1 / 11

DISPOZITIVE ELECTRONICE 2 C Prof.dr.ing. Gabriel Oltean

2 / 11

Obiectivul cursului

Dezvoltarea abilitilor pentru:

analiza i nelegerea principiilor de funcionare ale dispozitivelor electronice

utilizarea dispozitivelor n diverse circuite electronice analiza i (re)proiectarea de circuite electronice

simple

3 / 11

Descriere curs

structur unitar - aceeai metodologie de tratare pentru dispozitivele electronice : diode, tiristoare, amplificatoare operaionale i tranzistoare.

principiul de funcionare - model puternic simplificat (ideal).

se revine cu modele mai complexe, sau se studiaz efectele proprietilor neideale i eventuale mijloace de contracarare a lor.

4 / 11

sunt deduse modurile de utilizare ale fiecrui dispozitiv: n comutare (toate dispozitivele), respectiv n conducie permanent (diode) sau ca amplificator (amplificatoare operaionale i tranzistoare).

pentru fiecare dispozitiv este analizat mai nti modul de utilizare n comutare, iar mai apoi modul de utilizare n conducie permanent sau ca amplificator.

utilitatea dispozitivelor electronice: aplicaii reprezentative.

Descriere curs

5 / 11

ContinutFUNDAMENTE

Semnale electrice Relaii si teoreme de circuite electriceCondensatorul i bobina Generalizarea relaiilor si teoremelor de circuite electrice Circuite RC - rspunsul n frecven si in timp

Diode: Tipuri, principiul de functionare, caracteristici,

parametri. Circuite cu diode. Dioda ZenerTIRISTOARE

6 / 11

Continut

Amplificatorul operational (AO): AO ideal, principiul de functionare,

caracteristici, parametri. Moduri de utilizare Comparatoare de tensiune cu AO.

Amplificatoare cu AO.

7 / 11

Continut

Tranzistoare (cu efect de camp sibipolare): Tipuri, principiul de functionare,

caracteristici, parametri. Circuite cu tranzistoare in comutare. Polarizarea tranzistoarelor (PSF). Amplificatoare fundamentale cu

tranzistoare.

8 / 11

Desfasurare activitate curs

Implicare cat mai mare a studentilor Fiecare student pregateste (invata) apriori tematica cursului Curs: prezentare teorie, dezbatere, intrebari, comentarii, schimburi

de idei, rezolvare probleme, etc.

http://www.bel.utcluj.ro/dce/didactic/de/de.htm prezentari de curs lucrari de laborator tematica pentru examenexemple de probleme date la examenediverse

9 / 11

10 / 11

Examen scris final (E) + Laborator (L) + Teste (T) E: scris teorie 30% + probleme 70%: 010 puncte L: prezenta integrala + activitate: 010 puncte T: 3 teste la curs: 010 puncte

Notare

E 4 pL 5 p

Nota =1 4.49respins

0,6E+0,2L+0,2T 4.5

DaDa

Nota=0,6E+0,2L+0,2T+1Admis

Da

10 /10

11 / 11

1 / 20

Fundamente

Text integral

2 / 20

Scopul capitolului:

S fim narmai cu mijloace iinstrumente de lucru tocmai potrivitepentru nelegerea principiilor defuncionare ale dispozitivelor electronice ia principalelor lor aplicaii.

3 / 20

Coninut

semnale electrice

relaiile i teoremele utilizate n circuitele electronice

surse de tensiune i curent

componentele pasive

circute RC - comportare in frecventa si in timp

4 / 20

Semnale electrice

5 / 20

Surse. Notaii

6 / 20

Relatii si teoreme de circuite electrice

Legea lui Ohm Teoremele lui Kirchhoff (TKV si TKI) Conectarea rezistoarelor Divizoare rezistive

7 / 20

Metoda suprapunerii efectelor

V0 = V01+V02

8 / 20

Teorema lui Thevenin (generatorul echivalent de tensiune)

9 / 20

Teorema lui Millman (poteniale la noduri)

?=NV

Teorema lui Millman (poteniale la noduri)

10 / 20

Puterea. Transferul de putere

11 / 20

Condensatorul si bobina

Relaia tensiune curentConectarea serie i paralelComportarea n ccComportarea n ca

12 / 20

Circuit RC cu sursa de tensiune

)()1()0()( +=

C

tt

CC veevtv

ttitdvC CC = )()(Ecuaia condensatorului

13 / 20

Circuit RC cu sursa de tensiune

)()1()0()( +=

C

tt

CC veevtv

14 / 20

Circuit RC - rspunsul n timp

( ) ( ) ( )tvtvdt

tdvRC IOO =+

?)( =tvO

)()()( tvtvti OI =

dttdvCti

dttitCdv

O

O

)()(

;)()(

==

( ) ( )tvtvtRi IO =+)(

15 / 20

10;

25 TT

16 / 20

A

A

B

B

T>> Calculeaza valoarea medie a tensiunii de intrare

17 / 20

ncrcarea C la curent constant

ItC

tvC1)( =

18 / 20

Comportarea n c.a.

bobinpentru ;X

rcondensatopentru ;1

L LC

XC

==

Reactana

Impedana ( )CL XXjRZ +=LLCC jXRZ;jXRZ +==

LjZCj

Zc L == ;1

Elemente reactive ideale

19 / 20

Circuit RC - rspunsul n frecven

RCjjF += 1

1)(2)(1

1)(RC

jF +=

)()( RCarctg =

20 / 20

Reprezentarea rspunsului n frecven

RCjjF += 1

1)(

FTJ

1/5

Dioda semiconductoare

2/5

Introducere

Simbol Asocierea

sensurilor pentru

curent

i

tensiune

3/5

Dioda

idealModelul

ideal (dioda

ideal ) conine

doar

proprietatea

de conducie

unilateral

a curentului

Caracteristica diodei ideale

4/5

Dioda

ideal

se comport

ca un comutator

automat

care interzice

total trecerea

curentului

dac

tensiunea

la borne este

negativ

(b), respectiv

permite

trecerea

curentului

dac

tensiunea

la borne tinde

s

devin

pozitiv

(c).

Dioda

ideal

Modele

echivalente

ale D ideale

Conductie Blocare

5/5

Regimuri

de functionare

Regim

de comutare

-

dispozitivul comut (automat, semicomandat

sau comandat) ntre dou stri extreme:

blocare, cnd mpiedic complet trecerea curentului

conducie puternic cnd permite trecerea curentului, valoarea acestuia fiind stabilit de alte elemente din circuit (surse, R, C,etc.)

Regim

de conducie permanent (moderat)

cnd dispozitivul controleaz (determin) valoarea diferit de zero a curentului ce trece prin el.

1/12

Dipori DR n comutare

Analiza diporilor

DR

CSTV

-

caracteristica static de transfer n tensiune

se consider toate situaiile posibile din combinarea strilor de conducie i blocare ale diodelor n circuit

pentru fiecare situaie se determin :

schema echivalent

valoarea vO

domeniul de valori ale

vI

pentru situaia respectiv

se deseneaz CSTV.

2/12

Exemplificare

0=Ov0Iv

0=Di 0=Dv

3/12

=Ov0Iv0

CSTV Caracteristica statica

de transfer in

tensiune

4/12

5/12

Alte

modaliti de conectare Inversarea locului diodei si rezistenei Iesirea de pe D

Important

Niciodat nu vom conecta o surs de tensiune astfel nct n timpul functionrii normale a circuitului s fie pus n scurtcircuit

?Diport DR, conectare paralel

?

Structura echivalent pentru 0>Ivsituaie de avarie

6/12

Dipori cu rezisten de sarcina

Aceasi

CSTV

Comparatie

7/12

Modelul

diodei

cu cdere

de tensiune

constant

in conductie

Pentru

polarizarea direct vD

>0:

cnd vD0

8/12

Efectul

cderii

de tensiune

pe

dioda

in conducie

9/12

10/12

Aplicaii ale diporilor

DR

Redresoare monoalternan

11/12

Selector de impulsuriAplicaii ale diporilor

DR

12/12

Aplicaii ale diporilor

DR

Limitatoare de tensiune

1/8

Multipori

DR n

comutareMultipori

de maxim spaial

vA < vB

vO = vB vA > vB

vO = vAvO (t)= max(vA(t); vB

(t))

2/8

vO = max(vA , vB , 0).

vO = max(vA 0,7; vB 0,7V; 0).

D-

idealaD

cu cadere

de tensiune

3/8

Multipori de

minim spaial

vO (t) ?

vO = min(vA, vB , VAl )

vO = min(vA + 0.7V, vB + 0.7V, VAl )

4/8

Aplicaii ale multiporilor

DR

Redresare

dubl

alternanta

VI

>0V VI

5/8

Alimentarea de rezerv de la acumulator

6/8

Circuite

logice

DRSemnal

analogic

logic

0 logic fals

sczut

sau

sau

1 logic adevrat

ridicat

0V

0logic10V1logic

7/8

Circuit SAU

cu dou

intrri

8/8

Circuit si

cu trei

intrri

1 /13

Dipori DC n comutare

Propriettile de regim static (cum ar fi CSTV) ale diportului DC nu prezint interes n aplicaii.

Este util s studiem comportarea lor n domeniul timp n regim variabil

Dipori DC de extrem temporal

vD

tinde s fie pozitiv, dioda conduce, vC

(t) crete

vD

2 /13

vD (t) = vI

(t) vO

(t)

Detector de varf pozitiv

3 /13

Dipori DC de translatie

vO(t)=vI(t)-vC

(t)

Translatie spre valori negative

4 /13

Translatie spre valori pozitive

vO =

vI+vCVC > 0

5 /13

Aplicaii ale diporilor DC

Dublor de tensiune varianta

1

6 /13

Dublor de tensiune varianta

2

7 /13

V01

V

-

V02

D1D1N4448

Vi

PER = 1ms

V1 = +5VV2 = -5V

D2

D1N4448

V

+

C222n

0

V V

C1

22n

V

8 /13

C1

22n

0

C222n

V01

V

-

V

Vi

PER = 1ms

V1 = +5VV2 = -10V

V

V02D2

D1N4448

V

D1D1N4448

V

+

9 /13

Triplorul de tensiune - facultativ

10 /13

Redresoare cu filtru capacitiv

RC >> T

pentru IVv

11 /13

Exemplificare

VVI 10 = f=50Hz, =100LR 5.1

12 /13

Demodulator pentru modularea

n amplitudine

13 /13

Restabilirea componentei continue - facultativ

Ca i aplicaie considerm un semnal dreptunghiular care a fost transmis pe o linie cu cuplare capacitiv. Datorit cuplrii capacitive semnalul i-a pierdut componenta continu iniial. Dup trecerea prin circuitul de translaie spre valori pozitive nivelul de curent continuu al semnalului este restabilit.

1 /14

Circuite cu diode n conducie permanent

Curentul prin diod i tensiunea pe diod sunt legate prin ecuaia de funcionare a diodei

o cdere de tensiune pe diod determin valoarea curentului prin ea

o valoare a curentului prin diod determin cderea de tensiune pe ea

2 /14

Caracteristica diodei

Caracteristica

curent-tensiune, pentru o diod semiconductoare cu Si.

3 /14

)1( = TD

nVv

SD eIiIS

-

curentul de saturaie

qKTVT = tensiunea

termica

mV25=TV la temp ambianta (aprox

20O

C)

n=2 pentru diode discrete n=1 pentru diode din CI

SD Ii >>

T

D

nVv

SD eIi

Polarizare

direct

Ecuatia

este

valabila

in regiunea

de polarizare

directa, vD

> 0.

4 /14

T

D

nVv

SD eIi IS , VT -

depind

direct de temperaturala curent constant, la o cretere a temperaturii cu

10C , tensiunea pe diod

scade cu 2mV

C2mV/=CT

cstIDD DTTCTTvTv += )()()( 1212

Dependena de temperatur

5 /14

ID =?

VD =?

Ecuaie

transcendent

Dou

metode

aproximative

de rezolvare:

1.

Metoda

grafic

2.

Metoda

analitic

(aproximri

succesive)

Analiza circuitelor cu diode

T

DnVV

SD eII =DDI VRIV +=

T

DnVV

SDI eRIVV =

6 /14

Metoda grafic

T

DnVV

SD eII =

DDI VRIV +=Ecuatia

dreptei

de sarcina:

Ecuatia

diodei:

7 /14

Metoda

graficEfectul

rezistentei

asupra

PSF (punct

static de functionare)

8 /14

1.

Se consider

o valoare iniial a tensiunii pe diod, de ex.

VD(0)

=0,7V

i

se determin

curentul

prin

diod

ID(0)

folosind

ecuaia

dreptei

de sarcin.

(VD(0), ID(0))

soluia

initiala

2.

Cu valoarea

ID(0)

se calculeaz

tensiunea

pe

diod

din ecuaia

diodei

VD(1), apoi

curentul

ID(1)

din ecuaia

dreptei

de sarcin.

(VD(1)

, ID(1))

soluia

dupa

prima iteraie

Astfel

am parcurs

o iteraie. Dac

este

necesar

o precizie mai bun se mai efectueaz alte interaii.

Metoda

analitic

In analiza manuala, rapida se utilizeaza

in general solutia initiala !

9 /14

VVD 7,0)0( =

V635,0nA14mA6,4ln025,02ln

)0()1( ===

S

DTD I

InVV

mA73,45,0635,03)1()1( ===

RVVI DID

Se considera

VI

=3V, R=0,5K, iar

D este 1N400x cu IS

=14nA i n=2.

RVVI DID

=S

DTD I

InVV ln=

6,45,0

7,03)0( ==DI mA

Metoda

analitic

- Exemplu

V637,0nA14mA73,4ln025,02ln

)1()2( ===

S

DTD I

IVnV

mA726,45,0637,03)2()2( ===

RVVI DID

10 /14

Parametrii statici se definesc in regim static (c.c.)

Parametrii difereniali se definesc in regim variabil(parametrii de semnal mic)

Parametrii diodei

Parametrii

se definesc

in punctul

static de functionare

(PSF)

11 /14

Parametrii statici

rezistena static

a diodei

D

D

DD V

Ir

g == 1

Exemplu:

Q1

(0,7V; 16,8mA)

Q2

(0,65V; 2,3mA)

== 428,16

7,01Dr

== 2833,2

65,02Dr

gD1

=24mS

gD2

=3,5mS

conductana static

a diodei

Cu cresterea curentului, dioda este in conductie mai

puternica, asadar rezistenta statica este mai redusa.

D

DD I

Vr =Q

12 /14

Aproximarea

de semnal

mic: regiune

liniar

in jurul

lui

Q

Parametrii difereniali

(de semnal

mic)

vD

(t)=

VD

+vd

(t)iD

(t)=ID

+id

(t)

Un semnal

variabil

mic

este

suprapus

peste

marimile

de cc

Qd

dd i

vr =

D

Td I

nVr =

Rezistenta diferentiala:

QD

Dd i

vr =

OPTIONAL

13 /14

Interpretarea rD

i rd

Modelarea

diodei

in PSF

semnal

mic

(variatii)curent

continuu

OPTIONAL

14 /14

Exemplificare

a)

Care este

circuitul

echivalent

in curent

continuu?

b)

Considerand

Q(0,64V; 4,7mA), ce

valoare

are rezistenta

statica?

c)

Ce

valoare

are rezistenta

de semnal

mic

in Q?

d)

Care este

circuitul

echivalent

pentru

variatii?

e)

Cum arata

cronogramele

vD

(t), si

iD

(t)?

vi

OPTIONAL

1 /8

Dioda

Zener

Z

Z

Z

Z

Z

Ii

Vv

F

=

Z

zZ r

rF =

Factorul relativ de stabilizare al DZ

2 /8

Pentru

trei

diode de 0,4 W la acelai

curent

nominal IZ = 5 mA avem

:

1) DZ 3V6 VZ = 3,6V; rzmax = 95; rZ = 0,72 K2) DZ 5V1 VZ = 5,1V; rzmax = 60; rZ = 1,02 K3) DZ 10 VZ = 10V; rzmax = 15; rZ = 2 K

132,072095

1 ==ZF

059,01020

602 ==ZF

0075,0200015

3 ==ZF

Exemplu

3 /8

Z

dZ V

PI maxmax =

Domeniul

de stabilizare

al DZ

4 /8

Diodele Zener au un coeficient de temperatur CT care depindeatt de tensiune ct i de curentul la care lucreaz. Diodele cu efect Zener (25V) au un coeficient de temperaturnegativ (la creterea temperaturii scade VZ,). Diodele cu multiplicare n avalan au coeficient de temperaturpozitiv.

n particular diodele Zener cu VZ = 5,1V, au CT~0mV/C la curent mic. Pe de alt parte pentru DZ de 6,8V, au CT ~ 2mV/C.

Dependena

de temperatur

Echivalentul

unei

diode Zener de 7,5V cu coeficientul

de temperatur

foarte

sczut.

5 /8

Stabilizator parametric de tensiune studiem la CEF

Referinta de tensiune

Limitatoare duble de tensiune

Ajustarea nivelului de curent continuu al unuisemnal variabil

Aplicaii

ale DZ

6 /8

Io

7 /8

Limitatoare

duble

de tensiune

8 /8

Ajustarea

componentei

continue a unui

semnal

variabil

1 / 5

Amplificatoare

operationale

(AO)

CI ce conin un numr relativ mare de tranzistoare icomponente pasive (n general rezistoare) pe aceeaipastil de siliciu (popularul 741 conine 24 T, 12 R, 1C);

Sunt mpachetate n diverse capsule de plastic sau metal ce prezint mai multe terminale (8,14 sau 16);

Foarte populare datorita versatiliatii lor; AO are caracteristici la terminale care il fac sa se

comporte ca un amplificator (aproape) ideal;

Optimizate pentru vitez / precizie / zgomot redus / consum redus / amplificare mare / excursia maxim a ieiri (linie la linie) / stabilitate termic / tensiuni reduse de alimentare, etc;

Studiul din p.d.v. al caracteristicilor la terminale si al principalelor aplicatii

2 / 5

Terminalele

AO

Conectarea

in circuit

n multe circuite nu se deseneaz terminalele de alimentare ale AO ci doar intrrile i ieirea, considerndu-se implicit c exist o alimentare corect.

Observatie:

3 / 5

Funcionarea AO_vvvD = +

DO avv =Modelul

pentru

variatii

tensiunea

de intrare

dac nici una dintre intrri nu este legat la mas nu avem un terminal comun ntre intrare i ieire

rezistenta

de intrare

rezistenta

de iesire

sursa de tensiune comandata in tensiune(STCT) - pseudosursa

Dv

4 / 5

AO ideal

Rezisten de intrare ri=. Aceasta are ca efect faptul c AO nu absoarbe curent pe intrri: i+=i-=0

Rezistena de ieire ro=0. Aceasta nseamn c tensiunea de ieire este independent de curentul furnizat n sarcin.

Banda de frecven infinit B=, adic amplificarea a este constant n tot domeniul de frecvene, inclusiv n cc.

Amplificarea infinit: a=

5 / 5

?

Care este valoarea tensiunii de iesire, avnd n vedere ecuaia de funcionare a AO, care devine: vO

=avD

=vD

?

Utilizarea ca si comparator, n comutare. vD

>0; vO +, vO

va fi limitat vO

=VOH

+VAl

vD

1 / 11

AO

comparatorAO este

utilizat

in comutare

=> comparatoare cu AO

Comparator

de tensiune:

circuit care semnalizeaz prin dou valori diferite ale tensiunii de ieire starea relativ a dou tensiuni aplicate la intrare

9 compararea tensiunilor: prin semnul diferentei dintre ele9 in functie de semn, comparatorul raspunde cu una sau altadintre cele doua valorile disponibile la iesire

9 pentru comparator putem considera o singur intrare i anume diferena ntre v+ i v-, adic vD

vD >0, adic v+>v- , vO =vOHvD

2 / 11

Potrivit

pentru

AO linie-la-linie

Modelare

AO in comutare

CSTV ?

3 / 11

Comparatoare

simple

Comparatoare simple, fara reactie, cu o singuratensiune de prag;

Comparatoare cu histerezis (cu reactie pozitiva), cu douatensiuni de prag;

Tensiunea

de prag VP

:

acea valoare particular a tensiunii de intrare

vI

pentru care are loc comutarea tensiunii

de iesire, (pentru care vD

=0).

Determinarea

tensiunii

de prag:

se determina

expresia

vD se pune

conditia

vD

=0

si

se inlocuieste

vI

cu VP se determina

VP

4 / 11

neinversor

Comparatoare cu VP

= 0

0;0

0;

===

===+

+

PD

ID

I

D

Vv

vv

vvv

vvv

5 / 11

inversor

Comparatoare cu VP

= 0

Cum arata

tensiunea

de iesire

daca

tensiunea

de intrare

este

o tensiune

sinusoidala

cu amplitudine

de

3V si

alimentarea

este ?V12= AlV

6 / 11

Comparatoare cu VP

0

AlREF VRRRV

21

1

+=

i+

7 / 11

Exemplificare

Reproiectare:

9 inversor9 Vp= +6V

? CSTV

? vO

(t)

8 /11

AO speciale

pentru

comparatoare

amplificatoarele operaionale uzuale comparatoare clas special de AO destinate utilizrii ca i

comparatoare, cum ar fi: LM 306, LM 311 ,LM 399, LM 393, LM 339 :

tensiuni difereniale de intrare mari rspuns foarte rapid (vitez foarte mare de cretere

a tensiunii de ieire)

uzual comparatoarele au ieirea de tip colector ngol (necesita conectarea la ieire a unei rezisteneexterne R ctre un potenial pozitiv)pot prezenta terminal de mas, care nu se

ntlnete la AO uzuale

9 /11

Aplicaii

ale comparatoarelor

simple

Circuite logice Interfaare ntre circuite analogice i circuite

logice Formarea de semnal dreptunghiular din semnalul

sinusoidal (sau triunghiular) Indicator optic de nivel Modularea n durat a impulsurilor Circuitele de semnalizare i comand, convertoare

analog-digitale, circuite de modulare a impulsurilor n lime, etc.

10 /11

Indicator optic de nivel

11 /11

Interfaare

ntre

circuite

analogice

i

circuite

logice

Circuit logic

1/8

Comparatoare

cu histerezis

Comparatoarele

simple, fr

reacie

au dou

dezavantaje:

Pentru un semnal de intrare cu variaie lent comutareaieirii dintr-o valoare n alta poate fi lent.

Dac semnalul de intrareconine zgomot la ieire vomavea comutri multiple nedorite, cnd semnalul de intrare trece prin valoarea de prag.

Nu mai

sunt

comutari

nedoriteCum implementam

aceasta

CSTV

?

2/8

Solutie:

Doua praguri de comparare VPH si VPL Doua valori distincte ale vO: VOH si VOL comutarea are loc la VPH numai daca vO=VOH comutarea are loc la VPL numai daca vO=VOL

Valorile

tensiunilor

de prag

sa

depinda

de valoarea

tensiunii de iesire

Tensiunea

de iesire

adusa

la intrare: reactie

pozitiva

(sa

intareasca

efectul):

aducerea unei fraciuni din tensiunea de ieire la intrareaneinversoare a AO prin intermediul unui divizor rezistiv

3 / 8

Comparator inversor cu histerezis

I

O

vv

vRR

Rv

=+=

+

_21

1

IOD vvRRR

v += 211

OHPH VRRRV

21

1

+=

OLPL VRRRV

21

1

+=

POD VvRRRv =+= 21

10

CSTV ?

Iv

Ov

4 / 8

( )OLOHPLPHP VVRRRVVV +== 21

1

sensul de parcurgere al histerezisului la un anumit moment este activ doar un singur prag comparatoarele cu histerezis sunt circuite bistabile semnalul de intrare declaneaz aciunea de comutare a ieirii, procesul de comutare fiind continuat de reacia pozitiv:consideram

vO

=VOL

, vI

>VPL

vI ; cand

vI trece

prin

VPL:vI , vD

, vO ,

v+, vD

,

vO

RP

procesul

va

continua de la sine datorit

RP pn

cnd

ieirea

ajunge n

cealalta

stare, VOH

comutare

rapid

circuite basculante bistabile (CBB) sau trigger Schmitt

5 / 8

CSTV ?

Exemplificare

6 / 8

REFO VRRRv

RRRv

21

2

21

1

+++=+

IREFOD vVRRRv

RRRvvv +++==

+21

2

21

1

REFOHPH VRRRV

RRRV

21

2

21

1

+++=

REFOLPL VRRRV

RRRV

21

2

21

1

+++=

Circuit ?

Comparator inversor

cu praguri

nesimetrice

Comparator inversor

cu praguri

nesimetrice

7 / 8

Comparator neinversor cu histerezis

021

2

21

1 +++==+

IOD vRRRv

RRRvvv

021

2

21

1 =+++ PO VRRRv

RRR

OP vRRV

2

1=

OHPL VRRV

2

1=

OLPH VRRV

2

1=

8 / 8

REFIOD VvRRRv

RRRvvv +++==

+21

2

21

1

Exemplificare

1/11

AMPLIFICATOARE ELECTRONICEAmplificatorul electronic:

triport

activ ce furnizeaz la ieire un

semnal xo

(t) (tensiune sau curent) cu aceeai form de variaie

n timp ca

a semnalului de intrare xi

(t) i care este capabil s furnizeze o putere mai mare

dac lucreaz pe o sarcin adecvat..

)t(xA)t(x io =

Circuit liniar: x0 proportional cu xi

A0 neinversor

A - amplificare

2/11

Alimentarea amplificatoarelor cu surse de tensiune continu i/sau surse de curent continuu. mai frecvent cu surse de tensiune

Alimentare

unipolara

Alimentare

bipolara

(diferentiala

simetrica)

3/11

Circulaia i bilanul puterilor puterea medie a semnalului de ieire Pout este mai mare dect puterea medie a semnalului de intrare Pin.

Surplusul de putere la ieire este preluat din sursele de alimentare

Palim

+Pin

=Pout

+Pdisipat

Palim

Pout

+Pdisipat

=Pout

/Palim

un transformatorridictor de tensiunenu este amplificator

4/11

Tipuri de amplificatoare

5/11

CSTV amplificator in tensiune, alimentat diferential simetric

( )OHOLOv

OH

v

OLI

V;Vv

;A

V;

AV

v

regiunea activa (de amplificare):

VOL

=-VAl

VOH

=+VAl

AO linie la linie (barala bara, rail-to-rail):

( )AlAlO V;Vv +

AO uzuale

V)2V1

V2V1(

...V

;...Vv

Al

AlO

++

QI

Ov dv

dvA = amplificator ideal:

6/11

Observaie:

Semnalul de intrare suficient de mic pentru ca

amplificatorul s lucreze n regiunea liniar din jurul PSF: aproximare de semnal mic

Transferul semnalului de amplificat

7/11

Modele ale amplificatoarelor diport: se refer explicit doar la comportarea la porile de intrare iieire, alimentarea fiind considerat implicit valabile indiferent de complexitatea intern a amplificatoarelor pecare le modeleaz valabile n domeniul frecvenelor din banda de trecereSurse

comandate

liniare

(SCL)

dipori activi - un singur parametru finit i nenul: transferul direct semnalul de iesire este comandat de semnalul de intrare pseodosurse

Exemplu: STCT

vO

= av

vi

8/11

Modelarea amplificatorului in tensiuneRi

-

va

absoarbi

curent

de la sursa

de semnal,Ro -

diminuarea

tensiunii

de iesise

la lucrul

in sarcina

i

ov v

va =

s

ov v

vA =

voL

L

is

iv aRR

RRR

RA ++=

Conectarea amplificatorului cu o sursa reala de semnal si cu sarcina

Amplificator ideal ?

9/11

Av

este cu att mai apropiat de amplificarea la mers n gol av

cu ct se reduc pierderile de tensiune la intrare (pe Rs

) i la ieire (pe Ro

)

Ri>>Rs - toat tensiunea sursei sa ajung la intrarea amplificatorului Ro

10/11

Determinarea parametrilor amplificatoarelor

amplificarea (factorul de transfer direct) rezistenta de intrare rezistenta de iesire

Amplificarea analiza circuitului folosind teoreme i relaii de circuite electrice (Kirchhoff, Ohm, etc.) i ecuaii ce descriu funcionarea dispozitivelor active. se determin mrimea de ieire n funcie de cea de intrare i prin raportul lor se deduce amplificarea

Rezistenta

de intrare

i

ii i

vR =

11/11

Rezistena de ieire Se pasivizeaza sursa de semnal de intrare Se aplica la iesire o sursa de test

test

testo i

vR =

sco

goloo i

vR

,

,=

1.

2.gol scurtcircuit

1/16

AO

amplificator

Utilizarea ca amplificator vO(VOL ; VOH) este necesar ca vD=0. Apare o nedeterminare:

vO=avD=0 vD poate fi inut la 0 prin conectarea unor impedante n

exteriorul AO ntr-o configuraie cu reacie negativ. Aceste impedante mpreun cu AO menin vD la zero i stabilesc valoarea tensiunii de ieire amplificatoare cu AO

vO

=avD

=vD

2/16

AO cu reactie

negativa

-

amplificator

Ce

posibilitati

avem

pentru

conectarea

intrarilor

?

RN, mentine

automat

vD

la zero

= DODD vvvvv ,,,0

3/16

CSTV ?

Amplificator neinversor

OvRRRv

21

1

+=

021

1 =+==+

OID vRRRvvvv

OI vRRRv

21

1

+= 121

RR

vvA

I

Ov +==

4/16

i

i

Alta metoda

de a determina

amplificarea

amplificarea este dat doar de raportul a dou rezistene valoare precis a amplificrii amplificarea este independent de AO, nefiind

influenat de dispersia tehnologic a valorilor parametrilor AO.

consecin direct a folosirii RN n cazul unui amplificator cu amplificare proprie foarte mare ( a in cazul AO)

0=DvIvv =+ Ivv =

acelai curent prin R1

i R2

1

21RR

vv

AI

Ov +==

5/16

Rezistentele

de intrare

si

de iesire

se determina

pe

modelul

echivalent

vI

vede ntrerupere, deci

Ri

=

0===gol

sc

gol O

O

Oo

v

i

vR

6/16

Exemplificare

Modelul

echivalent

al amplif.

vO

(t) pentru

vI

(t) triunghiulara

cu amplitudunea

1,5V axata

pe

zero

vO

(t) pentru

vI

(t) triunghiulara

cu

amplitudinea

2V

axata

pe

0,5V ?

CSTV

Av =?Av

=6

7/16

Reglarea

amplificarii

Ce

se obtine

pentru

valori

extreme (0 sau

) ale rezistentelor

pentru

amplificatorul

inversor

?

1

21R

PRAmaxv

++=PR

RAminv ++= 1

21

1

21max R

RAv +=

0min=vA

stanga extrema la cursorul

0 daca? 1 == RvO

8/16

Repetor

de tensiune

RN total nu exist amplificare n tensiune amplificare infinit n curent etaj tampon pentru a conecta o surs (sau ieirea unui

circuit electronic) cu rezistena de ieire mare (poate debita curent redus) cu o rezistent de sarcin sczut (care solicit curent mare).

IO vv =

9/16

Amplificator inversor

Circuit ? CSTV ?

Amplificare

?

0=+v OI vRRRv

RRRv

21

1

21

2

+++=

0021

1

21

2 =++==+

OID vRRRv

RRRvvv

1

2

RR

vvAI

Ov ==

10/16

Alternativ

pentru nelegerea funcionrii

amplificatorului

inversor

+ = vv0=+v0=v

22

0R

vi O

=21 ii =

11

0R

vi I =21 R

vRv OI =

1

2

RR

vv

AI

Ov ==

masa virtuala

11/16

Rezistenele de intrare i ieire

n comparaie cu amplificatorul neinversor la careRi pentru amplificatorul inversor avem o rezisten mai mic de intrare.

Uzual aceasta este de ordinul K, zeci de K. Dac ntr-o aplicaie se solicit o rezisten mare de

intrare vom folosi conexiunea neinversoare.

?Ri =1RRi =?Ro =0=oR

12/16

Exemplificare R1

=10K, R2

=100K, alimentare

12V9 Ri, Ro, Av9Modelul echivalent9 Domeniul vi, a.i. AO amplificator

k101 == RRi 0=oR10

10100

1

2 ===RRAv

Domeniul

vI

: )V2,1;V2,1( +

13/16

Exemplu

de proiectare

Proiectai un amplificator inversor cu

Ri

>8k

si amplificarea |Av|

reglabil n domeniul

[10,18]

101

2min

==RRAv

181

2max

=+=R

PRAv

12 10RR = 12 18RPR =+Din condiia pentru

Ri

: k81 = RRi k101 =RAlegemk10010102 ==R k801001018 ==P

Deoarece nu exist poteniometru de 80K, alegem 100K i refacem calculele. Pstrnd

R2

=100K, rezult:

k1,1118

100100182

1 =+=+= PRR R2

=100k P=100k

Verificare: Acceptabil

?1.9

min=vA 18max =vA

14/16

Exemplu

de proiectare

(cont.)

101

2min

==RRAv

181

2max

=+=R

PRAv

12 18RPR =+k100=P

12 10RR =

12 10 RR =12 18k100 RR =+

k5.121 =Rk1252 =R

Verificare: 10min =vA 18max =vA

15/16

Repetor

de tensiune inversor

1==I

Ov v

vA

RRi =

16/16

Amplificare

si

rezistenta

mare de intrare

1RRi =1

2

RRAv =

1020101

10101

1010 =

++=

,Av

+=

31

2221

1

21

RRRR

RR

vvA

I

Ov

1010vA

Acelasi

curent

prin

R1 si

R21

Aceasi

tensiune

pe

R3 si

R21

++==

31

2221

1

2221

RRRR

RRR

vvA

I

Ov

OPTIONAL

1 / 7

Sumatorul inversor

RRR 221 ==Ce

relatie

trebuie

sa

existe

intre

rezistente

pentru

a obtine

media aritmetic a tensiunilor de intrare

?

Expresia

tensiunii de iesire

?

+= 2

21

1IIO vR

RvRRv

2 / 7

Problemaa) Expresia

vO (vi1

, vi2

) considerand

ca AO lucreaza

in regiunea

liniara? Ce

aplicatie

realizeaza

circuitul?

b) Considerand

vi1

=2V, cum arata

CSTV vO (vi2

) a circuitului

pentru

vi2

[-5V; 5V]? In aceasta

situatie

pentru

ce

interval de valori

ale vi2

avem

functionare

in regiunea

activa?

c) Pentru valorile rezistentelor din figura, cum arata vO (t) pentru tensiunile din figura alaturata?

d) Dimensionati R1

, R2

, R3

, R4

a.i. circuitul sa realizeze functia de sumator inversor vO = -(vi1

+ vi2

). Cum trebuie modificat circuitul pentru a obtine functia de sumator neinversor, vO = vi1

+ vi2

?

3 / 7

Sumatorul neinversor

+++

+= 2

21

11

21

2

3

41 IIO vRRRv

RRR

RRv?=Ov

21 IIO vvv +=Relatia

intre

rezistoare

pentru

4321 RRRR ===4321 si RRRR ==

Uzual:

4 / 7

Amplificatorul diferential

11

2

43

41 1 IO vR

RRR

Rv

++= 21

22 IO vR

Rv =

21

21

1

2

43

421 1 IIOOO vR

RvRR

RRRvvv

++=+=

Aplicam

suprapunerea

efectelor

5 / 7

1

2

1

2

43

4 1RR

RR

RRR =

++

4

3

2

1

RR

RR = ( )21

1

2IIO vvR

Rv =

pentru

vI1

=vI2

se obine

vO =0

circuitul

amplific

doar

diferena

tensiunilor

irejecteaz

semnalele

de mod comun.

in cazurile

practice se pune

R1

=R3 i

R2

=R4

21

21

1

2

43

4 1 IIO vRRv

RR

RRRv

++=

Cum amplificam

vI1

-vI2 ?

6 / 7

ExemplificareDe la un senzor

se primeste

un semnal

variabil

vi cu componenta

continua VI =5V.

Dorim

sa

amplificam

doar partea

variabila

a semnalului

(cea

care contine

informatie), de 10 ori. Ce

solutie

se poate

utiliza

? REFIO VRRtv

RR

RRRtv

1

2

1

2

43

4 )(1)(

++=

( )( ) IiIO VRRtvV

RR

RRRtv

1

2

1

2

43

4 1)( +

++=

011

2

1

2

43

4 =

++ R

RRR

RRR 101

1

2

43

4 =

++ R

RRR

R

4

3

2

1

RR

RR =

101

4

3

2

1 ==RR

RR k5,231 == RR

k2542 == RR)(10)( tvtv io =

7 / 7

Amplificator de instrumentatie standard rezisten mare de intrare rejecie ct mai bun a semnalului de mod comun

AO1 i AO2:rezistena

de intrare

mare

asigur

amplificarea,

AO3:amplificarea

unitar

trecerea

de la dou

tensiuni

vO1

i

vO2

la o singur

tensiune

vO

. rejecie

suplimentar

a

tensiunii

de mod comun

( )211

221 IIO vvRR

v

+=

Optional

1 / 9

Dispozitive semiconductoareactive (cu trei terminale)

Principiul de funcionare: utilzarea unei tensiuni ntre doudin terminale (de comand) pentru a controla intensitateacurentului prin al treilea terminal (de execuie).

Tranzistoarele: surse de curent comandate n tensiune

TRANZISTOARE

2 / 9

Categorii

de tranzistoare

3 /9

Tip pTECMOS cu canal pTB pnp

Tranzistorul

surs

de curent

comandat Modelul

in cc

sursa

ideala

de curent

comandata

in tensiune

Tip nTECMOS cu canal nTB npn

Surse

comandate

neliniare:

exponentiala

TB

patratica

-

TMOS

Principiul si regiuni de functionare

Tensiune

de prag

4 /9

De ce

este

necesara

R ?

Marimi

de iesire: IO

, VO CST: IO

(VCT), VO

(VCT

)

Utilizarea

in circuit a tranzitorului

Tn

alimentare

serie

cu sursa

de tensiune

alimentare

paralel

cu sursa

de curent

5 /9

Caracteristici

de transfer VCT

VPn, Tn

conduce, IO=IT

>0

VAl=RIO+VO

; VO

= VAl

- RIO

VCT , IO , VO VO,min

=0RVI AlOex =

6 /9

Dou

regiuni extreme,

regiuni pasive:-

blocare (b)

IT=0; VO

>0; comutator ideal blocat-

conducie extrem (cex)

IT

=IOex

; VO

=0; comutator ideal n conducie.Dac

VCT

VCTex

tranzistorul

-

regim de comutare

O regiune

intermediar,

regiunea

activ

direct

aF

VCT

(Vpn

; VCTex

), - tranzistorul - regim de amplificare

7 /9

Utilizarea

Tp

. Circuit. CST

-

blocare (b)

- conducie extrem (cex)

- regiunea

activa

(aF

)

PPCT VV >CTexCT VV vDssat

, T este

n

(aF

).

vGD

=vGS

-vDS

=1,5-6,5= -4V < VP

17 / 18

iD

=2(4-1)2 =18mAvDS

=20-318= -34V

3. vGS

=4V>VP

, deci T (cex) sau (aF

)

presupunerea

T -

(aF

)

este

falsT

este

n

(cex)

Alt

modalitate: compararea

valorii

iD

in (aF

) cu iDex

67,6320, ===

RV

RvV

i AlexDSAlDex mA

iD

=18mA > iDex

=6,67mA

T -

(cex)

18 / 18

b) valoarea

minim

vGSmin

pentru

care T este

n

(cex) corespunde plasrii

lui

T

pe

curba

vDSsat

vDSsat

=VAl -RiDvDSsat

=vGSmin

-VPVAl -RiD

=vGsmin

VPiD

=(vGSmin

-VP

)2

R (vGSmin

VP

)2+ (vGSmin

-VP

) -VAl = 0

din soluia

vGSmin

VP >0

VGSmin =2,744V

1/13

In cazul tranzistoarelor n comutare, apar dou stri extreme:

(b) (cex)curentul

de iesire

(iD

) zerostabilit

(aproape) n

totalitate

de circuitul extern tranzistorului

tensiunea

de ieire

(vDS

)

stabilita

de circuitul extern tranzistorului (alimentare)

foarte

apropiata

de zero

(ideal zero)

regiunea specifica

de

functionare

TECMOS: blocat

TECMOS: regiunea

liniara

TECMOS IN

COMUTARE

2/13

Modelul intrerupator comandat

vCT >VCTex,n ; T- (cex) ; iO >0 ; vO 0vCT VPp ; T- (b) ; iOT =0

vCT 0 ; vO 0Intrerupatoarele

comandate

sunt

complementare

Tn

VCTex,n

Tp

VCTex,p

3/13

Comutatoare

analogiceCA este

un circuit care permite

sau

blocheaz

trecerea

semnalului

de intrare

ctre

ieire

n

funcie

de un semnal

de comand.

vCo -

dou

nivele:VCoL VCTex,n

vCo =VCoL ; Tn -(b) ; vO =0 blocheaza

trecerea

vIvCo =VCoH ; Tn - (cex) ; vO = vI permite

trecerea

vI

4/13

CA cu dou

ntreruptoare comandate

complementare

vCo =VCoL ; CA-(b) ;

vCo =VCoH ; CA- (c) ;

vCo =VCoH

5/13

C=0; CA-blocat; vO

=0C=1; CA-conduce; vO=vI

CA implementare

CMOS VCoH

=VDD

; VCoL

=VSSvI

(VSS

; VDD

)

CI 4066 -

4 pori de

transfer;

alimentat

la10V, ron

=150

DG400 de la Siliconicsron

=20

6/13

Aplicatie: MUX cu trei

canale

7/13

Circuite

logice

cu tranzistoare MOS

Modelul ntreruptor comandat ideal

Implementare cu tranzistoareMOS complementare

circuite

logice

CMOS

8/13

Inversorul

logic

Cu Tn si

R

Cu Tp si

R

0 logic -

0V

1 logic -

VAl

9/13

Analiza

critica

a inversorului

cu intrerupator comandat

si

R

Diminuarea

dezavantajului

R ct mai

mic, ideal R0;

Solutie: nlocuirea

R cu ntrerupator

comandat

Tn (b)

Tn (c)

R ct

mai

mare, ideal

R

10/13

Dou

solutii:ntreruptoare

comand

complementare

complementar

Specifica

TMOS Specifica

TB

11/13

Inversorul

CMOS

VGSn =vI ;

vGSp =vI -VDD

12/13

CSTV a inversorului

CMOS

Ideala

din punct de vedere

al

intrariiReala

Optional

13/13

Margini

de zgomot

maxmax

minmin

OLILL

IHOHH

VVNMVVNM

==

Nivelele

tensiunii

i marginile

de zgomot

pentru

familia

logic CMOS alimentata

la

+5V

V1V50V51 == ,,NM LV1V53V54 == ,,NM H

1 / 14

Simbolurile Structura simplificataCaracteristici de intrare, transfer, iesire Principiul de functionareRegiunile de funcionareCurentii prin TB Saturatia TB

pentru TB

npn

i pnp

Tranzistoare bipolare (TB)

2 / 14

Simboluri

SimboluriSimboluri

uzualeuzuale

CeCe

vedevede

un un ohmmetruohmmetru

la la

terminaleleterminalele

TBTB

npn pnp

Exist interaciune ntre cele dou diode

3 / 14

Terminalele TB se numesc:B baz (corespondent G la TECMOS)C

colector (corespondent D)

E

emitor (corespondent S)

Sgeata indic sensul pozitiv

al curentului prin tranzistor de la C la

E

(npn) i de la E la

C

(pnp).

npn pnp

4 / 14

Structura simplificata,

tranzistor

npn

Efectul

de tranzistor:Trecerea

curentului

printr-o

regiune

polarizat

invers

(baz-

colector) datorit

interaciunii

ei

cu o jonciune

polarizat

direct (baz-emitor) situat

n

imediata

ei

vecintate.

regiunea

bazei

foarte

ngust; considerabil

mai

ngust

dect lungimea

de difuzie

a purttorilor

minoritari

n

baz;

regiunea

de emitor mai

puternic

dopat

dect

regiunea bazei;

regiunile

de emitor i

colector

mai

late dect

lungimea

de difuzie

a purttorilor

minoritari

n

aceste

regiuni.

5 / 14

Caracteristici statice la

terminalele

T

BEVv

SB e

Ii = iC

=iB

Caracteristica de transferCaracteristica de intrare

T

BEVv

SC eIi =Valabila

in regiunea

activa

6 / 14

Caracteristici de ieire

Regiunea activ:

iC

=iB

Saturaie:iC

7 / 14

Regiunile de funcionare ale TB, npn

vBE

0,6Vrareori

folosit

Tranzistorul

s

nu fie polarizat

foarte

aproape

de originea

sistemului

de axe sau

de una

dintre

axe.

Moduri

de utilizare

in comutare

(b) (cex)

ca amplificator

(aF

), eventual (aR

)

8 / 14

Curenii prin TB

iE

=iC

+iB

n regiunea activ

(aF ), cu iC

=iB

)11(1 +=+= CCCE iiiiiE

=(+1)iB iB

Relaiile

nu

sunt

valabile

la saturaia

TB (cex) unde

iC

9 / 14

Limitarea

curentului

de comanda

prin

TB

deosebire TB TECMOS: jonciune n circuitul de comand se impune folosirea unei rezistene serie pentru stabilirea

(limitarea) curentului de baz, fie n baz, fie n emitor

10 / 14

Saturaia TB9valorile rezistoarelor i surselor de alimentare astfelnct tranzistorul s lucreze n regiunea dorit9 TB poate fi privit ca o surs de curent comandat princurent dup relaia iC=iB n regiunea activ (aF).

Cex

Bsatii =

11 / 14

ExemplificareA.n ce regiune se afl T

pt

RB

=50k cui)

vCo

=0,4V; ii)

vCo

=1,7V;iii)

vCo

=5V

B. Se dau vco

=2,7V

i (25200)Domeniul

RB

astfel

nct

Ti) (aF

); ii) (cex).

Rezolvare: i)

deoarece vCo

=0,4V < VP

=0,6V T-(b)

ii) vCo

>VP

T

fie n (aF

) fie n (cex). Vom considera vBE

=0,7V

n conducie i =100. Presupunem T n (aF

)

astfel ca iC

=iB

.

Vom compara iB

cu iCex

/. Dac iB

>iCex

/, T

- (cex), dac iB

12 / 14

952

2012 ,,R

vVi

C

CEsatAlCex === mA

02050

7071 ,,,R

vviB

BECoB === mA

0590100

95 ,,iCex == mA

Cum iB

=20A A, T

este

n

(aF

)59=< Cexi

V6,03,787,0

13 / 14

mA086,050

7,05 ===B

BECoB R

vviiii)

Cum iB

=86A>iCex

/=59A, rezult

c

T

este

n

(cex);

vBE

0,8V; vBC

=vBEsat

-vCEsat

0,8V-0,2V=0,6V=VP

Puteam rezolva problema presupunnd T

n (aF

)

iC

=iB

=8,6mA

vCE

=VAl

- RC

iC

=12-28,6=-5,2VEvident o valoare

imposibil

(vCE

nu poate

fi

dect

pozitiv) deci

presupunerea

fcut

este

fals. Aadar

T

este

n

(cex)

14 / 14

B.

i) Pentru T n (aF

) trebuie s ne asigurm c iB

K8,679,5

7,07,2200maxCex

BECoB i

vvR ii) Pentru saturaie trebuie ndeplinit condiia:

min

CexB

ii >min

Cex

B

BEsatCo iR

vv>

==< K249,5

8,07,275minCex

BEsatCoB i

vvR

1 / 8

In cazul tranzistoarelor n comutare, apar dou stri extreme:

(b) (cex) (sat)

curentul

de iesire (iC

) zerostabilit

(aproape) n

totalitate

de circuitul extern tranzistorului

tensiunea

de ieire

(vCE

)

stabilita

de circuitul extern tranzistorului (alimentare)

foarte

apropiata

de zero

(VCE,sat

0,2V)

regiunea specifica

de

functionare

TB: blocat

TB: saturatie

TB IN

COMUTARE

2 / 8

Modelul intrerupator comandat

vCT >VCTex,n ; T- (cex) ; iO >0 ; vO 0vCT

3 / 8

Inversorul

logic

SAU -

NU

Tehnologie RTL

Circuite

logice

bipolare 0 logic - 0V1 logic - VCC

4 / 8

Circuite

logice

bipolare

TTL (Tranzistor-Tranzistor

Logic)

Inversorul

logic

din motive tehnologice

n

circuitele

logice

integrate este

preferat

folosirea

doar

a tranzistoarelor npn.

se adopt

varianta

cu tranzistoare identice

comandate complementar

5 / 8

Poarta

TTL standard OPTIONAL

6 / 8

Nivelele

tensiunilor

i

marginile

de zgomot

pentru

familia

logic

TTL

7 / 8

Subfamilii

TTL cu performane mbuntite:

viteze

mai

mari, disipare

(consum) redusa

de putere

Tranzistor Schottky Dioda

Schottky: jonciune

metal semiconductor, n conductie

0,5V

vBE

=0,8V; vBC

=0,5V; vCE

=0,3V

tranzistorul

Schottky

nu intra n saturatie

creste

viteza

de comutare

OPTIONAL

8 / 8

Structura

simplificat

a porii

I-NU n tehnologie

Schottky

de mic

putere

OPTIONAL

PolarizareaPolarizarea

tranzistoarelor tranzistoarelor

in in curentcurent

continuucontinuu

2/19

tranzistorul lucreaz n regiunea activ (aF) in jurul PSF alimentare n curent continuu (surse de tensiune / curent)

Amplificatoare

fundamentale

cu un tranzistor: Conexiunile SC

i EC

Conexiunile GC

i BC Conexiunile DC

i CC

Conexiunea cu degenerare n emitor

Caracteristici

importante: amplificarea in tensiune (curent) rezistenta de intrare rezistenta de iesire banda de frecventa

3/19

Functionarea

amplificatorului

cu un tranzistor (SC sau

EC)

polarizarea polarizarea n n cccc::

PSF

aproximativ la mijlocul regiunii active

VAl

alimentare

in ccVI

stabilirea

PSF: (IO

,VO

)vi

tensiune

de amplificat (de intrare)

vo

tensiune

amplificata (de iesire)

Suprapunerea semnalului variabil peste regimul de curent continuu

4/19

Functionarea

amplificatorului

(SC, EC)

Cine determina

amplificarea

?

5/19

Caracteristica de transfer n tensiune vO

(vI

) a unui amplificator inversor

Semnal

mic:

functionarea amplificatorului

n regiunea liniar

ngust din jurul PSF

Excursia maxim a semnalului de intrare: adeseori determinat din considerente de liniaritate

6/19

Polarizarea n curent continuu

fixarea

PSF

Functionarea

tranzistorului

ca amplificator:

tranzistorul

polarizat ct mai aproape de mijlocul regiunii active

punctul instantaneu

(mobil)

de funcionare s fie inut n

regiunea activ

(liniara

in jurul

PSF)

semnalul de intrare s fie pstrat suficient de mic.

PSF:

stabil i predictibil independent de parametrii tranzistorului

7/19

Polarizarea TECMOS

AlGG

GGS VRR

RV21

2

+=2)( PGSD VVI =

DDAlDS IRVV =

Varianta

1

foarte simpl

/ curentul din PSF, ID depinde puternic de parametrii tranzistorului, si VP/ nu asigur stabilitatea punctului static de funcionare

8/19

Varianta

2

AlGG

GGG VRR

RV21

2

+=

DSGGGS IRVV =2)( PGSD VVI =

necunoscute: VGS i ID sistem de ecuaii de gradul 2 se alege dupa calcul valoarea convenabila a ID

DSDAlDS IRRVV )( +=

Polarizarea TECMOS

9/19

Varianta

2 -

continuare

DSGGGS IRVV =

VGS este determinat i de curentul de dren ID ID , RSID, VGS , ID circuitul se opune tendinei de modificare a ID. reacreacie negativie negativ

datorita

prezentei

RS

asigur stabilitateastabilitatea

PSFPSF

la variaia diverilor parametrii/ crete complexitatea relaiilor de calcul.

2)( PGSD VVI =

Polarizarea TECMOS

10/19

Exemplificare

1

RG1

=3M; RG2

=1M;RD

=3K; RS

=1K;

VAl

=20VVP =2V;

=0,5mA/V2.

? Care este PSFCare este PSF

?

SDGGGS RIVV =520

131

21

2 =+=+= AlGGG

GG VRRRV V

2)( PGSD VVI = ID2-8ID

+9=0; ID

in mA

V6,14)13(35,120)(

=+==+= SDDAlDS RRIVV ID1

=6,65mA i ID2

=1,35mA

ID1

nu convine; ar

rezulta

VGS

11/19

? ? Cum Cum dimensionamdimensionam

circuitulcircuitul

pentrupentru

PSF PSF cu Icu I

DD

=1mA =1mA ??

2)( PGSD VVI = V4

25,012 =+=+=

DPGS

IVV

VDSsat

=VGS

-Vp

=2V

T- regiunea activ VDS

(2V; 20V).PSF :

VDS

=7V

DSDAlDS IRRVV )( += K131720 ===+

D

DSAlSD I

VVRR

Exemplificare

2TMOS: VP

=2V;

=0,25mA/V2, VAl

=20V

12/19

TMOS: VP

=2V;

=0,25mA/V2, VAl

=20V

RD

i n funcie de amplificarea dorita. Neavnd

valoarea amplificrii putem

considera VVSS

==4V4V

pe RS :

K414 ===

D

SS I

VR

K9413 ==DRV844 =+=+= SGSGG VVV

== K200;K300 21 GG RR

Exemplificare

2 cont.

? ? Cum Cum dimensionamdimensionam

circuitulcircuitul

pentrupentru

PSF PSF cu Icu I

DD

=1mA =1mA ??

13/19

Polarizarea TECMOSVarianta

3

Uzual

in circuitele integrate:

polarizare cu sursesurse de curentde curent

ID

independent de parametrii tranzistorului amplificator

GGGSDAlDS VVIRVV +=GSDAlDS VIRVV +=Tensiunea

pe

sursa

de curent: VGG -VGS

14/19

Polarizarea TB,

varianta

uzuala

in circuite

discrete

Fa de analiza pentru TECMOS, la TB apare:-

curentul de baz IB

, diferit de zero-

prin colector i emitor

nu trece exact acelai curent

CBBCE IIIII 1)1( +=+=+=

EC II Se poate

aproxima

BC II =

CalculCalcul exactexact: se utilizeaza

IB

CalculCalcul aproximataproximat: se neglizeaza

IB

fata

de curentul

prin

divizorul din baza

(nu se considera

IB

=0)

15/19

CalculCalcul aproximataproximat

IB

mult mai mic dect curentul prin divizorul din baz

AlBB

BBB VRR

RV21

2

+=

E

BEBBEC R

VVII =

)( ECCAlEECCAlCE

RRIVRIRIVV

+=

RE

este deosebit de important n stabilirea

si

stabilizarea

PSF, prin

mecanismul de RNRN introdus

IC

; IE

; VRE

; VBE

; IC

16/19

CalculCalcul exactexact

Teorema

Thevenin: VBB

, RB

IC

=IE

+IB

IE

)1/( ++= BE

BEBBE RR

VVI

IE

insensibil la variaiile :

)1( +>> B

ERR

BE

RR 10>RB1

, RB2

valori

mici

cerute de

independena PSF de RB1

i RB2

valori

mari

cerute de

rezistena de intrare

IE

insensibil la variaiile temperaturii

(VBE

)

V1,0>>BBVo variaie VBE

de 0,1V poate fi neglijat fa de VBB

=35V

IE

=(+1)IB

)( ECCAlEECCAlCE

RRIVRIRIVV

+=

EEBEBBBB IRVIRV ++=

17/19

VAl

=15V; RB1

=10k; RB2

=4,7k;

RE

=1,5k; RC

=1,8k;

=150

Calcul

aproximat

Calcul

exact

IC = ?

VCE =?VC = ?

VE = ?

IC = 2,73mA

VCE = 6VVC = 10,1V

VE = 4,1V

IC = ? IC = 2,7mA

Exemplificare

3

18/19

ValorileValorile rezistentelorrezistentelor astfel

incat

T in aF

la IC

=2mA.

VAl

=12V, =100

Uzual

alegem:V412

31

31 === AlBB VV

=== K6,165,12

7,012)3/1(

E

BEBBE I

VVR

A20100

2 === C

BII

K6002,010

121021

==

19/19

EECCAlCE

BE

BEAlE

IRIRVV

RRVVI

=

++=

2

)1/(

Polarizarea TB, alimentare

diferentiala

IRVIRVV

II

BBECCAlCE

E

1+++=

=

IR

VV BBEAl 1+ Tensiunea

pe

sursa

de curent:

ModeleModele

de de semnalsemnal

micmic ale tranzistoarelorale tranzistoarelor

funcfuncionareaionarea la la semnalsemnal micmic ((variatiivariatii)) parametriiparametrii de de semnalsemnal micmic modelemodele de de semnalsemnal micmic

2/13

Modelul

de semnal

mic

necesar

pentru

a deduce vo in functie de vi

3/13

TranzistorulTranzistorul

pentrupentru

regimulregimul

de de semnalsemnal

micmic::

parametrii difereniali (sau parametrii de semnal mic) valorile parametrilor difereniali depind de PSF modelul de semnal mic al tranzistorului.

Modelul

tranzistorului

la frecvente

joase: rezistentarezistenta de de intrareintrare rezistentarezistenta de de iesireiesire sursasursa comandatacomandata care arata transferul intrare-iesire

La frecvente

inalte

modelul

se completeaza

cu capacitatilecapacitatile paraziteparazite dintre

terminale

FuncFuncionareaionarea

la la semnalsemnal

micmic

4/13

TECMOS la semnal

mic

Schema

completa

a amplificatorului

cu

1 TMOS (polarizare

+ semnal

variabil)

Schema echivalenta

pentru

semnal

mic:

-- pasivizareapasivizarea surselor

de tensiune

continua sau

curent

continuu

Conexiunea

SC

5/13

Parametrii

de semnal

mic Transconductana diferenial

cstvgs

dcstv

GS

Dm DSDS v

ivig == ==

QPGSQGS

PGSm Vvv

Vvg )(2)((2

==

DPGS

Dm IVV

Ig 22 ==

Dm ILWKg 2=tranzistoare integrate:

gsmd vgi = TECMOS: surs de curent comandat n tensiune (SCCT)

pentru semnal mic

( )2PGSD Vvi =

6/13

Rezistenta

diferentiala

de intrare grila este izolat electric de restul structurii: rezistenadiferenial de intrare este infinitinfinit ((intrerupereintrerupere))

Rezistenta

diferentiala

de iesire

cstvd

dscstv

D

DS

oo GSGS i

vi

vg

r == === 1

caracteristicile

de iesire

nu sunt

perfect orizontale, curentul

de dren

crete

uor

cu tensiunea

dren-surs

lavGS

= cst.

VA

tensiunea

Early

+=

A

DSPGSD V

vVVi 1)( 2D

Ao I

Vr =

7/13

TMOS: TMOS: regimregim

static static regimregim

variabilvariabil

2)( PGSD VVI =

gsmd vgi =

D

Ao I

Vr =

gsPGSd vVVi )(2 =

D

DSO I

VR =

( )D

PGS

D

PGSm

IVv

IVVg

222

====

8/13

Modelul

de semnal

mic

al TECMOS

la frecvente

joase

:

( )D

PGS

D

PGSm

IVv

IVVg

222

====

D

Ao I

Vr = la frecvente

inalte:

apar

capacittilecapacittile paraziteparazite interne

ntre

terminale; tipic

de ordinul

pF

sau

fractiuni

de pF

9/13

Parametrii

de semnal

mic

ai

TB Transconductana diferentiala

cstvbe

ccstv

BE

Cm CECE v

ivig == ==

TBE VvSC eIi

/=

qKTVT =

CVTo20 @ mV25

mg.temp

Amplificarea

n

curent

cstvb

ccstv

B

CCECE i

iii

== ==

Dei pot exista diferene ntre amplificarea n curent continuu i amplificarea diferenial

in curent, vom folosi aceeai notaie i aceeai valoare (orientativ =100).

C20@40 oCT

Cm IV

Ig =

10/13

Parametrii

de semnal

mic

ai

TB -

continuare

Rezistena de ieire

cstvc

cecstv

C

CEo BEBE i

vi

vr = ==

+=

A

CEVv

SC VveIi T

BE

1

C

Ao I

Vr =

Rezistena

de intrare

cstvb

becstv

B

BEbe CECE i

vi

vr == ==

mbe g

r =

11/13

Modele

de semnal

mic

ale TB

la la joasajoasa frecventafrecventa

Cm Ig 40=

mbe g

r =

modelele

hibridhibrid

simplificatsimplificat

C

Ao I

Vr =

12/13

Modele

de semnal

mic

ale TB

la la inaltainalta frecventafrecventa

modelul

hibridhibrid

apar capacitatilecapacitatile paraziteparazite intre terminalele tranzistorului efectul acestor capacitati: reducerea amplificarii la frecvente inalte

se poate folosi si modelul cu sursa de curentcomandata in curent

13/13

Exemplul

numeric pentru

TECMOS

TECMOS : K=100A/V2

, W/L=1, VA

=100V ; polarizat

la ID

=100A. Care sunt

valorile

parametrilor

de semnal

mic

i joas

frecven?

mS14.0100110022 === Dm ILWKg

M11,0

100 ===D

Ao I

Vr

Exemplul

numeric pentru

TB

TB

polarizat

n

PSF la IC

=100A, VA

=100V, =100.Care sunt

valorile

parametrilor

de semnal

mic

i joas

frecven?

gm

=40IC

=400,1=4mSM1

1,0100 ===

C

Ao I

VrK25

4100 ===

mbe g

r

00_intro_roDISPOZITIVE ELECTRONICEObiectivul cursuluiDescriere cursDescriere cursContinutContinutContinutDesfasurare activitate cursSlide Number 9NotareSlide Number 11

01_fundamenteFundamenteScopul capitolului:ConinutSemnale electriceSurse. NotaiiRelatii si teoreme de circuite electriceSlide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Condensatorul si bobinaSlide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20

02_diode_roDioda semiconductoareIntroducere Dioda ideal Dioda idealRegimuri de functionare

03_diportiDR_roDipori DR n comutareSlide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Alte modaliti de conectareSlide Number 6Modelul diodei cu cdere de tensiune constant in conductieEfectul cderii de tensiune pe dioda in conducieSlide Number 9Aplicaii ale diporilor DRAplicaii ale diporilor DRAplicaii ale diporilor DR

04_multiportiDR_roMultipori DR n comutare Slide Number 2Slide Number 3Aplicaii ale multiporilor DR Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8

05_DC_roSlide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Demodulator pentru modularea n amplitudine Slide Number 13

06_D_cond_perm_roCircuite cu diode n conducie permanentCaracteristica diodei Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Exemplificare

07_DZ_roSlide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8

08_AO_roAmplificatoare operationale (AO)Terminalele AOFuncionarea AO AO idealSlide Number 5

09_AO_ComparatoareSimple_roAO comparatorSlide Number 2Comparatoare simple Comparatoare cu VP = 0Slide Number 5Comparatoare cu VP 0Slide Number 7AO speciale pentru comparatoareAplicaii ale comparatoarelor simpleSlide Number 10Slide Number 11

10_AO_ComparatoareHisterezis_roComparatoare cu histerezisSolutie:Comparator inversor cu histerezis Slide Number 4Slide Number 5Comparator inversor cu praguri nesimetriceComparator neinversor cu histerezis Slide Number 8

11_AmplifElectronice_roAMPLIFICATOARE ELECTRONICE Alimentarea amplificatoarelor Circulaia i bilanul puterilor Tipuri de amplificatoare CSTV amplificator in tensiune, alimentat diferential simetricSlide Number 6Modele ale amplificatoarelorModelarea amplificatorului in tensiuneSlide Number 9Determinarea parametrilor amplificatoarelor Rezistena de ieire

12_AO_amplificatoareAO amplificatorAO cu reactie negativa - amplificatorAmplificator neinversorAlta metoda de a determina amplificareaRezistentele de intrare si de iesireExemplificareReglarea amplificariiRepetor de tensiuneAmplificator inversorAlternativ pentru nelegerea funcionrii amplificatorului inversorRezistenele de intrare i ieireExemplificareExemplu de proiectareExemplu de proiectare (cont.)Repetor de tensiune inversorAmplificare si rezistenta mare de intrare

13_AO_amplif_sum_difSumatorul inversorProblemaSumatorul neinversorAmplificatorul diferentialSlide Number 5ExemplificareAmplificator de instrumentatie standard

14_tranzistoare_roSlide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9

15_tecmos_functionareTECMOSStructura fizicacanal n indusSlide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Curentul prin tranzistorSimboluriPrincipiul de funcionareCaracteristici de transfer Caracteristici de iesireExemplificareSlide Number 13Plasarea PSF: Q(ID, VDS)Regiuni de functionareSlide Number 16Slide Number 17Slide Number 18

16_tecmos_comutare_roSlide Number 1Modelul intrerupator comandatComutatoare analogiceCA cu dou ntreruptoare comandate complementareSlide Number 5Aplicatie: MUX cu trei canaleCircuite logice cu tranzistoare MOSInversorul logicSlide Number 9Slide Number 10Slide Number 11CSTV a inversorului CMOSMargini de zgomot

17_tb_functionareSlide Number 1SimboluriSlide Number 3Structura simplificata, tranzistor npnCaracteristici statice la terminaleleCaracteristici de ieireRegiunile de funcionare ale TB, npnCurenii prin TBLimitarea curentului de comanda prin TBSlide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14

18_tb_logice_roSlide Number 1Modelul intrerupator comandatCircuite logice bipolare Circuite logice bipolare TTL (Tranzistor-Tranzistor Logic) Poarta TTL standardNivelele tensiunilor i marginile de zgomot pentru familia logic TTLSubfamilii TTL cu performane mbuntite:Structura simplificat a porii I-NU n tehnologie Schottky de mic putere

19_polarizare_tranzistoare_roSlide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19

20_T_modele_semnal_mic_roModele de semnal mic ale tranzistoarelorSlide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6TMOS: regim static regim variabilSlide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13