2009
UNIVERZITET U TUZLI
Fakultet elektrotehnike
OSNOVI ELEKTRONIKE
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 2
EKVIVALENTNA KOLA POJAΔAVAΔA SA BIPOLARNIM TRANZISTOROM
Na slici 1 je prikazan najprostiji pojaΔavaΔ bez djelitelja napona. Za proraΔun jednosmjernog reΕΎima rada
tranzistora kao linearna komponenta je zamijenjen sa dva parametra i to sa naponom ππ΅πΈ (pad napona na
direktno polarisanom spoju B β E ) i struja πΌπΆ = π½πΌπ΅ π½ = 1 .
U osnovi razlikujemo dvije vrste modela kojima se modeluje tranzistor:
- Ekvivalentni modeli tranzistora za reΕΎim velikih signala i ovi modeli su najΔeΕ‘Δe iskoriΕ‘teni u
razliΔitim raΔunarskim paketima koji rade simulaciju elektronskih kola.
- Linearni modeli tranzistora, ali samo za reΕΎim malog signala. To znaΔi da na ulaznoj karakteristici
radna taΔka ne izlazi iz linearnog dijela, isto vaΕΎi i za izlaznu karakteristiku i ovi modeli su
bazirani na klasiΔnim Δetveropolima.
π½ =πΌπΆπΌπ΅
=πΌπΌπΈ
πΌπΈ β πΌπΆ=
πΌπΌπΈπΌπΈ β πΌπΌπΈ
=πΌ
1 β πΌ
EBERS MOLOV MODEL TRANZISTORA
Da bi napravili odreΔeni stepen zanemarenja, moramo uvesti odreΔeni tip pretpostavki:
- Nivo injekcije je relativno nizak
- Redni otpor kristala, oblasti E, B i C su zanemarivo mali
- Faktor strujnog pojaΔanja ne zavisi od struje i napona
- Zanemaruje se i generaciono rekombinaciona struja tj ΕΎelimo svesti tranzistor na dvije struje
- VeliΔina neutralne oblasti baza ne zavisi od napona
Model za pnp-tip tranzistora
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 3
Pod uticajem napona B-E proticat Δe struja direktne polarizacije spoja B-E i oznaΔit Δemo je sa:
πΌπΉ = πΌππΈ πππΈπ΅ππ β 1
Pod uticajem emiterske struje proteΔi Δe kolektorska struja : πΌπΆ = βπΌπΌπΉ
πΌπ = πΌππΆ πππΆπ΅ππ β 1 , πΌπΈ = πΌπΉ β πΌ1πΌπ
Ebers β Molov model tranzistroa
πΌπΈ = πΌπΉ β πΌ1πΌπ = πΌππΈ πππΈπ΅ππ β 1 β πΌ1πΌππΆ π
ππΆπ΅ππ β 1
πΌπΆ = βπΌπΌπΉ + πΌπ = πΌπΌππΈ πππΈπ΅ππ β 1 + πΌππΆ π
ππΆπ΅ππ β 1
πΌππΈ = πΌπΈ ππ΅πΈ β« ππ
ππ΅πΆ = 0 πΌππΆ = πΌπΆ
ππΆπ΅ βͺ 0ππ΅πΈ = 0
πΌ = βπΌπΆπΌπΈ
ππ΅πΈ β« ππ
ππ΅πΆ = 0 πΌ1 = β
πΌπΈπΌπΆ
ππ΅πΆ β« 0ππ΅πΈ = 0
model za πππ β π‘ππ tranzistora (πππππ 4)
Na slijedeΔoj slici dodajemo izmjeniΔni napon ππ΅ kao korisni signal koji pojaΔavamo.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 4
TEORIJA ΔETVEROPOLA
Sa teorijom Δetveropola mi kola moΕΎemo predstaviti kao na slici 1 tj kao βcrnu kutijuβ sa dva ulazna kontakta i
dva izlazna kontakata. Kod ovih kola nas ne zanima Ε‘ta se nalazi unutra i mi ova kola opisujemo pomodu
jednaΔina. ZnaΔi postoji mogudnost da razliΔito objedinimo ove Δetiri veliΔine (πΌ1 , π1, πΌ2 , π2) tj suΕ‘tina je
uspostaviti vezu izmeΔu ove Δetiri veliΔine. Kako god uzeli dvije veliΔine su zavisne, a dvije nezavisne. Ukoliko su
naponi π1 i π2 ulazni i izlazni naponi i ukoliko ih izrazimo preko ulazne i izlazne struje dobijamo Z parametre
Δetveropola.
π1 = π11πΌ1 + π12πΌ2
π2 = π21πΌ1 + π22πΌ2
Z β parametri se odreΔuju pomodu izraza
π11 = π1
πΌ1
πΌ2=0
π21 = π2
πΌ1
πΌ2=0
π12 = π1
πΌ2
πΌ1=0
π22 = π2
πΌ2
πΌ1=0
ZnaΔi bez obzira Ε‘ta se nalazi u kolu ono je opisano pomodu Z parametara. Ukoliko struje izrazimo preko
napona dobit demo Y β parametre Δetveropola, ove parametre demo koristiti kod proraΔuna unipolarnih
tranzistora.
πΌ1 = π11π1 + π12π2
πΌ2 = π21π1 + π22π2
Y β parametre odreΔujemo:
π11 = πΌ1
π1
π2=0
π12 = πΌ1
π2
π1=0
π21 = πΌ2
π1
π2=0
π22 = πΌ2
π2
π1=0
Ukoliko se kod Z β parametara integrirani dio dobijamo R β parametre. Preko R β parametara tranzistor se
moΕΎe modelovati kao na slici
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 5
π β parametri u osnovi imaju fiziΔko znaΔenje kod opisivanja fizikalnih procesa. U tranzistoru, ali nisu najbolja
varijanta za proraΔun bipolarnog tranzistora. Za proraΔun bipolarnih tr najΔeΕ‘de se koriste
h β parametri (hibridni ili mijeΕ‘ani). Kod h β parametara se uoΔava ulazni napon i izlazna srtuja preko ulazne
struje i izlaznog napona izraz
π1 = π11 π1 + π12 π2
π2 = π21 π1 + π22 π2
i h β parametre odreΔujemo pomodu
π11 = π1
π1
π2=0
π12 = π1
π2
π1=0
π21 = π2
π1
π2=0
π22 = π2
π2
π1=0
Ekvivalentna Ε‘ema za h β parametre izgleda kao na slici
S obzirom da se radi o linearnim Δetveropolima, moΕΎemo izraziti jedne parametre preko drugih tj postoji
konkretna veza. Svi ovi parametri zavise od temperature, meΔutim relativno najmanji uticaj temperatura ima
na h β parametre, osim toga h β parametri se najlakΕ‘e mjere i oni se njΔeΕ‘de koriste kod bipolarnih tranzistora.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 6
GRAFIΔKO ODREΔIVANJE H β PARAMETARA
Parametar π11 , s obzirom da se radi o mjerenju karakteristika sa ZE dodavat demo i indeks βeβ ili π11π ili πππ i to
je odnos u radnoj taΔki βππ΅π i βπΌπ΅π
π11π = πππ =βππ΅π
βπΌπ΅π
βππ΅π
πΌπ΅π
U radnoj taΔki sa slike 4 pratimo u njegovoj okolini βππ΅π i βπΌπ΅π odnosno ππ΅π i πΌπ΅π , na ovaj naΔin smo dobili πππ
parametar. Slijededi parametar π12π , za njega snimimo karakteristiku dvije vrijednosti napona ππΆπΈ struja
πΌπ΅ = ππππ π‘ i pratimo promjenu βππ΅πΈ i βππΆπΈ = ππΆπΈ2 β ππΆπΈ1 i dobijamo izraz
π12π = πππ = βππ΅πΈ
βππΆπΈ
πΌπ΅=ππππ π‘
Parametar π21π = πππ je odnos izmeΔu priraΕ‘taja struje βπΌπΆ i βπΌπ΅ = πΌπ΅1 β πΌπ΅2 pri Δemu je ππΆπΈ = ππππ π‘ izraz:
π21π = πππ = βπΌπΆβπΌπ΅
ππΆπΈ =ππππ π‘
Posljednji parametar π22π = πππ u radnoj taΔki imamo priraΕ‘taj βππΆπΈ i βπΌπΆ i on je odnos izmeΔu njih pri Δemu je
πΌπ΅ = ππππ π‘ izraz
π22π = πππ = βπΌπΆβππΆπΈ
πΌπ΅=ππππ π‘
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 7
PRORAΔUN POJAΔAVAΔA SA HIBRIDNIM PARAMETRIMA
PojaΔavaΔ sa slike 1 ukljuΔuje jednosmjernu i izmjeniΔnu analizu, to znaΔi da je svaka od stuja unutar tranzistora
ππ΅ = πΌπ΅ + ππ , ππΈ = πΌπΈ + ππ , ππΆ = πΌπΆ + ππ (1)
i naponi
π£π΅πΈ = ππ΅πΈ + π£ππ , π£πΆπΈ = ππΆπΈ + π£ππ (2)
Za izmjeniΔni reΕΎim rada mi podrazumijevamo da je kolo u linearnom dijelu karakteristike i da su odnosi π i πΌ
linearni, to objezbjeΔuje jednosmjerni reΕΎim rada tranzistora. ZnaΔi u bilo kom proraΔunu pojaΔavaΔa mi imamo
prvo proraΔun jednosmjernih veliΔina odnosno dobijamo statiΔku analizu pojaΔavaΔa, na osnovu rezultata
statiΔke analize dobijamo mogudnost proraΔuna pojaΔavaΔa u dinamiΔkom reΕΎimu, u kome tranzistor
zamjenjujemo sa h β parametrima, tj mi demo Ε‘emu sa π π 1 prikazati pomodu h β parametara i dobiti π π 2. U
dinamiΔkom reΕΎimu naponske izvore kratko spojimo jer su oni postavili radnu taΔku u linearni dio i oninemaju
uticaja na dinamiΔki reΕΎim rada kada je taΔka postavljena. ZaokruΕΎeni dio na π π 1 se moΕΎe prikazati pomodi
Tevenenove teoreme sa jednim ekvivalentnim izvorom πΈπ i otporom π π (sl 2). Kada se izvor U kratko spoji na
π π 1 dobijamo da su π π i π π paralelno vezani (3) i na π π 2 zamijenimo ih sa otporom π π i sada ukljuΔujemo
model tranzistora sa h β parametrimai na taj naΔin smo dobili Ε‘emu sa π π 2.
π π =π πΆπ π
π πΆ + π π
3 π1 = π11π1 + π12π2
π2 = π21π1 + π22π2 4 π2 = βπ2π π (5)
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 8
π2 = βπ2
π π
6 π2 = π21π1 β π22π2π π 7 β π΄π =π2
π1
=π21
1 + π22π π
(8)
Ovakav pojaΔavaΔki stepen moΕΎe biti i u sluΔaju sa ππΆ π ππππ 3. Za proraΔun pojaΔavaΔa u ovom sluΔaju ne znaΔi
da li se radi o stepenu sa ππΈ, ππ΅ ili ππΆ, nego iz iste Ε‘eme moΕΎemo izvesti izraze za sva tri pojaΔavaΔka stepena,
i zato na π π 2 nedemo striktno naglaΕ‘avati gdje je πΈ, π΅ ili πΆ, nego demo zavisno od stepena to imati. Mi odavde
ΕΎelimo izvesti univerzalne izraze za strujno β naponsko pojaΔanje bez obzira za koji stepen proraΔunavali.
π11π1 + π12π2 = π1
βπ21π1 + π22 +1
π π
π2 = 0 9 π1 =
π1 π22 +1π π
π11 π22 +1π π
β π21π12
(10)
ππ’π =π1
π1
=
π11 π22 +1π π
β π21π12
π22 +1π π
= π11 βπ21π12
π21 +1π π
(11)
Otpor ππ’π znaΔajan je zbog uravnoteΕΎenja predaje snage izvora pojaΔavaΔu.
Naponsko pojaΔanje nam je jednako
π΄π =π2
π1
=π21
π12 π22 +1π π
β π21π12
U sluΔaju strujnog pojaΔanja π΄π ono de dostidi max tj vrijednost π21 kada π π β 0 a naponsko kada π π β β.
Veza izmeΔu ova dva pojaΔanja je data slijededom relacijom
π΄π = βπ΄ππ π
ππ’π
Izlazni otpor pojaΔavaΔa odredit demo sa slike 2 generator prebaciti sa ulaza kola na izlaz slika 4.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 9
π1 = π11π1 + π12π2
π2 = π21π1 + π22π2 4 β π1 = βπ ππ1 5
π11 + π π π1 + π12π2 = 0
π21π1 + π22π2 = π2
π2 = π11 + π π π2
π11 + π π π22 β π21π12
πππ§π =π2
π2
=π11 + π π
π11 + π π π22 β π21π12
PojaΔanje snage je π΄π = π΄ππ΄πOve izvedene formule vaΕΎe za sve pojaΔavaΔke stepene ZE, ZB i ZC tj oni su
univerzalni.
AMPLITUDNO FREKVENTNE KARAKTERISTIKE POJAΔAVAΔA
Na slici 1 je predstavljen dvostepeni pojaΔavaΔ na kojem demo pokazati koji su to ograniΔavajudi faktori i zbog
Δega amplitudno frekventna karakteristikene moΕΎe biti apsolutno ravna.
Na π ππππ 1 πΆ1 , πΆ2 , πΆ3 imaju zadatak da sprijeΔe prolaz jednosmjerne komponente od izlaza prvog na bazu
drugog tranzistora, odnosno izlaza drugog na opteredenje ili izvora na ulaz prvog tranzistora oni se nazivaju
sprΕΎenim kondenzatorima i namijenjeni su da propuste naizmjeniΔnu komponentu signala a sprijeΔe prolaz
jednosmjene. Postojanje ovih kondenzatora utiΔe na donju graniΔnu frekvenciju ππ . SpreΕΎni kodenzatori imaju
ulogu da sprijeΔe prelaz NF komponenti na ulaz.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 10
Na π ππππ 3 je prikazan NF filter, koji predstavlja odnos kondenzatora na ulazu i ulaznih otpornosti i pomodu ovog
kola demo odrediti odnos πππ§π /ππ’π i dobijamo
πππ§π
ππ’π
=π 1
π 1 + πππΆ
Obzirom da se ovdje radi o kompleksnom broju i prolaskom signala kroz ovakvo kolo moΕΎe dodi do promjene
amplitude i promjene faze i iz tog razloga odreΔujemo i jedan i drugi parametar.
π 1
π 2
=1
1 +1
πππ 1πΆ1
3 π΄π =1
1 β πππ
π
=1
1 β ππππ
(4)
π΄π =1
1 + πππ
2
5 ππ = ππππ‘ππππ
6 π΄π = 20 log 1 β 20 log 1 + πππ
2
ππ΅ (7)
U zavisnosti odnosa ospora π 1 π 1/πππΆ1 imamo donju graniΔnu uΔestanost (7). Kako je 20 log 1 = 0 onda
imamo da je
π΄π = β20 log 1 + πππ
2
Za frekvencije niΕΎe od ππ imamo veliku impedansu a gotovo da i nema pojaΔanja. Sa vedim kapacitetom
sprΕΎenih kondenzatora imat demo manju graniΔnu frekvenciju, a sa manjim kapacitetom vedu graniΔnu
frekvenciju. Kada je
ππ = π βΉ π΄π =1
2 = 0.707 βΉ π΄π = 3 [ππ΅]
Slijededi aspekt jeste zaΕ‘to nastaje slabljenje na gornjim graniΔnim frekvencijama. Na VF sprΕΎeni kondenzator
predstavljaju kratak spoj kao i kondenzatori u kolu emitera, a otpornici su frekventno nezavisne komponente i
jedino Ε‘to nem ostaje na VF je tranzistor. Mi na VF moramo imati tranzistor koji ukljuΔuje parazitne kapacitete
pn β spoja kao na sl.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 11
πππ β se moΕΎe zanemariti , πΆππ β je veoma mali i moΕΎe se zanemariti.
Ako sada nacrtamo razvijenu Ε‘emu imamo sliku:
πππ = πππΆππ (ππ β πππ )
Ukoliko je πππ β« π π tada je napon ππΆπΈ = βππππππβ² βΉ πππ = πππΆππ ππ + ππππππ
β²
Ulazni signal na VF je zbog kondenzatora koji vodi ka emiteru prespojen na emiter, i to znaΔi da de jednim
dijelom taj kapacitet umjesto prolaska ka izlazu, prolaziti preko kratko spojenog kondenzatora i ekvivalentnog
kondenzatora, ovaj kapacitet je direktno kapacitet π΅ β πΈ i na VF se nede pjaΔavati signal ved de se samo
proslijediti na masu i to de uticati na karakteristiku na π ππππ 2 poΔne opadati.
π2
π1
=
1πππΆ
π +1
πππΆ
=1
1 + πππ πΆ ; π =
πππ π π + πππ
πππ + π π + πππ
; π2
π1
=1
1 + πππππ£
|π΄π| =1
1 + πππ
2
; ππ = βπππ π‘ππ
ππ
Na gornju graniΔnu frekvenciju pojaΔavaΔa utiΔu parazitni kapaciteti tranzistora i ako ΕΎelimo da postignemo
vedu Ε‘to vedu ππ trebamo kapacitete tranzistora svesti na Ε‘to je mogude manju vrijednost, a takoΔe utiΔe i
πππ , πππ π πππ .
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 12
VF TRANZISTORI
Na gornju graniΔnu frekvenciju utiΔu tri parametra:
1. Vrijeme difuzije β vrijeme potrebno da sporedni nosioci naelektrisanja proΔe kroz bazu na putovanju
od emitera ka kolektoru. Ε to je vrijeme difuzije krade to je graniΔna frekvencija veda.
2. Parazitni kapacitet β to su kapaciteti : πΆππ , πΆππ , π πΆππ i Ε‘to je manji ovaj kapacitet graniΔna frekvencija
je veda.
3. Otpor baze β je onaj element koji smo modelirali sa πππ i Ε‘to je ovaj otpor manji to je veda gornja
graniΔna uΔestanost.
KljuΔni kapacitet jeste πΆππ i ako se ΕΎeli smanjiti ovaj C onda trebamo smanjiti povrΕ‘inu spoja π΅ β πΆ. Jedan od
naΔina jeste da se na bazu prikljuΔi nova elektroda i ako sada na πππ tranzistor π ππππ 1 prikljuΔimo + πππ izvora
tada de on Ε‘upljine koje idu iz emitera kroz bazu u kolektor, uticati na naΔin da de ih svojim el.poljem odbijati i
na taj naΔin se smanjuje aktivna oblast izmeΔu π΅ i πΆ. Smanjenjem te aktivne oblasti smanjuje se povrΕ‘ina spoja,
a samim tim i kapacitet spoja π΅ β πΆ.
Slijededi tip tranzistora je sa povrΕ‘inskom barijerom i cilj je pribliΕΎiti πΈ π πΆ tako da je vrlo malo rastojanje meΔu
njima i baza je veoma uska pa je vrijeme difuzije veoma malo π ππππ 2. Drift tranzistori koji u bazi imaju
neravnomjernu koncentraciju primjesa, tj u lijevom dijelu πππ β π‘πππ tranzistora veda je koncentracija primjesa
nego u desnom, usljed difuzije dodi de do kretanja elektrona iz podruΔija vede koncentacije u podruΔije manje
Ε‘to de uzrokovati pojavu unutraΕ‘njeg elektriΔnog polja. To el.polje de ubrzavati kretanje Ε‘upljina na putu od
π΅ β πΆ.
UporeΔivanje pojaΔavaΔkih stepeni
Na π ππππ 1 su prikazane karakteristike pojaΔanja snage u zavisnosti od otpora potroΕ‘aΔa za sva tri stepena
( ππΈ , ππ΅ π ππΆ) i vidimo da najvede pojaΔanje ostvaruje stepen sa ππΈ i iz tog razloga taj spoj tranzistora se
najviΕ‘e primjenjuje u pojaΔavaΔkim kolima. Na π ππππ 2 prikazan je odnos strujnog pojaΔanja u zavisnosi od π π za
sva tri spoja. Na π ππππ 3 je prikazan odnos karakteristika naponskog pojaΔanja u zavisnosti od π π za sva tri spoja.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 13
Spoj sa ππΈ daje najbolje karakteristike pri pojaΔanju signala. Na π ππππ 4 je prikazan odnos ulaznih otpora
pojedinih stepeni u odnosu na π π .
Tamo gdje nam je potreban veliki ulazni, a mali izlazni otpor koristidemo stepen sa ππΆ, suprotno njemu spoj ππ΅
mali ulazni a veliki izlazni otpor. Ova dva stepena se najΔeΕ‘de koriste na krajevima gdje je potrebno izvrΕ‘iti
prilagoΔenje po pitanju impedansi. Stepen sa ππΈ obrde ulaznu fazu signala za π, dok ππΆ i ππ΅ ne obrdu.
STABILIZACIJA RADNE TAΔKE POJAΔAVAΔA
Svako pomijeranje radne taΔke govori o korisnom signalu koji se pojaΔava. Kada nema ulaznog signala, u tom
sluΔaju radna taΔka se ne mijenja tj. mora ostati konstantna, meΔutim zbog razliΔitih uticaja radna taΔka de se
mijenjati. Dominantan uticaj na pomijeranje radne taΔke ima temperatura i najvedim dijelom ona utiΔe na
inverznu struju kolektora i ona se mijenja po eksponencijalnom zakonu
πΌπΆ0 π = πΌπΆ0 π0 ππΎπ
Na pomijeranje radne taΔke utiΔu i drugi parametri kao Ε‘to je:
- Starenje tranzistora i tranzistori moraju prvo da odrade nekih 100 sati
- Uticaj radijacije (u medicini, satelitske komunikacije, vojne primjene itd.)
- Promjena napona napajanja (ππΆπΆ )
πΌπΆ = π πΌπΆ0 , πππ , π½
Stabilizacija radne taΔke u odnosu na temperaturu se moΕΎe izvrΕ‘iti na dva naΔina:
- Prvo ukljuΔenjem odgovarajudih otpora u kola πΈ, π΅ i πΆ i na taj naΔin dobijemo linearnu temperaturnu
stabilizaciju jer su otpori linearni elementi
- Drugi naΔin je da vrΕ‘imo ugradnju nelinearnih elemenata u kola π΅, πΈ ili πΆ.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 14
LINEARNA TEMPERATURNA STABILIZACIJA
πΌ1π 1 + πΌ2π 2 = ππΆπΆ ; πΌπΈ = πΌπ΅ + πΌπΆ ; πΌ2π 2 = ππ΅πΈ + π πΈπΌπΈ
πΌπΆ = πΌπΌπΈ + πΌπΆ0 ; πΌ1 = πΌ2 + πΌπ΅ ; ππ΅πΈ = 0
ππΆπΆ =πΌπΆ 1 β πΌ
πΌπ 1 + π 1 + π 2
π πΈ
π 2
βπΌπΆ β πΌπΆ0
πΌ
πΌπΆ π πΈπ 2 + 1 β πΌ π 1π 2 + π πΈπ 1 = πΌπ 2ππΆπΈ β πΌπΆ0 π πΈπ 2 + π πΈπ 1 + π 1π 2
π , ππΆπΆ , πΌ = ππππ π‘
π =ππΌπΆππΌπΆ0
=π πΈ β π 2 + π πΈ β π 1 + π 1 β π 2
π πΈπ 2 + 1 + πΌ π 1π 2 + π πΈπ 1
Imamo da je parametar π iz definicije je π β₯ 1 u graniΔnom sluΔaju, kada je π = 1 dobijamo idealnu
stabilizaciju, ali u praksi je obiΔno π > 1, ali traΕΎimo da on bude Ε‘to je mogude niΕΎi.
Sada demo analizirati nekoliko sluΔajeva:
1. Kada π 2 β β i za Ε‘to bolju stabilizaciju u ovom sluΔaju mora biti π πΈ β« π 1.
π = limπ 2ββ
π =π πΈ + π 1
π πΈ + 1 β πΌ π 1
; π πΈ β« π 1 βΉ π = 1 ; π πΈ βͺ π 1 βΉ π β1
1 β πΌ
2. Kada je π πΈ = 0 βΉ π β1
1βπΌ i ni u jednom sluΔaju π πΈ ne smije biti jednako nuli.
3. Ako bi uzeli da je π 2 = 0 dobili bi u suΕ‘tini idealanu stabilizaciju π = 1 , a meΔutim u tom sluΔaju
dolazi u pitanje sam rad pojaΔavaΔa zbog pada napona koji se na njemu deΕ‘ava.
π1 =ππΌπΆ
πππ΅πΈ
Parametar π1 se izvodi uz pretpostavku da je ππ΅πΈ β 0. Ukupna stabilizacija je
ππΌπΆ = πππΌπΆ0 + π1πππ΅πΈ + π2ππ½ konaΔno βπΌπΆ = πβπΌπΆ0 + π1βππ΅πΈ + π2βπ½
NELINEARNA STABILIZACIJARADNE TAΔKE
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 15
U sluΔajevima kada se ne moΕΎe postidi dovoljna temperaturna stabilizacija pojaΔavaΔa sa klasiΔnim linearnim
elementima, pribjegava se koriΕ‘tenju nelinearnih elemenata tj elemenata koji su ovisni o temperaturi.
Termistorska stabilizacija
Na π ππππ 1 iamo klasiΔni pojaΔavaΔ u spoju ππΈ. Termistor je element koji je temperaturno ovisan i njegova
karakteristika zavisnosti π od π je prikazana na π ππππ 2. Ako doΔe do povedanja π povedat de se i πΌπΆ0 , a samim ti
i πΌπΆ , povedanjem πΌπΆ imamo za posljedicu povedanje πΌπΈ . MeΔutim sa povedanjem temperature dolazi do
opadanja otpora termistora i povedava se πΌπΆ , povedanjem πΌπΆ dodi de do smanjenja struje πΌπΈ i stvaranja njene
stabilnoti, tj povedanjem π dodi de do smanjenja otpora π π i kroz njega de protedi veda struja, a samim tim
imademo vedi pad napona na π πΈ i manju struju i radna taΔka de biti stabilizovana.
Pozistorska stabilizacija
Pozistor je takoΔe element koji je temperaturno ovisan i njegova karakteristika zavisnosti π od π je prikaza na
π ππππ 4. Na π ππππ 3 pozistor je dodan u kolo emitera i sa porastom π raste πΌπΆ , ali raste i otpor pozistora, tako da
se autonatski smanjuje πΌπΈ , a samim tim i πΌπΆ .
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 π΅ β πΆ , tako da sa povedanjem πΌπΆ0
raste πΌππ , ali jedno drugo poniΕ‘tava.
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 16
Sa povedanjem π dolazi do povedanja πΌπΆ , a samim ti do destabilizacije radne taΔke, ali se otpor diode smanjuje i
time se povedava pad napona na diodi.
πΌπΆ = π½ + 1 + π½ πΌπΆ0 ; πΌ = πΌπ΅ + πΌππ βΉ πΌπ΅ = πΌ β πΌππ ; πΌ =ππΆπΆ β ππ΅πΈ
π 1
βππΆπΆ
π 1
πΌπΆ = π½ πΌ β πΌππ + 1 + π½ πΌπΆ0 ; π½ β« 1 βΉ πΌπΆ = π½ππΆπΆ
π 1
β π½πΌππ + π½πΌπΆ0
JEDNOSMJERNI REΕ½IM RADA TRANZISTORA SA EFEKTOM POLJA
Ne π ππππ 1 prikazana je Ε‘ema pojaΔavaΔa sa FET β om. Cilj je ostvariti pojaΔanje ulaznog napona ππ . Direktno
prikljuΔenje generatora na sam tranzistor nede se ostvariti pojaΔanje, jer de se taj signal nalaziti u reΕΎimu malog
signala i nelinearnom dijelu, tako da nedemo imati pojaΔanje. To se vidi na izlaznim karakteristikama i ukoliko u
najjednostavnijem sluΔaju dovedemo samo ulazni signal nedemo imati niΕ‘ta, cilj je radnu taΔku pomjeriti iz
koordinatnog poΔetka i drugo moramo dovesti izvor za napajanje koji de obezbijediti snagu signala koji se ΕΎeli
pojaΔavati. U sluΔaju sa π π 1 imamo opΕ‘tu Ε‘emu u kojoj su π 1 i π 2 koriΕ‘teni za definiranje radne taΔke FET β a .
πππππ’ 1 pojednostavljujemo primjenom Tevenenove teorme i imamo π π 2.
π πΊ =π 1π 2
π 1 + π 2
, ππΊ =ππ·π·
π 1 + π 2
π 2
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 17
Radnu taΔku moramo odrediti na izlaznim karakteristikama, ali moramo znati za koju vrijednost napona ππΊπ .
Zato nam je potrebna prenosna karakteristika π ππππ 4.
πΌ: ππΊ β π πΊπΌπΊ β ππΊπ β π ππΌπ· = 0 , π πΊπΌπΊ = 0 βΉ ππΊ β ππΊπ β π ππΌπ· = 0
Spoj G β S je inverzno polarisan kod klsiΔnih unipolarnih tranzistora, struja inverzne polarizacije je veoma mala
πΌπΊ β 0 i analiziramo πΌπ· i ππΊπ tabela 1. Da bi dobili poloΕΎaj radne taΔke na izlaznim karakterisikama napisat
demo jednaΔinu za izlazni dio kola
Tabela 1 Tabela 2
πΌπ· ππΊπ πΌπ· ππ·π
0 ππΊ 0 ππ·π·
ππΊ
π π
0 ππ·π·
π π + π πΊ
0
πΌπΌ: ππ·π· β π π·πΌπ· β ππ·π β π ππΌπ· = 0
I da bi odredili radnu pravu posmatrat demo dvije promjenljive πΌπ· i ππ·π tabela 2.
POJAΔAVAΔ U SPOJU SA ZAJEDNIΔKIM SORSOM
Naponsko pojaΔanje:
π΄π = βπ¦11π π
1 + π¦22π π
=βππ + πππΆπΊπ·
1π π
+1ππ
+ ππ πΆπΊπ· + πΆπ·π
Za niske frekvencije parazitni kapaciteti πΆπΊπ· i πΆπ·π se mogu zanemariti. Slijededi parametar je ulazna admitansa
π¦π’π =π¦πΊπ + π¦πΊπ·π¦π + π¦π· + π¦πΊπ· + π¦π·π π¦πΊπ + π¦π· + π¦π·π + ππ π¦πΊπ
π¦π + π¦π· + π¦πΊπ + π¦π·π
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 18
π¦πΊπ = πππΆπΊπ
π¦π·π = πππΆπ·π
π¦πΊπ· = πππΆπΊπ·
π¦π =1
π π
π¦π· =1
ππ
π£ππππππππ π‘π πππππππ‘πππ
Ulaznu admitansu moΕΎemo pojednostaviti pa imamo
π¦π’π = π¦πΊπ + π¦πΊπ·(1 β π΄π)
Na NF π¦π’π = 0. Isto tako moΕΎemo izraΔunati i π΄π pojaΔavaΔa i poΕ‘to je ulazni otpor veoma veliki i ima samo
kapacitivni karakter, u kolu upravljaΔke elektrode de protresti vrlo mala struja na VF. S obzirom da je struja ππ
vrlo mala, odnos izmeΔu ππ i ππ je velik broj, odnosno pojaΔanje π΄π je takoΔe veliko, tako da se kod proraΔuna
rijetko koristi ovaj pojaΔavaΔ.
Ako se na NF zanemare C onda je πππ§ β ππ .
PojaΔavaΔ u spoju sa zajedniΔkim sorsom ima:
- Velik ulazni otpor
- Velik izlazni otpor
- Znatno naponsko pojaΔanje i naponski je kontrolisana komponenta
- Veoma veliko strujno pojaΔanje
POJAΔAVAΔ U SPOJU ZAJEDNIΔKOG DREJNA
Na π π. 1 prikazana je Ε‘ema pojaΔavaΔa u spoju zajedniΔkog drejna. Ekvivalentna Ε‘ema ovog pojaΔavaΔa je
prikazana na π ππππ 2 i sa koje treba da dobijemo y β parametre.
PoreΔenjem navedene ekvivalentne Ε‘eme sa Ε‘emom Ο ekvivalentnom Ε‘emom Δetveropola i dobijamo
vrijednosti parametara :
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 19
π11 + π12 =1
π ππ
+ πππΆππ
βπ12 =1
π ππ
+ πππΆππ
π21 β π12 = βππ
π22 + π12 =1
ππ+ πππΆππ
βΉ
π11π = πππ =1
π ππ
+1
π ππ
+ ππ πΆππ + πΆππ
π12π = πππ = β 1
π ππ
+ πππΆππ
π21π = πππ = β ππ +1
π ππ
+ πππΆππ
π22π = πππ =1
ππ+
1
π ππ
+ ππ πΆππ + πΆππ
π11π , π12π , π21π , π22π β y β parametri stepena sa zajedniΔkim drejnom. U praksi se obiΔno zanemaruju veliΔine
1/π ππ i 1/π ππ ,jer imaju visoke omske vrijednosti, tako da cijeli razlomak teΕΎi nuli. UvrΕ‘tavanjem ovih
parametara u izraz za naponsko pojaΔanje dobivamo da je ono:
π΄π = ππ + πππΆππ π π
1 + πππ π +π π
π π+ πππ π πΆππ + πΆππ
Na NF moΕΎemo zanemarati parazitne kapacitete (πΆππ π πΆππ ) pa naponsko pojaΔanje ima vrijednost
π΄π =πππππ π
ππ + ππππ + 1 π π
=ππ π
ππ + 1 + π π π
Maksimalno pojaΔanje se dobiva kada π π β β βΉ π΄ππππ₯ =π
1+πβ 1.
Naponsko pojaΔanje pojaΔavaΔkog stepena sa ZD je blisko jedinici,Ε‘to znaΔi da ovaj stepen u opΕ‘tem sluΔaju
smanjuje ulazni napon (π΄π < 1).
Ulazni otpor se takoΔe dobiva uvrΕ‘tavanjem parametara u izraz za ulazni otpor koji smo izveli za y β parametre
i on iznosi:
πΆπ’π = πΆππ + πΆππ 1β π΄π βΉ πΆπ’π = πΆππ
Izlazni otpor u podruΔiju NF iznosi:
πππ§π =1
ππ +1ππ
=ππ
1 + π=
πππ
=1
ππ
π΄π = π΄π β π΄πΌ
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 20
POJAΔAVAΔ U SPOJU SA ZAJEDNIΔKIM GEJTOM
Ovaj pojaΔavaΔki stepen odgovara stepenu sa zajedniΔkom bazom kod pojaΔavaΔa sa bipolarnim tranzistorima.
Na π π. 1 prikazana je Ε‘ema pojaΔavaΔa u spoju zajedniΔkog Gejta. Ekvivalentna Ε‘ema ovog pojaΔavaΔa je
prikazana na π ππππ 2. Odje demo Y β parametre odrediti po definiciji Y β parametara, a to je da izrazimo ulaznu
struju ππ , izlaznu struju ππ preko ulaznog napona ππ π i izlaznog napona πππ .
ππ = 1
π ππ
+ πππΆππ ππ π + 1
ππ+ πππΆππ ππ π β πππ + ππππ π
ππ = (1
π ππ
+1
ππ+ ππ πΆπ π + πΆππ ππ π β
1
ππ+ πππΆππ πππ
πππ = ππ ππ π
πππ =0
=1
π ππ
+1
ππ+ ππ + πππΆπ π + πππΆππ
π12π = πππ = ππ πππ
ππ π =0
= β 1
ππ+ πππΆππ
Isto tako moΕΎe se napisati i druga jednaΔina :
ππ = 1
π ππ
+ πππΆππ πππ + 1
ππ+ πππΆππ πππ β ππ π β ππππ π
odnosno :
ππ = 1
π ππ
+1
ππ+ πππΆππ + πππΆππ πππ β
1
ππ+ ππ + πππΆππ ππ π
odavde je :
π21π = πππ = ππππ π
πππ =0
= β(1
ππ+ ππ + πππΆππ )
π22π = πππ = πππππ
ππ π =0
=1
π ππ
+1
ππ+ ππ πΆππ + πΆππ
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 + ΞΌ)Rg
POVRATNA SPREGA U POJAΔAVAΔIMA
Ako dio izlaznog signala vratimo na ulaz pojaΔavaΔa onda kaΕΎemo da je ostvarena povratna sprega ili reakcija.
Kada analiziramo pojaΔavaΔ sa povratnom spregom onda vodimo raΔuna 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 praktiΔno se primjenjuje kod oscilatora, a ne kod pojaΔavaΔa. Kod pojaΔavaΔa se
primjenjuje negativna povratna sprega.
Prema vrsti signala koji vradamo sa izlaza na ulaz pojaΔavaΔa razlikujemo : naponsku, strujnu i kombinovanu (
naponsko-strujnu ) povratnu spregu.
Serijska naponska povratna sprega
U prvom sluΔaju dio izlaznog napona vodimo preko kola za povratnu spregu Ξ² na ulaz pojaΔavaΔa pri Δemu je
signal povratne sprege Vr vezan serijski sa ulaznim naponom, pa govorimo o serijskoj naponskoj povratnoj
sprezi.
Paralelna naponska povratna sprega
U drugom sluΔaju dio izlaznog napona vodimo preko Ξ² kola paralelno ulaznom naponu, pa govorimo o
paralelnoj naponskoj povratnoj sprezi.
Serijska strujna povratna sprega
U tredem sluΔaju izlazna struja stvara pad napona na otporu R. Dio tog izlaznog napona preko Ξ² 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 Δetvrtom sluΔaju izlazna struja stvara pad napona na otporu R. Dio tog izlaznog napona preko Ξ² 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
oznaΔavamo sa Ξ²
ππ = π½πππ§π ; π = ππ + ππ’π βΉ ππ’π = π β ππ
Naponsko pojaΔanje pojaΔavaΔa bez povratne sprege oznaΔavamo sa A, a pojaΔanje pojaΔavaΔa sa spregom Ar.
π΄ =πππ§π
ππ’π
= πππ§π
π ππ=0
, π΄π =πππ§π
ππ’π
=πππ§π
π β ππ
=πππ§π
π β π½πππ§π
=
πππ§π
π
1 βπ½πππ§π
π
=π΄
1 β π½π΄
U izrazu za Ar vaΕΎan je imenilac π β π·π¨ koji se ponekad naziva funkciom reakcije.
Razlikovademo tri sluΔaja :
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 23
1. |1 - Ξ²A| > 1 β U ovom sluΔaju je π΄π < π΄, pa govorimo o negativnoj povratnoj sprezi u kome ulazni i
izlazni signal nisu u fazi.
2. |1 - Ξ²A| < 1 β U ovom sluΔaju je π΄π > π΄, pa govorimo o pozitivnoj povratnoj sprezi.
3. |1 - Ξ²A| = 0 β U ovom sluΔaju π΄π β β, a to fizikalno znaΔi da pojaΔavaΔ postaje oscilator
(generator) i ovaj sluΔaj se moΕΎe svrstati u grupu pozitivnih povratnih veza.
Ulazna impedansa ππ’π kada nema povratne veze je
ππ’π =ππ’π
ππ’π
= π
ππ’π
ππ=0
Kada imamo povratnu vezu
ππ’ππ =π β ππ
ππ’π
=π β π½πππ§π
ππ’π
=π β π½π΄π
ππ’π
= ππ’π (1 β π½π΄)
Izlazni otpor se odreΔuje 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
ππ =π 2
π 1 + π 2
πππ§π = π½πππ§π , πππ§π = π΄ππ + πππ§π πππ§π βΉ πππ§π =πππ§π β π΄ππ
πππ§π
ZnaΔi da smo izvorom π΄ππ prikazali da se radi o pojaΔavaΔu i da je on π΄π puta vedi od π.
π =ππ’π
π π + ππ’π
ππ =ππ’π
π π + ππ’π
π½πππ§π βΉ πππ§π =πππ§π
πππ§π
1 β π΄ππ½ππ’π
π π + ππ’π
πππ§π =πππ§π
πππ§π=
πππ§π
1 β π΄ππ½ππ’π
π π + ππ’π
, π§π ππ’π β« π π βΉ πππ§π =πππ§π
1 β π½π΄π
Efekti koji se javljaju primjenom povratne veze
1. PojaΔanje pojaΔavaΔa sa povratnom vezom je manje od pojaΔanja bez povratne veze π΄π < π΄.
2. Ulazna impedansa ππ’π 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 pojaΔavaΔa πππ§π takoΔe zavisi od primjenjene povratne veze, tako da povratne
naponske veze smanjuju πππ§π , a strujne povedavaju πππ§π .
Osnovi Elektronike
FAKULTET ELEKTROTEHNIKE | SUDO 24
4. Stabilnost: Ukoliko odredimo prvi izvod π΄π pa π΄ dobit demo:
ππ΄π
ππ΄=
1 β π½π΄ + π½π΄
1 β π½π΄ 2 βΉ ππ΄π =
1
1 β π½π΄ 2ππ΄
Ukoliko sada i lijevu i desnu stranu podijelimo sa π΄π dobijamo:
ππ΄π
π΄π
=1
1 β π½π΄
ππ΄
π΄
Primjenom povratne veze dobija se stabilniji rad pojaΔavaΔa. Smanjenje linearnih izobliΔenja pojaΔavaΔa i to se
moΕΎe prikazati snimanjem amplitudno β frekventne karakteristike pojaΔavaΔa sa PV i bez PV. ZnaΔi proΕ‘iruje se
propusni opseg pojaΔavaΔa sa primjenom PV.