Elementi elektronike

Elementi elektronike

Potrebita predznanja

• Osnovni elektrotehnički zakoni• Mrežni teoremi• Otporne mreže• Dvopoli• Proračun jednostavnih i složenih krugova• Elektrostatika• Elektromagnetizam• Ustaljeno sinusno stanje• Jednostavna sinusna mrežna analiza• Ponašanje R, L i C sastavnica u krugovima izmjenične struje• Elementi teorije grafova• Fourierova analiza• Laplaceova transformacija

Poluvodiči

-Sile-Polja

-Energija-Nabijene čestice-Intenzitet polja

-Potencijal-Koncept potencijalne barijere

Vođenje u metalima

• Gustoća struje• Vodljivost

Čisti poluvodič

• Pojam šupljine• Pomak šupljine

Primjesni poluvodič

• N-tip • P-tip• Koncentracija nositelja• Generiranje i rekombinacija naboja

Variranje svojstava silicija

• Intrinsična koncentracija

• Pokretljivost

• Vodljivost

Difuzija

• Einsteinov odnos• Ukupna struja• Nehomogena koncentracija primjesa

Spojna dioda

• Nepolarizirani PN spoj

• Područje nepokrivenog naboja

• Gustoća naboja

• Polje

• Potencijal

Polarizirani pn spoj

• Propusna polarizacija• Inverzna polarizacija• Omski kontakti• Kratko spojeni pn spoj

Volt-amperska karakteristika

• Napon otvaranja• Probojni napon• Utjecaj topline (okruženja)• Ge dioda

Volt-amperska karakteristika

Dioda kao element strujnog kruga

• Idealna dioda• Koncept radnog pravca

Dioda kao element kruga

Modeli diode

• Model velikog signala

• Analiza krugova pomoću modela velikog signala

• Model malog signala

• Kapaciteti pn spoja

• Vremena preklapanja

Osnovne primjene spojne diode

• Ispravljači• Sklopovi za rezanje• Sklopovi za pritezanje• Sklopovi za oblikovanje prijenosnih funkcija

Poluvalni ispravljač

Sklopovi za pritezanje

Složeni diodni ograničivač

Stabilizacija napona pomoću Zenerove diode

Vrste poluvodičkih dioda

• Zener dioda• Schottky dioda• Varikap dioda• PIN dioda

Bipolarni (spojni) tranzistor

• Idealni strujno-upravljani izvor• Volt-amperska karakteristika• Odzivi pri različitim pobudama

Spojni tranzistor

• Fizičko ponašanje • Polarizacija• Tokovi struja• Vrste rada tranzistora• Koncentracija manjinskih nositelja• Ebers-Mollov model• Pojačanje (istosmjerne) struje pri pobudi velikim

signalom

Spoj zajedničke baze

• Ulazne karakteristike• Izlazne karakteristike• Early efekt

Spoj zajedničkog emitera

• Ulazne karakteristike• Izlazne karakteristike• Early napon• Područje zasićenja• Odrezno područje

Istosmjerni modeli

• Zajednički emiter• Načini polarizacije • Proračun radne točke

Proračun radne točke

• Jednostavna polarizacija

Stabilizacija radne točke

Bipolarni tranzistor kao sklopka

• Odziv na impulsnu pobudu• Brzina odziva

Tranzistorska sklopka (pr.karakt.)• Prijenosna karakteristika

Bipolarni tranzistor kao pojačalo

• Grafička analiza rada• Naponsko pojačanje• Strujno pojačanje• Radna točka

ZE pojačalo

Model malog signala

• Fizikalni smisao modela• Nisko-frekvencijski model• Transkonduktancija• Proračun pojačala

Tranzistor kao dioda

• Strujno zrcalo• Proračun jednostavnog strujnog zrcala

Tranzistor kao dioda

Widlarov strujni izvor

Emiterski spregnuti par

• Konstrukcija prijenosne karakteristike• Statička analiza (proračun)

Diferencijalno pojačalo

Nazivni podaci

• Maksimalna kolektorska struja• Maksimalno dozvoljena disipacija• Maksimalno dozvoljeni naponi• Problem hlađenja

Tranzistor s učinkom polja

• Idealni naponski-upravljani izvor

• Volt-amperska karakteristika

• Odzivi pri različitim pobudama

Spojni tranzistor s učinkom polja

• Način rada• Volt-amperska karakteristika• Omsko područje• Područje zasićenja• Područje proboja• Odrezno područje• Prijenosna karakteristika• MESFET

Tranzistor s efektom polja obogaćenog tipa

• Obogaćeni MOSFET• Fizičko ponašanje obogaćenog MOSFET-a• Volt-amperska karakteristika obogaćenog

MOSFET-a• Analitički opis• Omsko područje• Područje zasićenja• P-kanalni obogaćeni MOSFET• Uporedba PMOS I NMOS tranzistora

Tranzistor s efektom polja osiromašenog tipa

• Osiromašeni MOSFET• Fizičko ponašanje osiromašenog MOSFET-a• Volt-amperska karakteristika osiromašenog

MOSFET-a• Analitički opis• Omsko područje• Područje zasićenja• Odrezni napon

Istosmjerna analiza FET-ova

• Polarizacija• Proračun radne točke

MOSFET pojačalo

Primjene

• MOSFET kao otpornik• Sklopka• Grafička analiza sklopke• Pojačalo• Grafička analiza pojačala

NMOS otpornik

JFET pojačalo


Model malog signala

• Nisko-frekvencijski model• Transkonduktancija• Proračun pojačanja• Visoko-frekvencijski model

CMOS naprave

• Sklopka• Pojačalo

CMOS invertor

Prijenosna karakteristika CMOS invertora

CMOS pojačalo

CMOS NI-vrata

Elektronički sklopovi

Tranzistorsko pojačalo na niskim frekvencijama

• Sinusna pobuda• Odabir radne točke• Izlazni valni oblici za različite radne točke• Stabilnost polarizacije

Statički uvjeti rada ZE pojačala

ZE pojačalo

ZE pojačalo

Diskretni polarizacijski sustavi

• Vrste diskretne polarizacije• Kapacitivna sprega• Istosmjerna analiza polarizacijskog sustava• Porast struje na račun promjene strujnog

pojačanja tranzistora• Porast struje na račun promjene inverzne struje

zasićenja kolektora• Porast struje na račun promjene napona Ube• Ukupna promjena struje kolektora

Stabilizacija radne točke

Polarizacija tranzistora u “IC tehnici”

• Strujno zrcalo• Strujni ponavljači• Widlar-ov strujni izvor• Strujni izvor s tri tranzistora• Utjecaj promjene temperature

Polarizacija FET-a

• Strujni izvori• NMOS strujno zrcalo• Polarizacija pomoću četri otpornika

Linearna analiza tranzistorskih krugova

• Zajednički emiter:• Strujno pojačanje• Ulazni otpor• Naponsko pojačanje• Izlazni otpor


• Emitersko slijedilo:• Strujno pojačanje• Ulazni otpor• Naponsko pojačanje• Izlazni otpor


• Zajednička baza:• Strujno pojačanje• Ulazni otpor• Naponsko pojačanje• Izlazni otpor


• Zajednički emiter s emiterskim otporom:• Strujno pojačanje• Ulazni otpor• Naponsko pojačanje• Izlazni otpor

ZE pojačalo s emiterskim otporom


• Pojačala s FET-ovima:• Nadomjesni sklop za mali signal• Analiza općeg oblika pojačala• Zajednički uvod• Zajednički odvod

ZO pojačalo s otpornikom u uvodu

Kaskadno pojačalo

• Proračun trostupanjsko pojačala

• Složena tranzistorska pojačala

• Darlingtonov spoj

Dvostupanjsko pojačalo

Trostupanjsko pojačalo

Darlingtonov spoj


• Bipolarni tranzistor:• Diferencijalni mod• Zajednički mod• Analiza diferencijalnog pojačala• Pojačanje diferencijalnog moda• Pojačanje zajedničkog moda• Potiskivanje zajedničkog moda• Ulazni i izlazni otpor• Utjecaj otpora izvora



• FET:• Diferencijalni mod• Zajednički mod• Analiza diferencijalnog pojačala• Pojačanje diferencijalnog moda• Pojačanje zajedničkog moda• Potiskivanje zajedničkog moda• Ulazni i izlazni otpor• Utjecaj otpora izvora

Diferencijalno pojačalo u FET tehnici

Operacijsko pojačalo

• Idealno operacijsko pojačalo• Invertirajuće operacijsko pojačalo• Neinvertirajuće operacijsko pojačalo• Naponsko slijedilo

Invertirajuće OP pojačalo (problem frekvencijskog odziva)

Invertirajuće OP pojačalo (problem frekvencijskog odziva)

Invertirajuće OP pojačalo (problem gornje granične frekvencije)

Invertirajuće OP pojačalo (problem gornje granične frekvencije)

Invertirajuće OP pojačalo (problem raspona izlaznog signala)

Invertirajuće OP pojačalo (problem vremena porasta signala)

Invertirajuće OP pojačalo (problem virtualne nule)

Neinvertirajuće pojačalo (odzivi)

Diferencijalno operacijsko pojačalo


Diferencijalno operacijsko pojačalo

Naponsko sljedilo

Karakteristike operacijskog pojačala

• Arhitektura • Aktivni teret• Diferencijalni stupanj• Pomak naponske razine• Izlazni stupanj• Parametri operacijskog pojačala• Mjerenje parametara operacijskog pojačala• Napon i struja pomaka• Tehnike uravnoteženja

Druge vrste operacijskih pojačala

• Instrumentacijska pojačala• Transkonduktivna pojačala• MOS pojačala

Osnovne primjene operacijskog pojačala

• Invertirajuće zbrajalo• Neinvertirajuće zbrajalo• Pretvarač napona u struju• Pretvarač struje u napon• Integrator• Derivator• Logaritamsko pojačalo• Eksponencijalno pojačalo• Precizni “AC/DC” pretvarači • MIN i MAKS sklopovi u OP tehnici• Vršni detektori

Zbrajanje i množenje

Precizni ispravljač

Pretvarač napona u struju (transkonduktivno pojačalo)

Pretvarač struje u napon

Stujom kontrolirani strujni izvor

Integrator

Derivator

Logaritamskopojačalo

Logaritamsko pojačalo (temperaturno kompenzirano)

Antilogaritamsko pojačalo

Instrumentacijsko pojačalo

Komparator (710)

Komparator s histerezom

Prozorski komparator

Prozorski komparator s indikacijom

MIN sklop u OP tehnici

MAKS sklop u OP tehnici

Vršni detektor

Analogni množitelji

• Kvadriranje • Korjenovanje

Množitelj

Djelitelj

Frekvencijski odziv pojačala

• Vjernost prijenosa signala• Visokofrekvencijski odziv• Niskofrekvencijski odziv• Ukupni frekvencijski odziv• Širina frekvencijskog opsega• Odziv na skočnu pobudu• Vrijeme porasta • Nagib

Ilustracija amplitudnog i faznog izobličenja

Kratkospojno strujno pojačanje ZE

• Prijenosna funkcija• Jedinično pojačanje• Visokofrekvencijski odziv• Prijenosna funkcija• Miller-ova ulazna impedancija• Produkt pojačanja i širine frekvencijskog pojasa• Utjecaj vanjskih kondenzatora

Frekvencijski odziv operacijskog pojačala

• Neinvertirajući stupanj• Invertirajući stupanj

Pojačala s povratnom vezom

• Klasifikacija i predstavljanje pojačala• Naponsko pojačalo• Strujno pojačalo• Pretvarač napona u struju• Pretvarač struje u napon

Koncept povratne veze

• Izvor signala• Izlazni signal• Mreža za uzorkovanje• Mreža za zbrajanje (usporedbu)• Povratna mreža• Temeljno pojačalo• Topologije pojačala s povratnom vezom

Idealno pojačalo s povratnom vezom

• Pojačanje petlje (kružno pojačanje)• Temeljne pretpostavka

Svojstva negativne povratne veze

• Smanjenje osjetljivosti• Nelinearno izobličenje• Smanjenje šuma

Impedancije pojačala s povratnom vezom

• Ulazni otpor• Izlazna impedancija

Svojstva pojačala s povratnom vezom

• Šant-šant pojačalo• Serija-serija pojačalo• Serija-šant pojačalo• Šant-serija pojačalo• Aproksimativna analiza pojačala s povratnom

vezom• Opća analiza pojačala s povratnom vezom• Stabilnost pojačala s povratnom vezom• Frekvencijski odziv pojačala s povratnom vezom

Strujna povratna veza

Pojačalo s serijskom naponskom vezom

Primjena negativne povratne veze

Pozitivna povratna veza (oscilator s faznim pomakom)

Oscilatori

• Barkhausen-ov kriterij• Oscilatori s faznim pomakom• Wien-ov oscilator• Stabilizacija amplitude izlaznog signala

Oscilator s faznim pomakom

Oscilator s Wienovim mostom

Generator funkcija

Filtri

• RC filtri• Aktivni RC filtri• Idealne karakteristike• Realni frekvencijski odziv• Specifikacija filtra• Butterworth filtar• Chebyshev filtar• Pojasni propust• Pojasna brana

Aktivni NF filtar

Aktivni VF filtar

Višenamjenski filtar

D.Kovačević, A. KovačevićAnaliza i simulacija analognih elektroničkih sklopova

(Zbirka ispitnih zadataka)Pomorski fakultet u Splitu

• Primjeri ispitnih zadataka



• Primjeri ispitnih zadataka



• Primjeri ispitnih zadatakaProjektirajte sklop koji ima prijenosnu karakteristiku prema slici. Rabite operacijska pojačala u kombinaciji s MIN i MAKS sklopovima.



• Primjeri ispitnih zadatakaOdredite prijenosnu funkciju sklopa prema slici i pokažite da sklop obavlja funkciju niskofrekvencijskog filtra. Odredite gornju graničnu frekvenciju filtra.

Elementi elektronike

• Primjeri ispitnih pitanja*• Polarizacija PN spoja• Volt-amperska karakteristika diode • Dioda kao element strujnog kruga• Primjena varikap i PIN diode• ZE spoj i njegove karakteristike• Tranzistor kao sklopka• Tranzistor kao pojačalo• Model malog signala• Emiterski spregnuti par• JFET i njegove karakteristike• MOSFET-i i njihove karakteristike• FET kao pojačalo• FET kao sklopka• MOSFET naprave• *ispitna pitanja mogu se dobiti i u skriptarnici fakulteta

Elektronički sklopovi

• Primjeri ispitnih pitanja*• Polarizacija bipolarnih tranzistora – izbor radne točke• Polarizacija FET-a• ZE pojačalo; linearna analiza• Emitersko slijedilo; linearna analiza• ZE s emiterskim otporom; linearna analiza• Diferencijalno pojačalo• FET pojačala; linearna analiza• Operacijsko pojačalo i njegove osnovne primjene• Frekvencijski odziv tranzistorskog pojačala• Prijenosna funkcija tranzistorskog pojačala• Koncept povratne veze• Idealno pojačalo s povratnom vezom (karakteristike)• Vrste pojačala s povratnom vezom• Sinusni oscilatori

• *sva ispitna pitanja mogu se dobiti i u skriptarnici fakulteta

Kriterij ocjenjivanja

• Da bi student položio ispit praćenjem tijekom semestra mora:– Dolaziti redovito na predavanja (minimalno 80% predavanja - “uvjet predavanja”)

– Obaviti sve laboratorijske vježbe (“uvjet prisutnosti na vježbama”)

– Imati pozitivno ocjenjeno 100% lab. vježbi (“uvjet pozitivno ocijenjenih vježbi”)

– Imati sve pozitivne ocjene iz kolokvija (“uvjet kolokvija”)

– Studenti koji zadovolje sva četri postavljena uvjeta oslobođeni su (pismenog i) usmenog ispita

• Ispit:• Ispitu mogu pristupiti samo studenti koji imaju drugi potpis. Drugi potpis mogu dobiti

samo oni studenti koji ispune “uvjet predavanja”, “uvjet prisutnosti na vježbama” i “uvjet pozitivno ocijenjenih vježbi”.

– Studenti koji ne zadovolje “uvjet kolokvija”, a imaju ispunjene ostale uvjete mogu pristupiti (pismenom i) usmenom dijelu ispita (polaže se onaj dio gradiva koji nije položen kroz kolokvije).

Primjer završnog rada

Serijski naponski regulator– Teze:

• Operacijska pojačala u gradnji regulatora• Stabilizaciju izvesti pomoću Zener diode (izlaz +18V)• Modelirati neregulirani ulaz u rasponu od 20 do 30V• Projektirati sustav ograničenja izlazne struje

Literatura• D.Kovačević, Bilješke za predavanja i vježbe• D.Kovačević, Elementi elektronike, Pomorski fakultet u Splitu• J.Millman i A.Grabel, Microelectronics, McGraw-Hill, International Editions, New York, USA• A Szabo, Elektronički sklopovi, CUO “Ruđer Bošković, Zagreb• T.F.Bogart, Electronic Devices and Circuits, Prentice-Hall, New Yersey, USA• D.Kovačević, Analogni i digitalni sklopovi, Tehnička škola, Imotski• D.Kovačević, Analiza i simulacija analognih elektroničkih sklopova, Pomorski fakultet, Split• I.Zulim, P.Biljanović, Elektronički sklopovi, Zbirka zadataka, Školska knjiga, Zagreb

Documents

Elementi elektronike