𝑗𝜔𝑛
𝜔
=1
1 − 𝑗𝑓𝑛𝑓
(4)
𝐴𝑛 =1
1 + 𝑓𝑛𝑓
2
5 𝜑𝑛 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝑓𝑛𝑓
6 𝐴𝑛 = 20 log 1 − 20 log 1 + 𝑓𝑛𝑓
2
𝑑𝐵 (7)
U zavisnosti odnosa ospora 𝑅1 𝑖 1/𝑗𝜔𝐶1 imamo donju graničnu učestanost (7). Kako je 20 log 1 = 0 onda
imamo da je
𝐴𝑛 = −20 log 1 + 𝑓𝑛𝑓
2
Za frekvencije niže od 𝑓𝑛 imamo veliku impedansu a gotovo da i nema pojačanja. Sa vedim kapacitetom
sprženih kondenzatora imat demo manju graničnu frekvenciju, a sa manjim kapacitetom vedu graničnu
frekvenciju. Kada je
𝑓𝑛 = 𝑓 ⟹ 𝐴𝑛 =1
2 = 0.707 ⟹ 𝐴𝑛 = 3 [𝑑𝐵]
Slijededi aspekt jeste zašto nastaje slabljenje na gornjim graničnim frekvencijama. Na VF sprženi kondenzator
predstavljaju kratak spoj kao i kondenzatori u kolu emitera, a otpornici su frekventno nezavisne komponente i
jedino što nem ostaje na VF je tranzistor. Mi na VF moramo imati tranzistor koji uključuje parazitne kapacitete
pn – spoja kao na sl.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 11
𝑟𝑏𝑐 − se može zanemariti , 𝐶𝑐𝑒 − je veoma mali i može se zanemariti.
Ako sada nacrtamo razvijenu šemu imamo sliku:
𝑖𝑏𝑐 = 𝑗𝜔𝐶𝑏𝑐 (𝑈𝑏 − 𝑈𝑐𝑒 )
Ukoliko je 𝑟𝑐𝑒 ≫ 𝑅𝑝 tada je napon 𝑈𝐶𝐸 = −𝑔𝑈𝑏𝑟𝑐𝑒′ ⟹ 𝑖𝑏𝑐 = 𝑗𝜔𝐶𝑏𝑐 𝑈𝑏 + 𝑔𝑈𝑏𝑟𝑐𝑒
′
Ulazni signal na VF je zbog kondenzatora koji vodi ka emiteru prespojen na emiter, i to znači da de jednim
dijelom taj kapacitet umjesto prolaska ka izlazu, prolaziti preko kratko spojenog kondenzatora i ekvivalentnog
kondenzatora, ovaj kapacitet je direktno kapacitet 𝐵 − 𝐸 i na VF se nede pjačavati signal ved de se samo
proslijediti na masu i to de uticati na karakteristiku na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 2 počne opadati.
𝑉2
𝑉1
=
1𝑗𝜔𝐶
𝑟 +1
𝑗𝜔𝐶
=1
1 + 𝑗𝜔𝑅𝐶 ; 𝑅 =
𝑟𝑏𝑒 𝑅𝑔 + 𝑟𝑏𝑏
𝑟𝑏𝑒 + 𝑅𝑔 + 𝑟𝑏𝑏
; 𝑉2
𝑉1
=1
1 + 𝑗𝜔𝜔𝜔𝑣
|𝐴𝑉| =1
1 + 𝑓𝑓𝑉
2
; 𝜑𝑉 = −𝑎𝑟𝑐 𝑡𝑔𝑓
𝑓𝑉
Na gornju graničnu frekvenciju pojačavača utiču parazitni kapaciteti tranzistora i ako želimo da postignemo
vedu što vedu 𝑓𝑉 trebamo kapacitete tranzistora svesti na što je mogude manju vrijednost, a takođe utiče i
𝑟𝑏𝑏 , 𝑟𝑏𝑐 𝑖 𝑟𝑏𝑒 .
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 12
VF TRANZISTORI
Na gornju graničnu frekvenciju utiču tri parametra:
1. Vrijeme difuzije – vrijeme potrebno da sporedni nosioci naelektrisanja prođe kroz bazu na putovanju
od emitera ka kolektoru. Što je vrijeme difuzije krade to je granična frekvencija veda.
2. Parazitni kapacitet – to su kapaciteti : 𝐶𝑏𝑒 , 𝐶𝑏𝑐 , 𝑖 𝐶𝑐𝑒 i što je manji ovaj kapacitet granična frekvencija
je veda.
3. Otpor baze – je onaj element koji smo modelirali sa 𝑟𝑏𝑏 i što je ovaj otpor manji to je veda gornja
granična učestanost.
Ključni kapacitet jeste 𝐶𝑏𝑐 i ako se želi smanjiti ovaj C onda trebamo smanjiti površinu spoja 𝐵 − 𝐶. Jedan od
načina jeste da se na bazu priključi nova elektroda i ako sada na 𝑝𝑛𝑝 tranzistor 𝑠𝑙𝑖𝑘𝑎 1 priključimo + 𝑝𝑜𝑙 izvora
tada de on šupljine koje idu iz emitera kroz bazu u kolektor, uticati na način da de ih svojim el.poljem odbijati i
na taj način se smanjuje aktivna oblast između 𝐵 i 𝐶. Smanjenjem te aktivne oblasti smanjuje se površina spoja,
a samim tim i kapacitet spoja 𝐵 − 𝐶.
Slijededi tip tranzistora je sa površinskom barijerom i cilj je približiti 𝐸 𝑖 𝐶 tako da je vrlo malo rastojanje među
njima i baza je veoma uska pa je vrijeme difuzije veoma malo 𝑠𝑙𝑖𝑘𝑎 2. Drift tranzistori koji u bazi imaju
neravnomjernu koncentraciju primjesa, tj u lijevom dijelu 𝑝𝑛𝑝 – 𝑡𝑖𝑝𝑎 tranzistora veda je koncentracija primjesa
nego u desnom, usljed difuzije dodi de do kretanja elektrona iz područija vede koncentacije u područije manje
što de uzrokovati pojavu unutrašnjeg električnog polja. To el.polje de ubrzavati kretanje šupljina na putu od
𝐵 − 𝐶.
Upoređivanje pojačavačkih stepeni
Na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 1 su prikazane karakteristike pojačanja snage u zavisnosti od otpora potrošača za sva tri stepena
( 𝑍𝐸 , 𝑍𝐵 𝑖 𝑍𝐶) i vidimo da najvede pojačanje ostvaruje stepen sa 𝑍𝐸 i iz tog razloga taj spoj tranzistora se
najviše primjenjuje u pojačavačkim kolima. Na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 2 prikazan je odnos strujnog pojačanja u zavisnosi od 𝑅𝑝 za
sva tri spoja. Na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 3 je prikazan odnos karakteristika naponskog pojačanja u zavisnosti od 𝑅𝑝 za sva tri spoja.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 13
Spoj sa 𝑍𝐸 daje najbolje karakteristike pri pojačanju signala. Na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 4 je prikazan odnos ulaznih otpora
pojedinih stepeni u odnosu na 𝑅𝑔 .
Tamo gdje nam je potreban veliki ulazni, a mali izlazni otpor koristidemo stepen sa 𝑍𝐶, suprotno njemu spoj 𝑍𝐵
mali ulazni a veliki izlazni otpor. Ova dva stepena se najčešde koriste na krajevima gdje je potrebno izvršiti
prilagođenje po pitanju impedansi. Stepen sa 𝑍𝐸 obrde ulaznu fazu signala za 𝜋, dok 𝑍𝐶 i 𝑍𝐵 ne obrdu.
STABILIZACIJA RADNE TAČKE POJAČAVAČA
Svako pomijeranje radne tačke govori o korisnom signalu koji se pojačava. Kada nema ulaznog signala, u tom
slučaju radna tačka se ne mijenja tj. mora ostati konstantna, međutim zbog različitih uticaja radna tačka de se
mijenjati. Dominantan uticaj na pomijeranje radne tačke ima temperatura i najvedim dijelom ona utiče na
inverznu struju kolektora i ona se mijenja po eksponencijalnom zakonu
𝐼𝐶0 𝑇 = 𝐼𝐶0 𝑇0 𝑒𝛾𝑇
Na pomijeranje radne tačke utiču i drugi parametri kao što je:
- Starenje tranzistora i tranzistori moraju prvo da odrade nekih 100 sati
- Uticaj radijacije (u medicini, satelitske komunikacije, vojne primjene itd.)
- Promjena napona napajanja (𝑈𝐶𝐶 )
𝐼𝐶 = 𝑓 𝐼𝐶0 , 𝑉𝑏𝑒 , 𝛽
Stabilizacija radne tačke u odnosu na temperaturu se može izvršiti na dva načina:
- Prvo uključenjem odgovarajudih otpora u kola 𝐸, 𝐵 i 𝐶 i na taj način dobijemo linearnu temperaturnu
stabilizaciju jer su otpori linearni elementi
- Drugi način je da vršimo ugradnju nelinearnih elemenata u kola 𝐵, 𝐸 ili 𝐶.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 14
LINEARNA TEMPERATURNA STABILIZACIJA
𝐼1𝑅1 + 𝐼2𝑅2 = 𝑉𝐶𝐶 ; 𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 ; 𝐼2𝑅2 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝑅𝐸𝐼𝐸
𝐼𝐶 = 𝛼𝐼𝐸 + 𝐼𝐶0 ; 𝐼1 = 𝐼2 + 𝐼𝐵 ; 𝑉𝐵𝐸 = 0
𝑉𝐶𝐶 =𝐼𝐶 1 − 𝛼
𝛼𝑅1 + 𝑅1 + 𝑅2
𝑅𝐸
𝑅2
∙𝐼𝐶 − 𝐼𝐶0
𝛼
𝐼𝐶 𝑅𝐸𝑅2 + 1 − 𝛼 𝑅1𝑅2 + 𝑅𝐸𝑅1 = 𝛼𝑅2𝑉𝐶𝐸 − 𝐼𝐶0 𝑅𝐸𝑅2 + 𝑅𝐸𝑅1 + 𝑅1𝑅2
𝑅 , 𝑉𝐶𝐶 , 𝛼 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
𝑆 =𝑑𝐼𝐶𝑑𝐼𝐶0
=𝑅𝐸 ∙ 𝑅2 + 𝑅𝐸 ∙ 𝑅1 + 𝑅1 ∙ 𝑅2
𝑅𝐸𝑅2 + 1 + 𝛼 𝑅1𝑅2 + 𝑅𝐸𝑅1
Imamo da je parametar 𝑆 iz definicije je 𝑆 ≥ 1 u graničnom slučaju, kada je 𝑆 = 1 dobijamo idealnu
stabilizaciju, ali u praksi je obično 𝑆 > 1, ali tražimo da on bude što je mogude niži.
Sada demo analizirati nekoliko slučajeva:
1. Kada 𝑅2 → ∞ i za što bolju stabilizaciju u ovom slučaju mora biti 𝑅𝐸 ≫ 𝑅1.
𝑆 = lim𝑅2→∞
𝑆 =𝑅𝐸 + 𝑅1
𝑅𝐸 + 1 − 𝛼 𝑅1
; 𝑅𝐸 ≫ 𝑅1 ⟹ 𝑆 = 1 ; 𝑅𝐸 ≪ 𝑅1 ⟹ 𝑆 ≈1
1 − 𝛼
2. Kada je 𝑅𝐸 = 0 ⟹ 𝑆 ≈1
1−𝛼 i ni u jednom slučaju 𝑅𝐸 ne smije biti jednako nuli.
3. Ako bi uzeli da je 𝑅2 = 0 dobili bi u suštini idealanu stabilizaciju 𝑆 = 1 , a međutim u tom slučaju
dolazi u pitanje sam rad pojačavača zbog pada napona koji se na njemu dešava.
𝑆1 =𝑑𝐼𝐶
𝑑𝑉𝐵𝐸
Parametar 𝑆1 se izvodi uz pretpostavku da je 𝑈𝐵𝐸 ≠ 0. Ukupna stabilizacija je
𝑑𝐼𝐶 = 𝑆𝑑𝐼𝐶0 + 𝑆1𝑑𝑉𝐵𝐸 + 𝑆2𝑑𝛽 konačno ∆𝐼𝐶 = 𝑆∆𝐼𝐶0 + 𝑆1∆𝑉𝐵𝐸 + 𝑆2∆𝛽
NELINEARNA STABILIZACIJARADNE TAČKE
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 15
U slučajevima kada se ne može postidi dovoljna temperaturna stabilizacija pojačavača sa klasičnim linearnim
elementima, pribjegava se korištenju nelinearnih elemenata tj elemenata koji su ovisni o temperaturi.
Termistorska stabilizacija
Na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 1 iamo klasični pojačavač u spoju 𝑍𝐸. Termistor je element koji je temperaturno ovisan i njegova
karakteristika zavisnosti 𝑅 od 𝑇 je prikazana na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 2. Ako dođe do povedanja 𝑇 povedat de se i 𝐼𝐶0 , a samim ti
i 𝐼𝐶 , povedanjem 𝐼𝐶 imamo za posljedicu povedanje 𝐼𝐸 . Međutim sa povedanjem temperature dolazi do
opadanja otpora termistora i povedava se 𝐼𝐶 , povedanjem 𝐼𝐶 dodi de do smanjenja struje 𝐼𝐸 i stvaranja njene
stabilnoti, tj povedanjem 𝑇 dodi de do smanjenja otpora 𝑅𝑇 i kroz njega de protedi veda struja, a samim tim
imademo vedi pad napona na 𝑅𝐸 i manju struju i radna tačka de biti stabilizovana.
Pozistorska stabilizacija
Pozistor je takođe element koji je temperaturno ovisan i njegova karakteristika zavisnosti 𝑅 od 𝑇 je prikaza na
𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 4. Na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 3 pozistor je dodan u kolo emitera i sa porastom 𝑇 raste 𝐼𝐶 , ali raste i otpor pozistora, tako da
se autonatski smanjuje 𝐼𝐸 , a samim tim i 𝐼𝐶 .
Diodna stabilizacija
Ukoliko izaberemo da su dioda i tranzistor iz iste serije imamo da je inverzna struja zasidenja diode i inverzna
struja zasidenja tranzistora, najbolje je ovdje koristiti inverzno polarisan spoj 𝐵 − 𝐶 , tako da sa povedanjem 𝐼𝐶0
raste 𝐼𝑖𝑛 , ali jedno drugo poništava.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 16
Sa povedanjem 𝑇 dolazi do povedanja 𝐼𝐶 , a samim ti do destabilizacije radne tačke, ali se otpor diode smanjuje i
time se povedava pad napona na diodi.
𝐼𝐶 = 𝛽 + 1 + 𝛽 𝐼𝐶0 ; 𝐼 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝑖𝑛 ⟹ 𝐼𝐵 = 𝐼 − 𝐼𝑖𝑛 ; 𝐼 =𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸
𝑅1
≈𝑉𝐶𝐶
𝑅1
𝐼𝐶 = 𝛽 𝐼 − 𝐼𝑖𝑛 + 1 + 𝛽 𝐼𝐶0 ; 𝛽 ≫ 1 ⟹ 𝐼𝐶 = 𝛽𝑉𝐶𝐶
𝑅1
− 𝛽𝐼𝑖𝑛 + 𝛽𝐼𝐶0
JEDNOSMJERNI REŽIM RADA TRANZISTORA SA EFEKTOM POLJA
Ne 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 1 prikazana je šema pojačavača sa FET – om. Cilj je ostvariti pojačanje ulaznog napona 𝑒𝑔 . Direktno
priključenje generatora na sam tranzistor nede se ostvariti pojačanje, jer de se taj signal nalaziti u režimu malog
signala i nelinearnom dijelu, tako da nedemo imati pojačanje. To se vidi na izlaznim karakteristikama i ukoliko u
najjednostavnijem slučaju dovedemo samo ulazni signal nedemo imati ništa, cilj je radnu tačku pomjeriti iz
koordinatnog početka i drugo moramo dovesti izvor za napajanje koji de obezbijediti snagu signala koji se želi
pojačavati. U slučaju sa 𝑠𝑙 1 imamo opštu šemu u kojoj su 𝑅1 i 𝑅2 korišteni za definiranje radne tačke FET – a .
𝑆𝑙𝑖𝑘𝑢 1 pojednostavljujemo primjenom Tevenenove teorme i imamo 𝑠𝑙 2.
𝑅𝐺 =𝑅1𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
, 𝑉𝐺 =𝑉𝐷𝐷
𝑅1 + 𝑅2
𝑅2
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 17
Radnu tačku moramo odrediti na izlaznim karakteristikama, ali moramo znati za koju vrijednost napona 𝑉𝐺𝑆 .
Zato nam je potrebna prenosna karakteristika 𝑠𝑙𝑖𝑘𝑎 4.
𝐼: 𝑉𝐺 − 𝑅𝐺𝐼𝐺 − 𝑉𝐺𝑆 − 𝑅𝑆𝐼𝐷 = 0 , 𝑅𝐺𝐼𝐺 = 0 ⟹ 𝑉𝐺 − 𝑉𝐺𝑆 − 𝑅𝑆𝐼𝐷 = 0
Spoj G – S je inverzno polarisan kod klsičnih unipolarnih tranzistora, struja inverzne polarizacije je veoma mala
𝐼𝐺 → 0 i analiziramo 𝐼𝐷 i 𝑉𝐺𝑆 tabela 1. Da bi dobili položaj radne tačke na izlaznim karakterisikama napisat
demo jednačinu za izlazni dio kola
Tabela 1 Tabela 2
𝐼𝐷 𝑉𝐺𝑆 𝐼𝐷 𝑉𝐷𝑆
0 𝑉𝐺 0 𝑉𝐷𝐷
𝑉𝐺
𝑅𝑆
0 𝑉𝐷𝐷
𝑅𝑆 + 𝑅𝐺
0
𝐼𝐼: 𝑉𝐷𝐷 − 𝑅𝐷𝐼𝐷 − 𝑉𝐷𝑆 − 𝑅𝑆𝐼𝐷 = 0
I da bi odredili radnu pravu posmatrat demo dvije promjenljive 𝐼𝐷 i 𝑉𝐷𝑆 tabela 2.
POJAČAVAČ U SPOJU SA ZAJEDNIČKIM SORSOM
Naponsko pojačanje:
𝐴𝑉 = −𝑦11𝑅𝑝
1 + 𝑦22𝑅𝑝
=−𝑔𝑚 + 𝑗𝜔𝐶𝐺𝐷
1𝑅𝑝
+1𝑟𝑑
+ 𝑗𝜔 𝐶𝐺𝐷 + 𝐶𝐷𝑆
Za niske frekvencije parazitni kapaciteti 𝐶𝐺𝐷 i 𝐶𝐷𝑆 se mogu zanemariti. Slijededi parametar je ulazna admitansa
𝑦𝑢𝑙 =𝑦𝐺𝑆 + 𝑦𝐺𝐷𝑦𝑃 + 𝑦𝐷 + 𝑦𝐺𝐷 + 𝑦𝐷𝑆 𝑦𝐺𝑆 + 𝑦𝐷 + 𝑦𝐷𝑆 + 𝑔𝑚 𝑦𝐺𝑇
𝑦𝑃 + 𝑦𝐷 + 𝑦𝐺𝑃 + 𝑦𝐷𝑆
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 18
𝑦𝐺𝑆 = 𝑗𝜔𝐶𝐺𝑆
𝑦𝐷𝑆 = 𝑗𝜔𝐶𝐷𝑆
𝑦𝐺𝐷 = 𝑗𝜔𝐶𝐺𝐷
𝑦𝑃 =1
𝑅𝑝
𝑦𝐷 =1
𝑟𝑑
𝑣𝑟𝑖𝑗𝑒𝑑𝑛𝑜𝑠𝑡𝑖 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑚𝑒𝑡𝑎𝑟𝑎
Ulaznu admitansu možemo pojednostaviti pa imamo
𝑦𝑢𝑙 = 𝑦𝐺𝑆 + 𝑦𝐺𝐷(1 − 𝐴𝑉)
Na NF 𝑦𝑢𝑙 = 0. Isto tako možemo izračunati i 𝐴𝑖 pojačavača i pošto je ulazni otpor veoma veliki i ima samo
kapacitivni karakter, u kolu upravljačke elektrode de protresti vrlo mala struja na VF. S obzirom da je struja 𝑖𝑔
vrlo mala, odnos između 𝑖𝑑 i 𝑖𝑔 je velik broj, odnosno pojačanje 𝐴𝑖 je takođe veliko, tako da se kod proračuna
rijetko koristi ovaj pojačavač.
Ako se na NF zanemare C onda je 𝑟𝑖𝑧 ≈ 𝑟𝑑 .
Pojačavač u spoju sa zajedničkim sorsom ima:
- Velik ulazni otpor
- Velik izlazni otpor
- Znatno naponsko pojačanje i naponski je kontrolisana komponenta
- Veoma veliko strujno pojačanje
POJAČAVAČ U SPOJU ZAJEDNIČKOG DREJNA
Na 𝑠𝑙. 1 prikazana je šema pojačavača u spoju zajedničkog drejna. Ekvivalentna šema ovog pojačavača je
prikazana na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 2 i sa koje treba da dobijemo y – parametre.
Poređenjem navedene ekvivalentne šeme sa šemom π ekvivalentnom šemom četveropola i dobijamo
vrijednosti parametara :
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 19
𝑌11 + 𝑌12 =1
𝑅𝑔𝑑
+ 𝑗𝜔𝐶𝑔𝑑
−𝑌12 =1
𝑅𝑔𝑠
+ 𝑗𝜔𝐶𝑔𝑠
𝑌21 − 𝑌12 = −𝑔𝑚
𝑌22 + 𝑌12 =1
𝑟𝑑+ 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠
⟹
𝑌11𝑑 = 𝑌𝑖𝑑 =1
𝑅𝑔𝑑
+1
𝑅𝑔𝑠
+ 𝑗𝜔 𝐶𝑔𝑑 + 𝐶𝑑𝑠
𝑌12𝑑 = 𝑌𝑟𝑑 = − 1
𝑅𝑔𝑠
+ 𝑗𝜔𝐶𝑔𝑠
𝑌21𝑑 = 𝑌𝑓𝑑 = − 𝑔𝑚 +1
𝑅𝑔𝑠
+ 𝑗𝜔𝐶𝑔𝑠
𝑌22𝑑 = 𝑌𝑜𝑑 =1
𝑟𝑑+
1
𝑅𝑔𝑠
+ 𝑗𝜔 𝐶𝑔𝑠 + 𝐶𝑑𝑠
𝑌11𝑑 , 𝑌12𝑑 , 𝑌21𝑑 , 𝑌22𝑑 − y – parametri stepena sa zajedničkim drejnom. U praksi se obično zanemaruju veličine
1/𝑅𝑔𝑑 i 1/𝑅𝑔𝑠 ,jer imaju visoke omske vrijednosti, tako da cijeli razlomak teži nuli. Uvrštavanjem ovih
parametara u izraz za naponsko pojačanje dobivamo da je ono:
𝐴𝑉 = 𝑔𝑚 + 𝑗𝜔𝐶𝑔𝑠 𝑅𝑝
1 + 𝑔𝑚𝑅𝑝 +𝑅𝑝
𝑅𝑑+ 𝑗𝜔𝑅𝑝 𝐶𝑔𝑠 + 𝐶𝑑𝑠
Na NF možemo zanemarati parazitne kapacitete (𝐶𝑔𝑠 𝑖 𝐶𝑑𝑠 ) pa naponsko pojačanje ima vrijednost
𝐴𝑉 =𝑔𝑚𝑟𝑑𝑅𝑝
𝑟𝑑 + 𝑔𝑚𝑟𝑑 + 1 𝑅𝑝
=𝜇𝑅𝑝
𝑟𝑑 + 1 + 𝜇 𝑅𝑝
Maksimalno pojačanje se dobiva kada 𝑅𝑝 → ∞ ⟹ 𝐴𝑉𝑚𝑎𝑥 =𝜇
1+𝜇≈ 1.
Naponsko pojačanje pojačavačkog stepena sa ZD je blisko jedinici,što znači da ovaj stepen u opštem slučaju
smanjuje ulazni napon (𝐴𝑉 < 1).
Ulazni otpor se takođe dobiva uvrštavanjem parametara u izraz za ulazni otpor koji smo izveli za y – parametre
i on iznosi:
𝐶𝑢𝑙 = 𝐶𝑔𝑑 + 𝐶𝑔𝑠 1– 𝐴𝑉 ⟹ 𝐶𝑢𝑙 = 𝐶𝑔𝑑
Izlazni otpor u područiju NF iznosi:
𝑟𝑖𝑧𝑙 =1
𝑔𝑚 +1𝑟𝑑
=𝑟𝑑
1 + 𝜇=
𝑟𝑑𝜇
=1
𝑔𝑚
𝐴𝑝 = 𝐴𝑈 ∙ 𝐴𝐼
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 20
POJAČAVAČ U SPOJU SA ZAJEDNIČKIM GEJTOM
Ovaj pojačavački stepen odgovara stepenu sa zajedničkom bazom kod pojačavača sa bipolarnim tranzistorima.
Na 𝑠𝑙. 1 prikazana je šema pojačavača u spoju zajedničkog Gejta. Ekvivalentna šema ovog pojačavača je
prikazana na 𝑠𝑙𝑖𝑐𝑖 2. Odje demo Y – parametre odrediti po definiciji Y – parametara, a to je da izrazimo ulaznu
struju 𝑖𝑠, izlaznu struju 𝑖𝑑 preko ulaznog napona 𝑉𝑠𝑔 i izlaznog napona 𝑉𝑑𝑔 .
𝑖𝑠 = 1
𝑅𝑔𝑠
+ 𝑗𝜔𝐶𝑔𝑠 𝑉𝑠𝑔 + 1
𝑟𝑑+ 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠 𝑉𝑠𝑔 − 𝑉𝑑𝑔 + 𝑔𝑚𝑉𝑠𝑔
𝑖𝑠 = (1
𝑅𝑔𝑠
+1
𝑟𝑑+ 𝑗𝜔 𝐶𝑠𝑔 + 𝐶𝑑𝑠 𝑉𝑠𝑔 −
1
𝑟𝑑+ 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠 𝑉𝑑𝑔
𝑌𝑖𝑔 = 𝑖𝑠𝑉𝑠𝑔
𝑉𝑑𝑔 =0
=1
𝑅𝑔𝑠
+1
𝑟𝑑+ 𝑔𝑚 + 𝑗𝜔𝐶𝑠𝑔 + 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠
𝑌12𝑔 = 𝑌𝑟𝑔 = 𝑖𝑠𝑉𝑑𝑔
𝑉𝑠𝑔 =0
= − 1
𝑟𝑑+ 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠
Isto tako može se napisati i druga jednačina :
𝑖𝑑 = 1
𝑅𝑔𝑑
+ 𝑗𝜔𝐶𝑔𝑑 𝑉𝑑𝑔 + 1
𝑟𝑑+ 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠 𝑉𝑑𝑔 − 𝑉𝑠𝑔 − 𝑔𝑚𝑉𝑠𝑔
odnosno :
𝑖𝑑 = 1
𝑅𝑔𝑑
+1
𝑟𝑑+ 𝑗𝜔𝐶𝑔𝑑 + 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠 𝑉𝑑𝑔 −
1
𝑟𝑑+ 𝑔𝑚 + 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠 𝑉𝑠𝑔
odavde je :
𝑌21𝑔 = 𝑉𝑓𝑔 = 𝑖𝑑𝑉𝑠𝑔
𝑉𝑑𝑔 =0
= −(1
𝑟𝑑+ 𝑔𝑚 + 𝑗𝜔𝐶𝑑𝑠 )
𝑌22𝑔 = 𝑌𝑜𝑔 = 𝑖𝑑𝑉𝑑𝑔
𝑉𝑠𝑔 =0
=1
𝑅𝑔𝑑
+1
𝑟𝑑+ 𝑗𝜔 𝐶𝑔𝑑 + 𝐶𝑑𝑠
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 21
Av = Rprd
Rp
r
Rp
Rpr
g
d
d
m
)1(
1
)1
(
rul =
11
Rpr
rg
Rpr d
dm
d rizl = rd + (1 + μ)Rg
POVRATNA SPREGA U POJAČAVAČIMA
Ako dio izlaznog signala vratimo na ulaz pojačavača onda kažemo da je ostvarena povratna sprega ili reakcija.
Kada analiziramo pojačavač sa povratnom spregom onda vodimo računa o tome da li je ulazni signal u fazi ili
protivfazi sa dijelom izlaznog signala koji vradamo na ulaz. Ukoliko su ova dva signala u fazi govorimo o
pozitivnoj povratnoj spregi, a ukoliko su ova dva signal u protivfazi govorimo o negativnoj povratnoj spregi.
Pozitivna povratna sprega praktično se primjenjuje kod oscilatora, a ne kod pojačavača. Kod pojačavača se
primjenjuje negativna povratna sprega.
Prema vrsti signala koji vradamo sa izlaza na ulaz pojačavača razlikujemo : naponsku, strujnu i kombinovanu (
naponsko-strujnu ) povratnu spregu.
Serijska naponska povratna sprega
U prvom slučaju dio izlaznog napona vodimo preko kola za povratnu spregu β na ulaz pojačavača pri čemu je
signal povratne sprege Vr vezan serijski sa ulaznim naponom, pa govorimo o serijskoj naponskoj povratnoj
sprezi.
Paralelna naponska povratna sprega
U drugom slučaju dio izlaznog napona vodimo preko β kola paralelno ulaznom naponu, pa govorimo o
paralelnoj naponskoj povratnoj sprezi.
Serijska strujna povratna sprega
U tredem slučaju izlazna struja stvara pad napona na otporu R. Dio tog izlaznog napona preko β kola vodimo u
seriju sa ulaznim naponom, pa govorimo o serijskoj strujnoj povratnoj sprezi.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 22
Paralelna strujna povratna sprega
U četvrtom slučaju izlazna struja stvara pad napona na otporu R. Dio tog izlaznog napona preko β kola vodimo
paralelno ulaznom naponu, pa govorimo o paralelnoj strujnoj povratnoj sprezi.
SERIJSKA NAPONSKA POVRATNA VEZA
Broj koji pokazuje koji dio izlaznog napona vradamo na ulaz nazivamo koeficijentom povratne sprege, a
označavamo sa β
𝑉𝑟 = 𝛽𝑉𝑖𝑧𝑙 ; 𝑉 = 𝑉𝑟 + 𝑉𝑢𝑙 ⟹ 𝑉𝑢𝑙 = 𝑉 − 𝑉𝑟
Naponsko pojačanje pojačavača bez povratne sprege označavamo sa A, a pojačanje pojačavača sa spregom Ar.
𝐴 =𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑉𝑢𝑙
= 𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑉 𝑉𝑟=0
, 𝐴𝑟 =𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑉𝑢𝑙
=𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑉 − 𝑉𝑟
=𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑉 − 𝛽𝑉𝑖𝑧𝑙
=
𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑉
1 −𝛽𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑉
=𝐴
1 − 𝛽𝐴
U izrazu za Ar važan je imenilac 𝟏 − 𝜷𝑨 koji se ponekad naziva funkciom reakcije.
Razlikovademo tri slučaja :
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 23
1. |1 - βA| > 1 – U ovom slučaju je 𝐴𝑟 < 𝐴, pa govorimo o negativnoj povratnoj sprezi u kome ulazni i
izlazni signal nisu u fazi.
2. |1 - βA| < 1 – U ovom slučaju je 𝐴𝑟 > 𝐴, pa govorimo o pozitivnoj povratnoj sprezi.
3. |1 - βA| = 0 – U ovom slučaju 𝐴𝑟 → ∞, a to fizikalno znači da pojačavač postaje oscilator
(generator) i ovaj slučaj se može svrstati u grupu pozitivnih povratnih veza.
Ulazna impedansa 𝑍𝑢𝑙 kada nema povratne veze je
𝑍𝑢𝑙 =𝑉𝑢𝑙
𝑖𝑢𝑙
= 𝑉
𝑖𝑢𝑙
𝑉𝑟=0
Kada imamo povratnu vezu
𝑍𝑢𝑙𝑟 =𝑉 − 𝑉𝑟
𝑖𝑢𝑙
=𝑉 − 𝛽𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑖𝑢𝑙
=𝑉 − 𝛽𝐴𝑉
𝑖𝑢𝑙
= 𝑍𝑢𝑙 (1 − 𝛽𝐴)
Izlazni otpor se određuje sa slijedede slike kada se generator premjesti sa ulaznog dijela kola u izlazni dio kola.
Sa djeliteljem napona.
Uzimamo dio napona i vradamo ga na ulaz i taj dio koji tu uzimamo je
𝑉𝑟 =𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
𝑉𝑖𝑧𝑙 = 𝛽𝑉𝑖𝑧𝑙 , 𝑉𝑖𝑧𝑙 = 𝐴𝑚𝑉 + 𝑍𝑖𝑧𝑙 𝑖𝑖𝑧𝑙 ⟹ 𝑖𝑖𝑧𝑙 =𝑉𝑖𝑧𝑙 − 𝐴𝑚𝑉
𝑍𝑖𝑧𝑙
Znači da smo izvorom 𝐴𝑚𝑉 prikazali da se radi o pojačavaču i da je on 𝐴𝑚 puta vedi od 𝑉.
𝑉 =𝑍𝑢𝑙
𝑅𝑔 + 𝑍𝑢𝑙
𝑉𝑟 =𝑍𝑢𝑙
𝑅𝑔 + 𝑍𝑢𝑙
𝛽𝑉𝑖𝑧𝑙 ⟹ 𝑖𝑖𝑧𝑙 =𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑍𝑖𝑧𝑙
1 − 𝐴𝑚𝛽𝑍𝑢𝑙
𝑅𝑔 + 𝑍𝑢𝑙
𝑍𝑖𝑧𝑙 =𝑉𝑖𝑧𝑙
𝑖𝑖𝑧𝑙=
𝑍𝑖𝑧𝑙
1 − 𝐴𝑚𝛽𝑍𝑢𝑙
𝑅𝑔 + 𝑍𝑢𝑙
, 𝑧𝑎 𝑍𝑢𝑙 ≫ 𝑅𝑔 ⟹ 𝑍𝑖𝑧𝑙 =𝑍𝑖𝑧𝑙
1 − 𝛽𝐴𝑚
Efekti koji se javljaju primjenom povratne veze
1. Pojačanje pojačavača sa povratnom vezom je manje od pojačanja bez povratne veze 𝐴𝑟 < 𝐴.
2. Ulazna impedansa 𝑍𝑢𝑙 je ovisna od promjene povratne veze, tako da kod serijskih povratnih veza
ulazna impedansa se povedava sa primjenom povratne veze, a kod paralelnih smanjuje primjenom
povratne veze.
3. Izlazna impedansa pojačavača 𝑍𝑖𝑧𝑙 takođe zavisi od primjenjene povratne veze, tako da povratne
naponske veze smanjuju 𝑍𝑖𝑧𝑙 , a strujne povedavaju 𝑍𝑖𝑧𝑙 .
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 24
4. Stabilnost: Ukoliko odredimo prvi izvod 𝐴𝑟 pa 𝐴 dobit demo:
𝑑𝐴𝑟
𝑑𝐴=
1 − 𝛽𝐴 + 𝛽𝐴
1 − 𝛽𝐴 2 ⟹ 𝑑𝐴𝑟 =
1
1 − 𝛽𝐴 2𝑑𝐴
Ukoliko sada i lijevu i desnu stranu podijelimo sa 𝐴𝑟 dobijamo:
𝑑𝐴𝑟
𝐴𝑟
=1
1 − 𝛽𝐴
𝑑𝐴
𝐴
Primjenom povratne veze dobija se stabilniji rad pojačavača. Smanjenje linearnih izobličenja pojačavača i to se
može prikazati snimanjem amplitudno – frekventne karakteristike pojačavača sa PV i bez PV. Znači proširuje se
propusni opseg pojačavača sa primjenom PV.
Recommended