unlock-poglavlje 01 el2

Fakultet elektrotehnike i računarstvaZavod za elektroniku, mikroelektroniku,

računalne i inteligentne sustave

Elektronika 2Željko Butković, Julijana Divković Pukšec

1. Diferencijska pojačala

SYSTOOLS DEMO

1. Diferencijska pojačala 3

Bipolarno diferencijsko pojačalo s emiterskim otpornikom

2 ulaza → uul1 i uul2

2 izlaza → uiz1 i uiz2

koristi se:samo uiz1 ili uiz2 →asimetrični izlazrazlika uiz = uiz2 − uiz1 →diferencijski ili simetrični izlaz

istosmjerno pojačalo

SYSTOOLS DEMO


Primjer 1.1

U diferencijskom pojačalu sa slike zadano je: UCC = UEE = 15 V, Rg1 = Rg2 = 500 Ω, RC1 = RC2 = 1,5 kΩi RE = 4,5 kΩ. Parametri oba bipolarna tranzistora su β = 100 i Uγ = 0,7 V. Odrediti struje i napone tranzistora u statičkoj radnoj točki.

SYSTOOLS DEMO


Zajednički i diferencijski signal

Naponi ug1 i ug2 rastavljaju se na:zajednički signal uz idiferencijski signal ud

221 gg

zuu

u+

= 12 ggd uuu −=

Pojedinačni ulazni naponi ug1 i ug2 su:

2/1 dzg uuu −= 2/2 dzg uuu +=

Analiza metodom superpozicije – posebno za zajednički, a posebno za diferencijski signal

SYSTOOLS DEMO


Pojačanje diferencijskog signala

Uz simetriju → ibd2 = − ibd1 → nema pada napona na RE .; za uiz = uiz2

Između oba ulaza je diferencijski signal ud → ug2 = − ug1 = ud / 2

22 Cbdfeiz Rihu −=

( )2222/ begbdd rRiu +=

( )22

2

22/21

beg

Cfe

d

iz

d

izVd rR

Rhu

uuuA

+−

===

SYSTOOLS DEMO


Primjer 1.2

Za diferencijsko pojačalo iz primjera 1.1 za asimetrični izlaz uiz = uiz2 izračunati naponska pojačanja zajedničkog i diferencijskog signala AVz i AVd, te faktor potiskivanja ρ. Dinamički faktor strujnog pojačanja hfe = 100, a naponski ekvivalent temperature UT = 25 mV. Zanemariti porast struje kolektora u normalnom aktivnom području.

SYSTOOLS DEMO


Povećanje faktora potiskivanja

Za povećanje faktora potiskivanja trebalo povećati otpor RE → smanjilo bi se zajedničko pojačanje AVz

Uz zadržavanje diferencijskog pojačanja AVd povećanje RE zahtjeva povećanje iznosa napona napajanja − UEE → nepraktično

Rješenje → primjena elementa s velikim dinamičkim i malim statičkim otporom

Primjer: izlazni krug bipolarnog tranzistora u normalnom aktivnom području

SYSTOOLS DEMO


Statička analiza

Statičke struje diferencijskog para tranzistora T1 i T2 osigurava tranzistor T3

Nadomještavanje otpornog djelila u krugu baze tranzistora T3

EEBB URR

RU21

1

+−=

21 RRRB =

( ) EB

BEQEEBBBQ RR

UUUIβ++−+

=13 33 BQCQ II β=

22133

21CQCQ

CQCQIIII ≈

+==

ββ

BEQgBQCQ URIU −−= 113

( ) EEEBQCQCEQ URIUU ++−= 333 1 β

31121 CQCCQCCCEQCEQ URIUUU −−==

SYSTOOLS DEMO


Izlazni dinamički otpor strujnog izvora

( ) ( ) Ebcebfe Riirihiu ++−= 333

( ) ( ) 0333 =+++ EbbeBb RiirRi

iRRi

RrRRi E

EbeB

Eb −=

++−=

33

EEcefe

ceiz RR

RrhriuR ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −++== 3

33 1

uz hfe rce3 >> RE i hfe rce3 >> R → 33 1 ceE

feiz rRRhR ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +≈

za RE /R → 1 otpor > Riz3 → (1 + hfe) rce3 – izlazni dinamički otpor u spoju zajedničke baze

SYSTOOLS DEMO


Pojačanje diferencijskog signala

( )22

2

22/21

beg

Cfe

d

iz

d

izVd rR

Rhuu

uuA

+−

===

SYSTOOLS DEMO


Primjer 1.6

Na diferencijsko pojačalo iz primjera 1.5 priključeni su sinusni signali ug1 = Ug1m sin ωt i ug2 = Ug2m sin ωt. Izračunati izlazni napon uiz = uiz2 za

a) Ug1m = − 5 mV i Ug2m = 5 mV, teb) Ug1m = 20 mV i Ug2m = 30 mV.

SYSTOOLS DEMO


Prijenosna karakteristika (1)

E

EE

E

EEE

RU

RUuI ≈

+=0

210 CC iiI +≈

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

T

BESC U

uIi 11 exp

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

T

BESC U

uIi 22 exp

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

T

BEBEC

T

BEBE

T

BESC U

uuiU

uuU

uIi 122

1221 expexpexp

1212 BEBEBBD uuuuu −=−=

SYSTOOLS DEMO


Unipolarno diferencijsko pojačalo s uvodskim otpornikom

2 ulaza → uul1 i uul2

od 2 izlaza → uiz1 i uiz2

može se koristiti:samo uiz1 ili uiz2 →asimetrični izlazrazlika uiz = uiz2 − uiz1 →diferencijski ili simetrični izlaz

slična je realizacija s MOSFET-ovima

SYSTOOLS DEMO


Primjer 1.7

Odrediti statičku radnu točku diferencijskog pojačala sa slike Zadano je UDD = USS = 18 V, Rg1 = Rg2 = 1 kΩ i RD1 = RD2 = RS = 5 kΩ . FET-ovi T1 i T2 imaju jednake parametre IDSS = 8 mA i UP = − 4 V. Zanemariti porast struja odvoda ID s naponima UDS u području zasićenja.

SYSTOOLS DEMO


Pojačanje zajedničkog signala

Na oba je ulaza zajednički signal → ug1 = ug2 = uz

Uz simetriju obje grane su jednake → analizira se pola pojačala za uiz = uiz2

( ) 22222 2 dDdSgs iRrRu ++=μ

22 2 dSgsz iRuu += 22 dDiz iRu −=

( )2 2

2 2 22 1iz D

Vzz S d D

u RAu R r R

μμ−

= =+ + +

SYSTOOLS DEMO


Faktor potiskivanja

Izlazni napon → zbroj napona uz diferencijski i zajednički signal

Faktor potiskivanja:

zVzdVdiz uAuAu +=

Vz

Vd

AA

≡ρ

( )22 2

112

S

d D

Rr R

ρ μ= + ++

SYSTOOLS DEMO


Unipolarno diferencijsko pojačalo sa strujnim izvorom

SYSTOOLS DEMO


Primjer 1.9

Odrediti statičku radnu točku diferencijskog pojačala sa strujnim izvorom sa slike. Zadano je UDD = USS = 18 V, Rg1 = Rg2 = 1 kΩ, RD1 = RD2 = 5 kΩ i RS = 500 Ω. Parametri tranzistora su: IDSS1 = IDSS2 = 8 mA i UP1 = UP2 = − 4 V , IDSS3 = 9 mA i UP3 = − 6 V . Zanemariti porast struja odvoda ID s naponima UDS u području zasićenja.

SYSTOOLS DEMO


Pojačanja zajedničkog i diferencijskog signala

Analizira se pola pojačala uz uiz = uiz2 .

Koriste se isti nadomjesni sklopovi kao za diferencijsko pojačalo s uvodskim otpornikom.

( )2 2

2 3 2 22 1iz D

Vzz iz d D

u RAu R r R

μμ−

= =+ + +

( )22

22

2 Dd

D

d

izVd Rr

RuuA

+−

==μ

SYSTOOLS DEMO


Prijenosna karakteristika (1)

S

SS

S

SSS

RU

RUuI ≈

+=0 210 DD iiI +=

1212 GSGSGGD uuuuu −=−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=→⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

DSS

DPGS

P

GSDSSD I

iUuUuIi 11

2

( )12 DDDSS

PD ii

IUu −

−=

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+=42

0

2

0

02 21

2 P

DDSS

P

DDSSD U

uI

IUu

IIIi

SYSTOOLS DEMO

unlock-poglavlje 01 el2

Documents