DISPOZITIVE ELECTRONICE2 C Prof.dr.ing. Gabriel Oltean

1 / 11

Obiectivul cursuluiDezvoltarea 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

2 / 11

Descriere cursstructur 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.

3 / 11

Descriere curssunt 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.

4 / 11

ContinutRelaii si teoreme de circuite electrice Condensatorul i bobina Generalizarea relaiilor si teoremelor de circuite electrice Circuite RC - rspunsul n frecven si in timp

Semnale electrice

FUNDAMENTE

Diode:Tipuri, principiul de functionare, caracteristici, parametri. Circuite cu diode. Dioda ZenerTIRISTOARE

5 / 11

ContinutAmplificatorul operational (AO):AO ideal, principiul de functionare, caracteristici, parametri. Moduri de utilizare Comparatoare de tensiune cu AO. Amplificatoare cu AO.

6 / 11

ContinutTranzistoare (cu efect de camp si bipolare):Tipuri, principiul de functionare, caracteristici, parametri. Circuite cu tranzistoare in comutare. Polarizarea tranzistoarelor (PSF). Amplificatoare fundamentale cu tranzistoare.7 / 11

Desfasurare activitate cursImplicare 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.htmprezentari de curs lucrari de laborator tematica pentru examen exemple de probleme date la examene diverse

8 / 11

9 / 11

NotareExamen 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

E4p

Da

L 5 p

Da

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

Nota =1 4.49 respins

Nota=0,6E+0,2L+0,2T+1 Admis10 /1010 / 11

11 / 11

Fundamente

Text integral1 / 20

Scopul capitolului:

S fim narmai cu mijloace i instrumente de lucru tocmai potrivite pentru nelegerea principiilor de funcionare ale dispozitivelor electronice i a principalelor lor aplicaii.

2 / 20

Coninutsemnale electrice relaiile i teoremele utilizate n circuitele electronice surse de tensiune i curent componentele pasive circute RC - comportare in frecventa si in timp3 / 20

Semnale electrice

4 / 20

Surse. Notaii

5 / 20

Relatii si teoreme de circuite electriceLegea lui Ohm Teoremele lui Kirchhoff (TKV si TKI) Conectarea rezistoarelor Divizoare rezistive

6 / 20

Metoda suprapunerii efectelor

V0 = V01+V027 / 20

Teorema lui Thevenin (generatorul echivalent de tensiune)

8 / 20

Teorema lui Millman (poteniale la noduri)Teorema lui Millman (poteniale la noduri)

VN = ?

9 / 20

Puterea. Transferul de putere

10 / 20

Condensatorul si bobina Relaia tensiune curent Conectarea serie i paralel Comportarea n cc Comportarea n ca

11 / 20

Circuit RC cu sursa de tensiuneEcuaia condensatorului

C dvC (t ) = iC (t ) t

t

t

vC (t ) = vC (0)e + (1 e )vC ()12 / 20

Circuit RC cu sursa de tensiune

t

t

vC (t ) = vC (0)e + (1 e )vC ()

13 / 20

Circuit RC - rspunsul n timpi (t ) = vI (t ) vO (t )CdvO (t ) = i (t )dt ; dvO (t ) i (t ) = C dt

Ri (t ) + vO (t ) = v I (t )

dvO (t ) RC + vO (t ) = v I (t ) dt

vO (t ) = ?14 / 20

T T 5 TA

Calculeaza valoarea medie a tensiunii de intrare

B

A

B

16 / 20

ncrcarea C la curent constant

1 vC (t ) = It C17 / 20

Comportarea n c.a.Reactana

1 ; pentru condensator XC = C X L = L; pentru bobinZ = R + j(X L X C )

Impedana

Z C = R jX C ;Elemente reactive ideale

Z L = R + jX L

1 Zc = ; jC

Z L = jL

18 / 20

Circuit RC - rspunsul n frecven

1 F ( j ) = 1 + jRC

F ( j ) =

1 1 + (RC )2

( ) = arctg(RC)19 / 20

Reprezentarea rspunsului n frecven1 F ( j ) = 1 + jRC

FTJ

20 / 20

Dioda semiconductoare

1/5

Introducere

Simbol

Asocierea sensurilor pentru curent i tensiune2/5

Dioda idealModelul ideal (dioda ideal ) conine doar proprietatea de conducie unilateral a curentului

Caracteristica diodei ideale3/5

Dioda idealDioda 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).

Modele echivalente ale D ideale

Conductie

Blocare4/5

Regimuri de functionareRegim 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) cnddispozitivul controleaz (determin) valoarea diferit de zero a curentului ce trece prin el.

5/5

Dipori DR n comutare

Analiza diporilor DR CSTV - caracteristica static de transfer n tensiunese 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 respectiv1/12

se deseneaz CSTV.

Exemplificare

vD < 0

iD = 0

iD > 0

vD = 0

vO = 0 v D = v I vO vI < 0

vI iD = R

vO = v I

vI > 0

2/12

vO =

0

vI < 0

vI

vI > 0

CSTV Caracteristica statica de transfer in tensiune

3/12

4/12

Alte modaliti de conectareInversarea locului diodei si rezistenei Iesirea de pe D Diport DR, conectare paralel ?

?Structura echivalent pentru situaie de avarie

vI > 0

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

5/12

Dipori cu rezisten de sarcina

Aceasi CSTV Comparatie

6/12

Modelul diodei cu cdere de tensiune constant in conductie

Pentru polarizarea direct vD>0: cnd cnd vD07/12

Efectul cderii de tensiune pe dioda in conducie

8/12

9/12

Aplicaii ale diporilor DRRedresoare monoalternan

10/12

Aplicaii ale diporilor DRSelector de impulsuri

11/12

Aplicaii ale diporilor DRLimitatoare de tensiune

12/12

Multipori DR n comutareMultipori de maxim spaial

vA < vB vO = vB

vA > vB vO = vA1/8

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

vO= max(vA , vB , 0). vO= max(vA 0,7; vB 0,7V; 0).D- ideala D cu cadere de tensiune

2/8

Multipori de minim spaial

vO= min(vA, vB, VAl) vO= min(vA+ 0.7V, vB+ 0.7V, VAl) vO(t) ?3/8

Aplicaii ale multiporilor DRRedresare dubl alternanta

VI>0V

VI> Tpentru

v 0.

IS - curentul de saturaietensiunea termica

VT = 25mV la temp ambianta (aprox 20O C)n=2 pentru diode discrete n=1 pentru diode din CI

i D >> I S

iD I S e

vD nVT3 /14

Dependena de temperaturiD I S evD nVT

IS, VT - depind direct de temperaturala curent constant, la o cretere a temperaturii cu 10C , tensiunea pe diod scade cu 2mVCT = 2mV/ C

v D (T2 ) = v D (T1 ) + CT (T2 T1 ) I

D cst

4 /14

Analiza circuitelor cu diodeID=? VD=?VD nVT

ID = ISeVD nVT

VI = I D R + VD Ecuaie transcendent

VI VD = RI S e

Dou metode aproximative de rezolvare: 1. Metoda grafic 2. Metoda analitic (aproximri succesive)5 /14

Metoda graficEcuatia dreptei de sarcina:

VI = I D R + VDEcuatia diodei:VD nVT

ID = ISe

6 /14

Metoda graficEfectul rezistentei asupra PSF (punct static de functionare)

7 /14

Metoda analitic1. 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.

In analiza manuala, rapida se utilizeaza in general solutia initiala !8 /14

Metoda analitic - ExempluSe considera VI=3V, R=0,5K, iar D este 1N400x cu IS=14nA i n=2.

VD = nVT ln

ID IS

( VD0 ) = 0,7V

V VD ID = I R

( I D0) =

3 0,7 = 4,6 mA 0,5

(0 ID ) 4,6mA (1) VD = nV ln = 2 0,025 ln = 0,635 V T IS 14nA

(1 ID)

( VI VD1) 3 0,635 = = = 4,73mA R 0,5

( V D2 )

(1 I D) 4,73mA = n VT ln = 2 0,025 ln = 0,637 V 14nA IS( VI VD2) 3 0,637 = = = 4,726mA R 0,5

( I D2)

9 /14

Parametrii diodeiParametrii se definesc in punctul static de functionare (PSF)

Parametrii statici se definesc in regim static (c.c.) Parametrii difereniali se definesc in regim variabil(parametrii de semnal mic)

10 /14

Parametrii staticiVD rD = ID Qrezistena static a diodei conductana static a diodei

gD =

1 ID = rD VD

Exemplu: Q1(0,7V; 16,8mA) r D 1 Q2(0,65V; 2,3mA)rD 2

0 ,7 = = 42 16 , 80,65 = = 283 2,3

gD1=24mS gD2=3,5mS

Cu cresterea curentului, dioda este in conductie mai puternica, asadar rezistenta statica este mai redusa.11 /14

Parametrii difereniali (de semnal mic)Un semnal variabil mic este suprapus peste marimile de cc OPTIONAL

vD(t)= VD+vd(t)iD(t)=ID+id(t)

Rezistenta diferentiala:

vd rd = id

Q

nVT rd = ID

v D rd = i D

Q

Aproximarea de semnal mic:regiune liniar in jurul lui Q12 /14

Interpretarea rD i rd

OPTIONAL

Modelarea diodei in PSF curent continuu semnal mic (variatii)

13 /14

Exemplificarevi

OPTIONAL

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)?

14 /14

Dioda Zener

Factorul relativ de stabilizare al DZ

vZ VZ FZ = iZ IZ

rz FZ = rZ

1 /8

ExempluPentru trei diode de 0,4 W la acelai curent nominal IZ =

5 mA avem :

1) DZ 3V6 2) DZ 5V1 3) DZ 10FZ 1

VZ = 3,6V; VZ = 5,1V; VZ = 10V;

rzmax = 95; rzmax = 60; rzmax = 15;

rZ = 0,72 K rZ = 1,02 K rZ = 2 K

95 = = 0,132 720

FZ 2

60 = = 0,059 1020FZ 3

15 = = 0,0075 20002 /8

Domeniul de stabilizare al DZ

I Z max

Pd max = VZ

3 /8

Dependena de temperaturDiodele Zener au un coeficient de temperatur CT care depinde att de tensiune ct i de curentul la care lucreaz. Diodele cu efect Zener (25V) au un coeficient de temperatur negativ (la creterea temperaturii scade VZ,). Diodele cu multiplicare n avalan au coeficient de temperatur pozitiv. 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.

Echivalentul unei diode Zener de 7,5V cu coeficientul de temperatur foarte sczut.

4 /8

Aplicaii ale DZStabilizator parametric de tensiune Referinta de tensiune Limitatoare duble de tensiune Ajustarea nivelului de curent continuu al unui semnal variabilstudiem la CEF

5 /8

Referina de tensiune

Io 0; vO +, vO va fi limitat vD comparatoare cu AOComparator de tensiune: circuit care semnalizeaz prin dou valori diferite ale tensiunii de ieire starea relativ a dou tensiuni aplicate la intrare

compararea tensiunilor: prin semnul diferentei dintre ele in functie de semn, comparatorul raspunde cu una sau alta dintre cele doua valorile disponibile la iesire pentru comparator putem considera o singur intrare i anume diferena ntre v+ i v-, adic vD vD>0, adic v+>v- , vO=vOH VO {VOL , VOH} vDRs - toat tensiunea sursei sa ajung la intrarea amplificatorului Ro0VAl=RIO+VO ; VO= VAl - RIO VCT , IO , VO

VO,min=0

I Oex

V Al = R

5 /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 VCTVCTex tranzistorul - regim de comutare O regiune intermediar, regiunea activ direct aF

VCT(Vpn; VCTex), - tranzistorul - regim de amplificare

6 /9

Utilizarea Tp. Circuit. CST

- blocare (b)

VCT > VPP

- conducie extrem (cex) - regiunea activa (aF)

VCT < VCTex7 /9

VCTex < VCT < VPP

Cine determin graniele ntre cele trei regiuni?Tn Tp

grania (b) - (aF) tranzistorul prin tensiunea de pragT prin funcia IT(VCT) R i VAl prin valorea extrema a curentului de iesire

granita (cex) - (aF), VCT=VCTex tranzistor, R i VAl:

I Oex

VAl = R

8 /9

Exemplu

i) VAl=10V; R=1K ii) VAl=15V; R=1k iii) VAl=10V; R=2.5k9 /9

TECMOSTranzistoare cu efect de cmp metal-oxid-semiconductorSimboluri Structura fizica Principiul de functionare Caracteristici de transfer si de iesire Regiuni de funcionare Plasarea PSFpentru TMOS cu canal n indus i canal p indus.1 / 18

Structura fizica canal n indus

Ce conditii trebuie realizate pentru a avea curent intre drena si sursa? Formarea unui canal cu purtatori majoritari de tip n de la drena la sursa Crearea unei diferente de potential pozitive drena sursa care sa antreneze purtatorii

2 / 18

Optional

3 / 18

Optional

ID = 0

4 / 18

Optional

Curentul depinde liniar de VGS5 / 18

Optional

Curentul depinde neliniar de VGS2

6 / 18

Curentul prin tranzistor

Curentul prin tranzistor depinde de VGS - formarea canalului VDS deplasarea dirijata a purtatorilor

I D = f (VGS , VDS )7 / 18

Simboluri

D drena G grila S sursa B baza (substrat)

8 / 18

Principiul de funcionarePentru a nelege funcionarea TMOS vom studia caracteristicile statice la terminalele TMOS cu canal n:

Familia de caracteristici de transfer

i D + iG = iS nod de curent iG = 0 i D = iS

i D (vGS ) cu parametru v DS

Familia de caracteristici de iesire

vGS = vCo v DS = v Al9 / 18

i D (v DS ) cu parametru vGS

Caracteristici de transferi D (vGS ) cu parametru v DS

VDSsat = vGS VP

Regiunea liniara

vDS mic,

vDS < VDSsat2

iD = [2(vGS VP )vDS vDS ]iD depinde liniar de tensiunea de comanda vGS, - depinde de tensiunea de iesire vDS, Regiunea de saturatie vDS< vDSsat

vDS > VDSsat

iD = (vGS VP ) 2iD depinde doar de patratul vGS VP=0,58V, =104A/V210 / 18

Caracteristici de iesirei D (v DS ) cu parametru vGS

i D (v DS ) cu parametru vGS Regiunea liniara

iD = [2(vGS VP )vDS vDS ]2

vDS < VDSsat Regiunea de saturatie (activa)

iD = (vGS VP )vDS > VDSsat

2

11 / 18

Exemplificare5V

Ce valori au VGS, ID, VDS, VGD, VDSsat pentru urmatoarele valori ale VCo?

VCo1 = 2V VCo 2 = 2.5V VCo 3 = 2.8VPlasati punctele statice de functionare Q(VDS, ID), in planul caracteristicilor de iesire. In ce regiuni de functionare lucreaza tranzistorul?12 / 18

Regiunea activ:

Regiunea liniara:

i D = (vGS VP )

2

iD = [2(vGS VP)vDS v ]2 DS

parametru constructiv al tranzistorului TMOS; factorul beta se msoar n A/V2, mA/V2, A/V2; pentru tranzistoare discrete se poate extrage din caracteristicile de catalog Pentru tranzistoarele integrate avem:

K W = 2 L

KW (vGS VP )2 iD = 2 L

regiunea activ

K - parametrul transconductan i se msoar n A/V2 W - limea canalului prin care circul iD L - este lungimea canalului prin care circul iD13 / 18

Plasarea PSF: Q(ID, VDS)

Dreapta de sarcin:

vDS =VAl -RD iDVDS

Q(ID, VDS) se afl la intersecia dreptei de sarcin cu caracteristica corespunztoare tensiunii vGS

14 / 18

Regiuni de functionareIDex

T (b): VGSVP, deci T (cex) sau (aF) iD =2(4-1)2 =18mA vDS =20-318= -34V presupunerea T - (aF) este fals T este n (cex)

Alt modalitate: compararea valorii iD in (aF) cu iDexiDex = VAl vDS ,ex R VAl 20 = = 6,67 mA R 3

iD=18mA > iDex=6,67mA T - (cex)

17 / 18

b) valoarea minim vGSmin pentru care T este n (cex) corespunde plasrii lui T pe curba vDSsat vDSsat =VAl -RiD vDSsat =vGSmin-VP VAl -RiD=vGsmin VP iD =(vGSmin-VP)2 R (vGSmin VP)2+ (vGSmin-VP) -VAl = 0 din soluia vGSmin VP >0 VGSmin =2,744V18 / 18

TECMOS IN COMUTAREIn cazul tranzistoarelor n comutare, apar dou stri extreme:

(b)curentul de iesire (iD ) tensiunea de ieire (vDS) regiunea specifica de functionare zero

(cex)stabilit (aproape) n totalitate de circuitul extern tranzistorului

stabilita de circuitul foarte apropiata de extern tranzistorului zero (ideal zero) (alimentare) TECMOS: blocat TECMOS: regiunea liniara1/13

Tn

Tp

Modelul intrerupator comandat

VCTex,n

VCTex,p

vCT >VCTex,n ; T- (cex) ; iO >0 ; vO0 vCT VPp ; T- (b) ; iOT=0 vCT 0 ; vO02/13

Intrerupatoarele comandate sunt complementare

Comutatoare analogicesemnalului de intrare ctre ieire n funcie de un semnal de comand. vCo - dou nivele: VCoL VCTex,n

CA este un circuit care permite sau blocheaz trecerea

vCo=VCoL ; Tn-(b) ;

vO=0

blocheaza trecerea vI permite trecerea vI3/13

vCo=VCoH ; Tn- (cex) ; vO= vI

comandate complementare

CA cu dou ntreruptoare

vCo=VCoH

vCo=VCoL ; CA-(b) ; vCo=VCoH ; CA- (c) ;4/13

C=0; CA-blocat; vO=0 C=1; CA-conduce; vO=vI CA implementare CMOS VCoH=VDD; VCoL=VSS vI (VSS; VDD)CI 4066 - 4 pori de transfer; alimentat la 10V, ron=150

DG400 de laSiliconics ron=20

5/13

Aplicatie: MUX cu trei canale

6/13

Circuite logice cu tranzistoare MOSModelul ntreruptor comandat ideal Implementare cu tranzistoare MOS complementare circuite logice CMOS

7/13

Inversorul logicCu Tn si R

0 logic - 0V 1 logic - VAl

Cu Tp si R

8/13

Analiza critica a inversorului cu intrerupator comandat si RTn (c) Tn (b)

Diminuarea dezavantajului R ct mai mic, ideal R0; R ct mai mare, ideal R9/13

Solutie: nlocuirea R cu ntrerupator comandat

Dou solutii: ntreruptoare complementare

comand complementar

Specifica TMOS

Specifica TB10/13

Inversorul CMOS

VGSn=vI ; vGSp=vI-VDD

11/13

CSTV a inversorului CMOSIdeala din punct de vedere al intrarii

Optional

Reala

12/13

Margini de zgomot

NM H = VOH min VIH min NM L = VIL max VOL maxNivelele tensiunii i marginile de zgomot pentru familia logic CMOS alimentata la +5V

NM L = 1,5V 0 ,5V = 1V NM H = 4 ,5V 3,5V = 1V

13/13

Tranzistoare bipolare (TB)Simbolurile Structura simplificata Caracteristici de intrare, transfer, iesire Principiul de functionare Regiunile de funcionare Curentii prin TB Saturatia TB pentru TB npn i pnp1 / 14

SimboluriSimboluri uzuale

npn

pnp

Ce vede un ohmmetru la terminalele TB Exist interaciune ntre cele dou diode2 / 14

npn

pnp

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).3 / 14

Structura simplificata, tranzistor npnEfectul de tranzistor:Trecerea curentului printr-o regiune polarizat invers (bazcolector) 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 4 / 14 difuzie a purttorilor minoritari n aceste regiuni.

Caracteristici statice la terminaleleISv BE VT

iB =

e

iC =iBValabila in regiunea activa

iC = I S e

v BE VT

Caracteristica de intrare

Caracteristica de transfer

5 / 14

Caracteristici de ieire

Regiunea activ: iC=iB Saturaie: iC 0,6V vBC>0,6V

vBE RB min

iB >

min

iCex

RB < min

vCo vBEsat 2,7 0,8 = 75 = 24K iCex 5,9

14 / 14

TB IN COMUTAREIn cazul tranzistoarelor n comutare, apar dou stri extreme:

(b)curentul de iesire (iC ) tensiunea de ieire (vCE) regiunea specifica de functionare zero

(cex) (sat)stabilit (aproape) n totalitate de circuitul extern tranzistorului

stabilita de circuitul foarte apropiata de extern tranzistorului zero (VCE,sat 0,2V) (alimentare) TB: blocat TB: saturatie1/8

Tn

VCTex,n

Modelul intrerupator comandatvCT >VCTex,n ; T- (cex) ; iO >0 ; vO0 vCT ( + 1)Teorema Thevenin: VBB, RB

RE > 10

RB

VBB = RB I B + VBE + RE I EIE=(+1)IB

rezistena de intrare

RB1, RB2 valori mici cerute de independena PSF de RB1 i RB2 valori mari cerute de

IE insensibil la variaiile temperaturii (VBE)

VBB VBE IE = RE + RB /( + 1)

VBB >> 0,1Vo variaie VBE de 0,1V poate fi neglijat fa de VBB=35V 16/19

Exemplificare 3

VAl=15V; RB1=10k; RB2=4,7k; RE =1,5k; RC=1,8k; =150 Calcul aproximat IC = ? VCE =? VC = ? VE = ? Calcul exact IC = ? IC = 2,7mA IC = 2,73mA VCE = 6V VC = 10,1V VE = 4,1V

17/19

Exemplificare 4RE =

1 1 Uzual VBB = VAl = 12 = 4V 3 3 alegem:

VBB VBE (1/ 3) 12 0,7 = 1,65 1,6K = 2 IE 1 V AL IC 2 IB < = = 20A IB = 100 10 RB1 + RB 2 VAl 12 = = 60K R B1 + R B 2 < 10 I B 10 0,02

VBB

RB 2 1 = V Al = V Al 3 RB1 + RB 2

R B1 = 2 R B 2

RB2=18K; RB1=36K Valorile rezistentelor Verificare: astfel incat T in aF la VBB VBE 4 0,7 IC=2mA. IE = = = 1,92mA RE + RB /( + 1) 1,6 + 12 /(100 + 1) V =12V, =100Al18/19

Polarizarea TB, alimentare diferentiala

IE = IV Al VBE IE = RE + RB /( + 1) VCE = 2V Al RC I C RE I E

VCE

RB = VAl RC I C + VBE + I +1

Tensiunea pe sursa de curent:

V Al V BE

RB I +119/19

Modele de semnal mic ale tranzistoarelorfuncionarea la semnal mic (variatii) parametrii de semnal mic modele de semnal mic

Modelul de semnal mic necesar pentru a deduce vo in functie de vi

2/13

Funcionarea la semnal micTranzistorul pentru regimul de semnal mic: parametrii difereniali (sau parametrii de semnal mic) valorile parametrilor difereniali depind de PSF modelul de semnal mic al tranzistorului. Modelul tranzistorului la frecvente joase:

rezistenta de intrare rezistenta de iesire sursa comandata care arata transferul intrare-iesire La frecvente inalte modelul se completeaza cu capacitatile parazite dintre terminale3/13

TECMOS la semnal mic

Conexiunea SC

Schema completa a amplificatorului cu 1 TMOS (polarizare + semnal variabil) Schema echivalenta pentru semnal mic: tensiune continua sau curent continuu

- pasivizarea surselor de

4/13

Parametrii de semnal mic Transconductana diferenial id i D gm = vDS =cst = vDS =cst vGS v gs ( (vGS VP ) 2 gm = vGSQ

iD = (vGS VP )

2

= 2 (vGS VP ) Q

2I D gm = = 2 ID VGS VPtranzistoare integrate:

W g m = 2K I D L

id = g m v gs

TECMOS: surs de curent comandat n tensiune (SCCT) pentru semnal mic

5/13

Rezistenta diferentiala de intrare

grila este izolat electric de restul structurii: rezistena diferenial de intrare este infinit (intrerupere)

Rezistenta diferentiala de iesirecaracteristicile de iesire nu sunt perfect orizontale, curentul de dren crete uor cu tensiunea dren-surs lavGS = cst.

v DS 1 ro = = go i D

vGS

vds = cst = id

vGS = cst

vDS iD = (VGS VP ) 1 + V A 2

VA tensiunea Early

VA ro = ID

6/13

regim static

TMOS:

regim variabilid = g m v gs

g m = 2 (VGS VP ) = 2I D = = 2 ID vGS VPI D = (VGS V P ) 2VDS RO = ID

id = 2 (VGS VP )v gsVA ro = ID7/13

Modelul de semnal mic al TECMOS la frecvente joase :

g m = 2 (VGS VP ) = 2I D = = 2 ID vGS VP

VA ro = ID la frecvente inalte: apar capacittile parazite interne ntre terminale; tipic de ordinul pF sau fractiuni de pF8/13

Parametrii de semnal mic ai TB Transconductana diferentiala

iC gm = v BE

ic vCE =cst = vbe

vCE =cst

iC = I S e vBE / VTVT 25mV @ 20 o C

Amplificarea n curent

IC gm = 40 I C @ 20o C VTVT = KT q

iC = i B

ic vCE =cst = ib

vCE =cst

Dei pot exista diferene ntre amplificarea n curent continuu i amplificarea diferenial in curent, vom folosi aceeai notaie i aceeai valoare (orientativ =100).

temp. g m 9/13

Parametrii de semnal mic ai TB - continuare Rezistena de ieire

vCE ro = iCiC = I S e

vBE =cstvBE VT

vce = ic

vBE cst

vCE 1 + VA

Rezistena de intrare

v BE rbe = i B

vbe vCE =cst = ib

vCE =cst

VA ro = IC

rbe =

gm10/13

Modele de semnal mic ale TB la joasa frecventa

g m = 40 I C

rbe =

gm

VA ro = IC

simplificat11/13

modelele hibrid

Modele de semnal mic ale TB la inalta frecventa

modelul hibrid

apar capacitatile parazite intre terminalele tranzistoruluifrecvente inalte

efectul acestor capacitati: reducerea amplificarii la

se poate folosi si modelul cu sursa de curent comandata in curent12/13

Exemplul numeric pentru TECMOSTECMOS : K=100A/V2 , W/L=1, VA=100V ; polarizat la ID=100A.Care sunt valorile parametrilor de semnal mic i joas frecven?W g m = 2K L I D = 2 100 1 100 = 0.14mS V A 100 = = 1M ro = 0,1 ID

Exemplul numeric pentru TBTB polarizat n PSF la IC=100A, VA=100V, =100.gm=40IC=400,1=4mSCare sunt valorile parametrilor de semnal mic i joas frecven?

100 = = 25K rbe = gm 4

V A 100 ro = = = 1M IC 0,113/13