Seminarski rad

Realizacija jednostepenog pojaavaa sa tranzistorom u spoju sa zajednikim emiterom- ELEKTRONSKA KOLA - SEMINARSKI RAD -

Profesor:

Student:Zoran Mijatovi

Maja Berovi

Asistent: Teodora Gajo

Novi Sad, 2012.BJT uvodBipolarni transistor ili skraeno BJT (eng: Bipolar Junction Transistor) je vrsta tranzistora koja se koristi kao pojaava ili prekida elektrinih signala. ini osnovu gotovo svih analognih i digitalnih ureaja i integrisanih kola.Ureaj je aktivna elektronska komponenta, napravljen od dopiranogpoluprovodnogmaterijala, sa tri izvoda: baza (srednji), kolektor i emiter. Bipolarni tranzistori su dobili svoje ime zato to su glavni nosioci naelektrisanja ielektronii upljine to je monokristalni poluprovodnik sa dvostrukim PN-spojem.

Slika 1: Uproena struktura NPN (a) i PNP (c) spoja;simbol tranzistora NPN (b) i PNP spoja (d)

Tranzistor se izrauje u dva najea oblika:

Slika 2: Tip TO-18 (levo) i tip TO-92 (desno)

Ispitivanje ispravnosti i tipa tranzistoraUzmimo, na primer, sluaj PNP-tranzistora. Tada e emiter i kolektor biti P-tipa, a baza N-tipa. Pri direktnoj polarizaciji spojeva emiter-baza i kolektro-baza trebali bismo da uoimo protok struje, to emo oznaiti kao stanje 1, dok ce njen izostanak biti prisutan u inverznoj polarizaciji, oznaen stanjem 0. Kako se baza nalazi izmeu kolektora i emitera, uvek e jedan od spojeva biti direktno, a drugi inverzno polarizovan. Kod NPN tranzistora vai sve napred reeno, sem to je polarizacija prikljuaka obrnuta.

Postavljanjem tranzistora odnosno njegova dva izvoda u stanja iz tabele, a na osnovu gore navedenog, zakljuujemo koji je tipa tranzistora u pitanju.

+-PNPNPNMereno

EB101

BE010

CE000

EC000

CB101

BC010

Tabela 1: Ispitivanje tipa tranzistora

Na osnovu naih merenja, vidimo da dobijamo vrednosti koje se poklapaju sa vrednostima dobijenih na osnovu gore navedenog razmatranja, to znai da je u naem sluaju u pitanju PNP transistor.

Snimanje statikih karakteristika tranzistora

Iako sa tri, tranzistori se mogu posmatrati i kao elementi sa etiri izvoda obino se jedan par prikljuaka naziva ulazni, a drugi izlazni. etvoropol se dobija tako to se odabere da je jedan prikljuak zajedniki i za ulaz i za izlaz datog elementa. Odabirom zajednikog izvoda dobijamo razliite funkcije etvoropola: pojaanje, razne matematicke operacije, itd. Za nas, od interesa su pojaavacke osobine tranzistora, koje su najizraenije u spoju sa zajednikim emiterom. Tada ulazni par ine baza i emiter, a izlazni kolektor i emiter.

U sluaju tranzistora, struje i naponi su meusobno zavisne veliine. U optem sluaju se dve veliine menjaju nezavisno, pa su druge dve veliine funkcije prvih. U zavisnosti od izbora nezavisno promenljivih veliina, postoji est razliitih parova. U sluaju bipolarnih tranzistora se obino koristi sledei par:

gde su vbe i ib ulazne karakteristike, a vce i ic izlazne.Slika 3: Snimanje ulaznih i izlaznih karakteristika

Na osnovu snimanja statikih parametara odreuje se radna taka, na osnovu koje je mogue odrediti parametre.Kako bi se ouvao tranzistor, potrebno je voditi rauna o sledeim ogranienjima pre pristupanja merenju:

- maksimalna snaga disipacije na kolektoru Pmax = 120 mW- maksimalni napon izmeu kolektora i emitera VCE = 12 V- maksimalna struja kroz kolektor ICmax = 20 mA

Merenjem ulaznih i izlaznih karakteristika tranzistora sa zajednikim emiterom dobijaju se sledei rezultati: ulazne karakteristike:- merenje izvreno tako to smo fiksirali vrednost za izlazni napon (vce u naem sluaju 0 i 5, pogl. tabelu 2), pa smo podeavanjem ulazne struje (ib) oitavali vrednosti za ulazni napon (vbe)

- zavisnost = vbe (ib, vce)vce05

ibvbe

000

8529639

16552658

24566667

32572667

40580667

48586670

56591670

64596671

72600671

Tabela 2: Ulazne karakteristike

Grafik 1: Ulazne karakteristike izlazne karakteristike:

- isto kao i gore navedeni postupak, samo sada oitavamo vrednosti za izlaznu struju (ic)- zavisnost ic = ic (ib, vce)vce [V]02345681012

ib [A]ic [mA]

0000000000

801.71.81.952.052.22.52.62.8

1603.94.04.14.34.44.64.95.2

2405.96.16.36.56.87.27.68.1

3207.58.08.258.59.09.510.010.5

40010.010.2510.511.011.512.0--

48012.012.513.013.514.015.0--

56014.515.015.516.016.5---

64016.517.017.518.018.5---

7201818.51920----

icM [mA]202020202020151210

Tabela 3: Izlazne karakteristike

Grafik 2: Izlazne karakteristikeOdreivanje radne take i hibridnih parametara tranzistora

S obzirom da etvoropol razmatramo kao pojaavacki element, neophodno je odrediti radnu taku. Ona je odreena jednosmernom strujom i jednosmernim naponom, u odsustvu signala.

Na osnovu naih merenja, radnu taku moemo odrediti sa grafika izlazne karakteristike, na mestu gde je izlazna karakteristika priblino prava, odakle oitavamo vrednosti za VCE, IB i IC. Sa ulazne karakteristike se zakljuuje, tada, vrednost Vbe. Na osnovu napred zakljuenog, dobijamo sledee vrednosti za koordinate radne take:

,

, i .

Za sluaj kada se promene napona i struje vre u okolini radne take, ovaj par jednaina i moemo razviti u Tejlorov red u okolini radne take, pri emu zanemaremo lanove drugog i vieg reda za sluaj malih signala:

to se moe zapisati kao:

gde su ulazna impedansa, povratni prenosni naponski odnos, direktni strujni prenosni odnos i izlazna admitansa.Na ovaj nain zakljuujemo da hibridni parametri predstavljaju vezu izmeu ulaznih i izlaznih karakteristika tranzistora, u linearnoj aproksimaciji. Njih izraunavamo na osnovu ulaznih i izlaznih karakteristika povlaimo tangentu na krivu (grafik 1 i 2):

,

, ,

- to predstavlja poznatu vrednost

Odreivanje otpora koji odravaju radnu taku

Od interesa je osigurati i odrati koordinate radne take u vremenu. Naime, njene vrednosti se menjaju sa promenom napona; zato je potrebno nai odgovarajue vrednosti otpora koje e odrati radnu taku u odreenim granicama, tako da njeno oscilovanje oko datog poloaja prilikom registrovanja signala bude zanemarljivo malo u odnosu na vrednosti jednosmernog napona na koji je tranzistor prikljuen. Vrednosti ovih otpora (u naem sluaju RL i RB slika 4) nalazimo tako to crtamo uproenu emu kola, izostavljajui delove sa kondenzatorima (jer predstavljaju prekid za jednosmerne struje):

Slika 4:ema za izraunavanje otpora koji odravaju radnu taku

Uz pomo Kirhofovih pravila dolazimo do sledeih jednaina:

pa se za otpore, a na osnovu poznatih vrednosti odgovarajucih struja i napona za datu radnu taku, dobijaju vrednosti: i .

Izbor otpornika

Vrednosti otpornika koje smo dobili na osnovu gore navedenog su ustvari teorijske vrednosti. Na osnovu njih, mi treba da naemo postojee otpornike, standarde, sa vrednostima to bliim izraunatim. Pa ipak, izabrani standardi ne moraju imati u potpunosti iste vrednosti koje su napisane na njima iz tog razloga je potrebno ove vrednosti dodatno proveriti, i te izmerene vrednosti uzeti kao tane, eksperimentalne.Teorijski(raunato)StandardEksperimentalno

(mereno)Relativna greka ()

634 620 628 0,95 %

126,7 k130 k135 k6,55 %

Tabela 4: Otpornici kojima se odrava radna taka

Provera radne take

Kako smo teorijski dobili vrednosti za radnu taku, potrebno je te vrednosti i proveriti. Naime, na osnovu odabranih otpornika proveriemo (merenjem) da li su vrednosti koje sada odreuju radnu taku u skladu sa onima koje smo izraunali (teorijski).

Teorijski(raunato)Eksperimentalno

(mereno)Relativna greka ()

5 V5,89 V17,8 %

667 mV640 mV4,05 %

11,04 mA11,40 mA3,26 %

Tabela 5: Rezultati provere radne take

Na osnovu rezultata iz tabele moemo zakljuiti da su greke u okviru granica primenljivosti, odakle zakljuujemo da su otpori koji odreuju radnu taku dobro odreeni.

Biranje i ugraivanje ostalih elemenata pojaavaaNa osnovu eme, pojaava je potrebno dopuniti sledeim elementima, sa odgovarajuim vrednostima: , , i .

Izraunavanje naponskog pojaanja pojaavaa za srednje frekvencijeNaponsko pojaanje nekog tranzistora je broj kojim treba pomnoiti ulazni napon, tj , da bi se dobio izlazni napon, tj. :

Slika 5: Ekvivalentna ema pojaavakog kola

U oblasti srednjih frekvencija se impendance kondenzatora u odnosu na ostale otpore u kolu mogu zanemariti; ekvivalentna ema za nae kolo, tada, izgleda kao na slici 6:Slika 6: Ekvivalentno kolo pojaavaa sa slike 5

Primenom Kirhofovih pravila na ekvivalentno kolo, kao i jednaina sa hibridnim parametrima, dobijaju se sistemi sledeih jednaina:

ijim reavanjem konano za naponsko pojaanje dobija:

Snimanje frekventne karakteristike kola

U praksi se veoma esto postavlja zahtev da pojaavai vre pojaanje ulaznog signala samo za odreeni opseg frekvencija. To je naroito znaajno za sluajeve kada se zna da se korisni signal nalazi u odreenom frekvencijskom opsegu. Tada prenosnu karakteristiku pojaavaa treba podesiti tako da bude konstanta (konstantno pojaanje) u opsegu signala, dok van tog opsega treba biti nula. Zavisnost pojaanja pojaavaa od frekvencije ulaznog signala naziva se frekventna karakteristika. Maksimalno pojaanje se javlja u oblasti srednjih frekvencija, tzv. plato. Granice srednje oblasti su donja i gornja granina frekvencija, koje se raunaju u takama gde je maksimalno pojaanje opalo za 3dB.U tabeli 6 i slici 7 dati su rezultati snimanja frekventne karakteristike, pri f0=1kHz, vi=100mV i sa Kv=5.

Sa frekventne karakteristike (slika 7) se mogu oitati gornja i donja granina vrednost frekvencije: donja granina vrednost: log(fg/f0) = 2,428 fg = 267,917 Hz

gornja granina vrednst: log(fg/f0) = 5,312 fg = 205,116 kHz

f [Hz]log (f/fo)vo [mV]Kv = vo / vi 20log(Kv/Kv )[dB]

201,301580,58-18,7108

501,6991101,10-13,1515

1002,0001701,70-9,37042

2002,3013203,20-3,8764

5002,6994204,20-1,51441

1k3,0004604,60-0,72424

2k3,3014604,60-0,72424

5k3,6994604,60-0,72424

10k4,0004604,60-0,72424

20k4,3015005,000

50k4,6994804,80-0,35458

100k5,0004804,80-0,35458

200k5,3013603,60-2,85335

500k5,6991901,90-8,40433

1M6,0001301,30-11,7005

Tabela 6: Rezultati snimanja frekventne karakteristike pojaavakog kola

Slika 7: Frekventna karakteristika pojaavakog kolaSnimanje amplitudne karakteristike pojaavaaAmplitudna karakteristika pojaavaa prestavlja zapravo zavisnost izlaznog napona od ulaznog , gde se ona od 0 pa do neke odreene vrednosti moe aproksimovati na linearnu zavisnost. Ova zavisnot se moe prikazati tabelarno. Merenje se vri pri frekvenciji od f0=1kHz . vi [mV]

00

500,17

1500,65

2001,00

2501,34

3001,60

3501,90

4002,20

4502,60

5003,00

Tabela 7: Snimljena amplitudna karakteristika pojaavakog kola

Slika 7: Amplitudna karakteristika pojaavakog kolaSadraj

1BJT uvod

2Ispitivanje ispravnosti i tipa tranzistora

3Snimanje statikih karakteristika tranzistora

6Odreivanje radne take i hibridnih parametara tranzistora

7Odreivanje otpora koji odravaju radnu taku

8Izbor otpornika

8Provera radne take

9Biranje i ugraivanje ostalih elemenata pojaavaa

9Izraunavanje naponskog pojaanja pojaavaa za srednje frekvencije

10Snimanje frekventne karakteristike kola

12Snimanje amplitudne karakteristike pojaavaa

UNIVERZITET U NOVOM SADUPRIRODNOMATEMATIKI FAKULTETDEPARTMAN ZA FIZIKU

RG

vce

vbe

ib

ic

IB

VBE

VCE

IC

I

RL

RB

V=VCC

vi

vo

RG

RB

C1

C2

RL

vi

vo

hfeib

hrevce

vbe

RP

RL

RB

1/hoe

vce

hie

RG

ib

i'

ii

ic

il

ip

U sluaju da se merene vrednosti nisu podudarale sa onima dobijenim u koloni PNP odnosno NPN, znailo bi da je tranzistor pokvaren tada treba odabrati drugi i ponoviti merenje.

Elektronska kola

_1404582871.unknown

_1409759254.unknown

_1409924224.unknown

_1409924250.unknown

_1410192140.unknown

_1410192207.unknown

_1409924405.unknown

_1410192082.unknown

_1409924235.unknown

_1409924243.unknown

_1409759463.unknown

_1409922869.unknown

_1409923041.unknown

_1409922810.unknown

_1409759424.unknown

_1409758645.unknown

_1409759127.unknown

_1409758626.unknown

_1404569578.unknown

_1404577956.unknown

_1404579034.unknown

_1404579102.unknown

_1404579129.unknown

_1404579069.unknown

_1404573184.unknown

_1404577944.unknown

_1404577925.unknown

_1404573169.unknown

_1404565332.unknown

_1404569172.unknown

_1404569532.unknown

_1404568605.unknown

_1404565264.unknown

_1404565300.unknown

_1404565239.unknown