ELECTRONIC~ ANALOGIC~ CAP I. DIODE SEMICONDUCTOARE A. JONC[IUNEA PN Dup@ conductivitatea pe care o prezint@ materialele se ^mpart ^n 3 categorii: - bune conduc@toare - cu rezistivitate mic@ (ex. Cu - 1,7·10 -3 ·m ) - izolatoare - cu rezistivitate foarte mare (ex. diamantul - 10 12 ·m ) - semiconductoare - materiale care conduc ^n anumite condi]ii ( Ge- 4,7·10 -2 }i Si - 1,95·10 3 ) Spre deosebire de metale , ^n cazul semiconductoarelor exist@ procedee prin care se poate influien]a conductibilitatea lor. Prin impurificarea uni cristal de Ge sau Si cu un anumit element impurificator se poate ob]ine un semiconductor de tip n sau de tip p. Pentru realizarea unui semiconductor de tip n se folosesc impurit@]i donatoare (fosfor, arseniu, stibiu), conductibilitatea electric@ se datoareaz@ unui surplus de sarcini negative(electroni) Pentru realizarea unui semiconductor de tip p se folosesc impurit@]i acceptoare(bor, indiu, galiu) , conductibilitatea electric@ se datoreaz@ unui surplus de sarcini pozitive(goluri) Jonc]iunea pn reprezint@ o structur@ fizic@ realizat@ ^ntr-un monocristal care are dou@ regiuni vecine, una de tip p }i alta de tip n. B. Polarizarea jonc]iunii PN. Prin polarizarea unei jonc]iuni PN se ^n]elege aplicarea unei tensiuni la bornele jonc]iunii. Polarizarea direct@ - are loc c$nd jonc]iunea P este mai pozitiv@ dec$t jonc]iunea N , sau dac@ sursa de alimentare se conecteaz@ cu + 1
Transcript
ELECTRONIC~ ANALOGIC~
CAP I. DIODE SEMICONDUCTOAREA. JONC[IUNEA PN
Dup@ conductivitatea pe care o prezint@ materialele se ^mpart ^n 3 categorii:- bune conduc@toare - cu rezistivitate mic@ (ex. Cu - 1,7·10-3 ·m )- izolatoare - cu rezistivitate foarte mare (ex. diamantul - 1012 ·m )- semiconductoare - materiale care conduc ^n anumite condi]ii ( Ge-4,7·10 -2 }i Si - 1,95·103 )Spre deosebire de metale , ^n cazul semiconductoarelor exist@ procedee prin care se poate influien]a conductibilitatea lor.Prin impurificarea uni cristal de Ge sau Si cu un anumit element impurificator se poate ob]ine un semiconductor de tip n sau de tip p.Pentru realizarea unui semiconductor de tip n se folosesc impurit@]i donatoare (fosfor, arseniu, stibiu), conductibilitatea electric@ se datoareaz@ unui surplus de sarcini negative(electroni)Pentru realizarea unui semiconductor de tip p se folosesc impurit@]i acceptoare(bor, indiu, galiu) , conductibilitatea electric@ se datoreaz@ unui surplus de sarcini pozitive(goluri)Jonc]iunea pn reprezint@ o structur@ fizic@ realizat@ ^ntr-un monocristal care are dou@ regiuni vecine, una de tip p }i alta de tip n.
B. Polarizarea jonc]iunii PN.Prin polarizarea unei jonc]iuni PN se ^n]elege aplicarea unei tensiuni la bornele jonc]iunii.Polarizarea direct@ - are loc c$nd jonc]iunea P este mai pozitiv@ dec$t jonc]iunea N , sau dac@ sursa de alimentare se conecteaz@ cu + la P }i cu - la N. C$nd este polarizat@ direct , peste o anumit@ valoare a tensiunii de polarizare, rezisten]a electric@ a jonc]iunii este foarte mic@ }i permite trecerea curentului electric prin ea.Polarizarea invers@ - are loc c$nd jonc]iunea P este mai negativ@ dec$t jonc]iunea N, sau dac@ sursa de alimentare se conecteaz@ cu + la N }i cu - la P. C$nd este polarizat@ invers , rezisten]a electric@ a jonc]iunii este foarte mare, iar peste o anumit@ valoare a tensiunii de polarizare(tensiune de str@pungere) se poate distruge.
1
Tensiunea de prag- este tensiunea minim@ aplicat@ la bornele jonc]inii , prin polarizarea direct@, la care jonc]iunea permite trecerea curentului electric. La jonc]iunea cu germaniu UP=0,2 - 0,4 V, iar la jonc]iunea cu siliciu UP= 0,4 - 0,8 V.
C. Tipuri de diode semiconductoare.Dioda semiconductoare- este un dispozitiv electronic format dintr-o
jonc]iune PN ^nchis@ ^ntr-o capsul@ metalic@, de plastic sau sticl@ }i prev@zut@ cu dou@ terminale.Un terminal se nume}te ANOD }i reprezint@ PLUSUL diodei , iar cel@lalt terminal se nume}te CATOD }i reprezint@ MINUSUL diodei.1. Diode redresoare1.1 Generalit@]i Jonc]iunea PN care formeaz@ dioda
Figura1. Simbolul unei diode redresoare
Dioda redresoare se utilizeaz@ pentru transformarea unui semnal electric alternativ ^n semnal electric continuu. Cel mai frecvent se utilizeaz@ pentru transformarea tensiunii alternative ^n tensiune [email protected] diod@ redresore intr@ ^n conduc]ie, deci permite trecerea curentului prin ea c$nd: este polarizat@ direct cu o tensiune mai mare dec$t tensiunea de prag.1.2 Familii de diodeDiodele redresoare pot fi cu siliciu sau cu germaniu. Ele se construiesc ^n capsul@ de plastic sau capsul@ [email protected] ^n capsul@ din plastic au o band@ de culoare alb@ la terminalul care este MINUSUL diodei.Diodele ^n capsul@ metalic@ au terminalul care reprezint@ MINUSUL diodei conectat la capsula [email protected] redresoare ^n capsul@ din plastic se noteaz@ cu 1N4001 , 1N4002,........, 1N4007 suport$nd o tensiune invers@ maxim@ de 50V, 100V, 200V, 400V, 600V, 800V, 1000V }i curentul maxim de 1A.
2
P N
A K
Diodele redresoare ^n capsul@ metalic@ se noteaz@ cu F057,F087, F107, F207, F307,F407 suport$nd o tensiune invers@ maxim@ de 50V, 80V, 100V, 400V, 600V, 800V }i curent max. de 0,75A%n func]ie de valoarea curentului mediu redresat sunt 3 categorii de diode: pentru curen]i mici (max.1A) ; pentru curen]i medii (zeci de amperi) ; pentru curen]i mari (peste 100 A).Mai sunt diode redresoare de 2A , F102, F202, F402, F602, F802, F112 cre suport@ tensiuni inverse de 100V, 200V, 400V, 600V, 800V, 1000V.Diodele pentru curen]i mai mari de 6A se noteaz@ ^n general cu D....N... (ex. D32N2) unde:dup@ litera D este indicat curentul ^n amperi , iar dup@ litera N este indicat@ tensiunea ^n vol]i/100Diodele pentru curen]i medii }i curen]i mari, pentru a nu se deteriora ^n timpul func]ion@rii , se monteaz@ ^n circuit pe radiatoare de aluminiu. Suprafa]a radiatorului se alege ^n func]ie de puterea disipat@ de diod@. Pd = UA·IA
(Densitatea maxim@ de curent ^n cazul siliciului este 1A/mm2).1.3 Identificarea terminalelor }i verificarea unei diode. Pentru identificarea terminalelor se utilizeaz@ un multitester al c@rui comutator se pozi]ioneaz@ pe domeniul . ATEN[IE!!! - pe acest domeniu se schimb@ polaritatea aparatului (borna + devine -, iar borna - devine +).Se pun tastele aparatului pe terminalele diodei. Dac@ dioda este bun@ ^ntr-un sens aparatul indic@ rezisten]@ mic@ (acul se deplaseaz@ spre dreapta), iar dac@ schimb@m pozi]ia tastelor aparatul indic@ rezisten]@ mare sau f.mare(acul se deplaseaz@ foarte pu]in spre dreapta sau nu se deplaseaz@ deloc). Dac@ ^n ambele pozi]ii ale tastelor aparatul indic@ rezisten]@ mic@ (aproximativ aceea}i rezisten]@) atunci dioda este str@puns@(^n scurtcircuit). Dac@ ^n ambele pozi]ii ale tastelor aparatul indic@ rezisten]@ f. mare sau nu indic@ nimic atunci dioda este ^[email protected] a identifica anodul }i catodul diodei se pozi]ioneaz@ tastele aparatului pe bornele diodei astfel ^nc$t acesta s@ indice rezisten]@ mic@(acul se deplaseaz@ spre dreapta).%n acest@ situa]ie plusul aparatului se afl@ la plusul diodei(anod) }i minusul aparatului se afl@ la minusul diodei (catod). NU UITA!!! POLARITATEA APARATULUI ESTE SCHIMBAT~ PE DOMENIUL . (Figura 2.)
3
AK A K
Figura 2.1.4 Func]ionarea diodei ^n circuit.1.4.1 %n circuitul de curent continuu.O diod@ plasat@ ^ntr-un circuit de c.c. ^n func]ie de pozi]ia terminalelor fa]@ de sursa de alimentare , aceasta poate permite trecerea curentului prin ea sau poate bloca trecerea curentului. Dioda permite trecerea curentului prin ea dac@ este plasata cu ANODUL (+) spre POLUL POZITIV al sursei , sau dac@ este plasat@ cu CATODUL spre POLUL NEGATIV al sursei.%n circuitele de c.c. dioda redresoare poate fi folosit@ ca element de protec]ie la alimentare cu polaritate invers@ a unui circuit.
a) Figura 3. b)%n figura 3. a) dioda permite trecerea curentului prin ea (deoarece este cu Anodul spre plusul sursei), deci becul lumineaz@ , iar ^n figura3.b) dioda nu permite trecerea curentului prin ea (deoarece este cu Catodul spre plusul sursei), deci becul nu [email protected] %n circuitul de curent alternativ.%ntr-un circuit de curent alternativ dioda redresoare redreseaz@ o semialternan]@ (pe cea pozitiv@ sau cea negativ@) ^n func]ie de terminalul cu care este conectat@ la sursa de curent alternativ.Dac@ conect@m dioda cu PLUSUL spre SURS~ va redresa semialternal]a pozitiv@ (fig.4.a), deci la ie}irea ei vom ob]ine +.Dac@ conect@m dioda cu MINUSUL spre SURS~ va redresa semialternan]a negativ@(fig.4.b), deci la ie}irea ei vom ob]ine -.
4
6 V 6 V
a) Figura 4. b)
2. Diode redresoare rapide . Se utilizeaz@ la redresarea tensiunilor de frecven]e mari (1000-10000 Hz).Au timpul de comutare mult mai mic dec$t al diodelor redresoare normale , parametru care determin@ frecven]@ maxim@ de lucru.Tipuri reprezentative: BA 157; BA 159 ; DRR 114; 6DRR 4 etc.3. Diode cu contact punctiform (detectoare de semnal) Sunt diode de mic@ putere(0,3 W) cu germaniu, construite ^n capsul@ de sticl@ , au timpul de comutare foarte mic }i capacitatea foarte mic@ (sub 1pF). Se utilizeaz@ ^n domeniul frecven]elor ^nalte }i ultra^nalte ca detectoare }i schimb@toare de frecven]@, fiind folosite }i ^n regim de impulsuri, ca diode de comuta]ie. 1 2 3 4 5 2
Figura 4. - Structura unei diode cu contact punctiformDioda este format@ dintr-o capsul@ din sticl@(1), str@b@tut@ de doi electrozi metalici (2). La extremitatea unuia din electrozi se afl@ un cristal de germaniu(5) de tip n, iar la extremitatea celuilalt electrod se afl@ un conductor ascu]it de wolfram (3) care vine ^n contact cu cristalul de germaniu (5). Dup@ asamblarea diodei aceasta se conecteaz@ ^ntr-un circuit si la trecerea unui impuls de curent scurt dar intens , la contactul dintre firul de wolfram }i cristalul de germaniu se formeaz@ o regiune de tip p (4).Tipuri reprezentative: EFD 1074. Diode de comuta]ie foarte rapid@.
5
6 V c.a.6 V c.a.
Aceste diode au timpul de comutare foarte mic }i capacitatea mic@ (sub 5pF). Sunt construite ^n capsul@ de [email protected] utilizeaz@ la comutarea rapid@ a unor semnale, la detec]ia ^n ^nalt@ frecven]@, la mixarea semnalelor de radiofrecven]@.Tipuri reprezentative: 1N 4148 ; BB 243
Sunt dispozitive semiconductoare care se polarizeaz@ invers }i care prezint@ un domeniu (de stabilizare) ^n care varia]ilor mari de curent corespund varia]ii mici de tensiune. Dioda se monteaz@ ^n circuit ^n serie cu o rezisten]@ care limiteaz@ curentul ce trece prin diod@ }i previne distrugerea ei. Aceste diode se utilizeaz@ ^n general la stabilizarea tensiunii }i ca dispozitive de protec]ie ^n diferite circuite electronice. Se construiesc cu tensiuni de satbilizare cuprinse ^ntre 2,7 }i 200V }i putere disipat@ ^ntre 0,25 }i 50 W.5.1 Parametrii importan]i:
- tensiunea nominal@ de stabilizare VZT (care este deobicei marcat@ pe diod@)
- curentul maxim admisibil IZM (din catalog)- puterea de disipa]ie Pd = VZT·IZM .
5.2 Familii de diode stabilizatoare: DZ 2V7 .....DZ 51 , sunt diode de 0,5W care stabilizeaz@ tensiuni ^ntre 2,7V }i 51V.Cifra sau grupa de cifre ^nscrise dup@ DZ indic@ tensiunea care o stabilizeaz@ dioda.Exist@ }i diode DZ 1 , care stabilizeaz@ tensiune de 1V, dar acestea se polarizeaz@ direct. PL 2V7.....PL200, sunt diode de 1W 1N 3016B.....1N 3051B, sunt diode de 1W, care stabilizeaz@ tensiuni ^ntre 6,8V }i 200V 10DZ6V8....10DZ180, sunt diode de 10W, care stabilizeaz@ tensiuni ^ntre 6,8V }i 180V 20DZ6V8...20DZ180, sunt diode de 20W, care stabilizeaz@ tensiuni ^ntre 6,8V }i 180V 50DZ6V8...50DZ180, sunt diode de 50W, care stabilizeaz@ tensiuni ^ntre 6,8V }i 180V.5.3 Conectarea diodei ^n circuit }i calculul rezisten]ei de limitare.
6
RZ
Vin DZ Vies RS Fig.5 Montaj cu diod@ Zener
Not@m: Vin- tensiunea de intrare ; IS - curentul de sarcin@ maxim ; VZ - tensiunea de stabilizare a diodei ; IZ - curentul de stabilizare al diodei ; IZM - curentul de stabilizare maxim ; VinM - tensiune intrare maxim@Se calculeaz@: curentul de stabilizare minim IZm = 10·IZ . Vin - VZ VinM - VZ(1) RZ = ------------ (2) IZL = ---------- (3) IZL < IZM (condi]ie) IZm + IS RZCu rela]ia (1) se calculeaz@ valoarea rezisten]ei de limitare RZCu rela]ia (2) se calculeaz@ curentul IZL la care lucreaz@ dioda cu rezisten]a RZCu rela]ia (3) se verific@ dac@ curentul la care lucreaz@ dioda este mai mic dec$t curentul maxim pe care ^l suport@ dioda.Marimile VZ; IZ ; IZM - se i-au din catalog , iar Vin , IS , VinM din datele de proiectare a circuitului.
Simbolul diodei varicapSunt diode care se polarizeaz@ invers, care ^-}i modific@ capacitate ^n func]ie de tensiunea de polarizare. Se comport@ ca un condesator variabil, a c@rei capacitate se modific@ , modific$nd tensiunea unei surse de polarizare. %n circuit se ^nseriaz@ cu un condesator care ^mpiedic@ ca tensiunea de polarizare a diodei s@ se scurtcircuiteze la [email protected] utilizeaz@ ^n circuitele de schimbare a frecven]ei (selectoare de canale), circuite de reglaj automat al frecven]ei, etc.Pentru frecven]e p$n@ la 1GHz se utilizeaz@ ^n construc]ia diodelor siliciul , iar pentru frecven]e mai mari se utilizeaz@ galiu-arseniu ; indiu-arseniu.Tipuri reprezentative: BB109 ; BB139 ; BB105 ; BB126 ETC.
7
CAP.2 APLICA[II ALE DIODELOR Redresoare.Redresorul este un dispozitiv electronic format din una sau mai multe diode redresoare care are rolul de a transforma o tensiune electic@ alternativ@ ^n tensiune electric@ [email protected] redresoarelor: dup@ tipul tensiunii alternative redresate:
- redresoare monofazate- redresoare polifazate( de obicei trifazate)
dup@ dup@ num@rul de alternan]e pe care le redreseaz@- redresoare monoalternan]@- redresore bialternan]@
dup@ posibilitatea controlului asupra tensiunii redresate- redresoare necomandate ( cu diode redresoare)- redresoare comandate ( cu tiristoare)
dup@ natura sarcinii- cu sarcin@ rezistiv@ (R)- cu sarcin@ inductiv@ (RL)- cu sarcin@ capacitiv@ (RC)
1. Redresorul monoalternan]@. Tr. D
uin us u1 uin uS RS
t t
8
a) b)
Fig.1 - Redresorul monofazat monoalternan]@ cu sarcin@ rezistiv@ a - schema electric@ b - forma de und@ a tensiunii redresate
Pe durata alternan]elor pozitive dioda conduce (deoarece este cu anodul spre sursa de alimentare), ^n circuit apare un curent apare un curent propor]ional cu valoarea tensiunii aplicate. Pe durata alternan]elor negative dioda este blocat@ }i curentul prin circuit este nul.La ie}irea redresorului monoalternan]@ forma tensiunii este mai mult pulsatorie dec$t continu@. Pentru a ^mbun@t@]ii forma tensiunii de ie}ire trebuie redresate ambele alternan]e, fapt care se realizeaz@ utiliz$nd 2 sau 4 diode.
2. Redresor dubl@ alternan]@ cu transformator cu priz@ median@ D1 u1 u2 uS u1 uS u1 u2 uin u2 RS D2 t t
a) b) c) Fig. 2 Redresor bialternan]@ cu priz@ median@ a - schema electric@ b - formele de und@ a tensiunilor din secundar c- forma de und@ a tensiunii redresate
Transformatorul cu priz@ median@ are ^n secundar 2 ^nf@}ur@ri cu acela}i num@r de spire, deci u1=u2 (cele 2 ^nf@}ur@ri sunt ^n opozi]ie de faz@ - fig.2.b).Dioda D1 redreseaz@ alternan]ele pozitive ale tensiunii u1, iar dioda D2
redreseaz@ alternan]ele pozitive ale tensiunii u2.C$nd dioda D1 conduce, dioda D2 este blocat@ }i invers. C$nd o diod@ este blocat@ tensiunea invers@ la care este supus@ este aproabe dubl@ fa]@ de cazul ^n care dioda conduce.
9
Tensiunea de ie}ire a redresorului are o form@ mult ^mbun@t@]it@ fa]@ de redresorul monoalternan]@, iar randamentul acestui redresor este dublu fa]@ de cel monoalternan]@.3. Redresorul dubl@ alternan]@ ^n punte. A D1 D2
uin uies - +
D3 D4 uS RS B
Fig.3 Redresorul dubl@ alternan]@ ^n punteC$nd la intrarea A a pun]ii este alternan]a pozitiv@ la intrarea B este alternan]a negativ@ }i invers. %n prima situa]ie conduc diodele D2 }i D3, iar diodele D1 }i D4
sunt blocate. %n a doua situa]ie conduc diodele D1 }i D4 }i sunt blocate diodele D2 }i D3.Forma tensiunii de ie}ire este aceea}i ca la redresorul bialternan]@ precedent.
4. Filtrarea tensiunii redresate.Pentru a ^mbun@t@]ii forma tensiunii pulsatorii redresate, ^n vederea aducerii c$t mai aproape de o tensiune continu@ se folosesc circuite electrice numite filtre de netezire.Aceste filtre pot fi:
- simple ( cu bobin@ sau condensator)- compuse ( cu bobin@ }i condensator)
Cele mai utilizate ^n practic@ sunt filtrele cu condesator.
Tr Duies uS
uin uies C uS RS
t t
Fig.4 Redresor monoalternan]@ cu filtru de netezire(RC)
10
Condensatorul C are rolul de a se opune varia]iilor de tensiune men]in$nd astfel o tensiune relativ constant@ la bornele sarcinii RS. %n prima semialternan]@ pozitiv@, dioda intr@ ^n conduc]ie (rezisten]a ei scade) }i condensatorul C se ^ncarc@. %n semialternan]a negativ@ dioda se blocheaz@ }i condensatorul C se descarc@ pe rezisten]a de sarcin@ RS men]in$nd astfel o tensiune constant@ la bornele sarcinii. Ciclurile se repet@ periodic.
uin uies PR uS C us RS t
Fig.5 Redresor dubl@ alternan]@ ^n punte cu filtru de netezire.
CAP. 3 TRANZISTOARE BIPOLARE.1. Structura }i principiul de func]ionare a tranzistorului bipolar.
Tranzistorul - este un dispozitiv semiconductor activ relizat din dou@ jonc]iuni PN situate ^n imediata vecin@tate una fa]@ de cealalt@. Fiecare semiconductor este conectat la un terminal:E - EMITOR - emite purt@tori din zona puternic dopat@C- COLECTOR - colecteaz@ cea mai mare parte a purt@torilor emi}i de emitorB - BAZA - controleaz@ trecerea purt@torilor de la emitor spre colectorTranzistoarele sunt de 2 tipuri: PNP - purt@torii emi}i sunt goluri (+)
NPN - purt@torii emi}i sunt electroni (-)
Jonc]iunea emitor - baz@ este jonc]iunea emitorului , iar jonc]iunea colector - baz@ este jonc]iunea colectorului.Pentru ca un tranzistor s@ func]ioneze jonc]iunea emitor - baz@ se polarizeaz@ direct cu o tensiune mai mare sau egal@ cu tensiunea de prag , iar jonc]iunea colector - baz@ se polarizeaz@ invers cu o tensiune de ordinul vol]ilor sau zecilor de vol]i.Deplasarea purt@torilor majoritari din jonc]iunea emitorului ^n jonc]iunea colectorului, prin efect de c$mp poart@ numele de - efect de tranzistor.
Se utilizeaz@ ^n joas@ frecven]@ }i ^n radiofrecven]@. Avantaj- amplificare ^n putere foarte mare. Dezavantaj - lucreaz@ la frecven]e mici.
b) Conexiunea BAZ~-COMUN~ (BC)
+ - - IE IC
12
Rezisten]a de intrare - medie (sute ohmi)Rezisten]a de ie}ire - medie (sute ohmi)Amplificare de curent - 10 - 100Amplificare de tensiune - peste 100Amplificare ^n putere - p$n@ la
Rezisten]a de intrare - mic@ (unit@]i ohmi)Rezisten]a de ie}ire - mare (sute de mii ohmi)Amplificare de curent - sub 1Amplificare de tensiune - p$n@ la 1000
UEB UCB - -
Se utilizeaz@ ^n etajele amplificatoare de RF din receptoarele UUS. Avantaj - lucreaz@ la frecven]e foarte ^nalte. Dezavantaj - rezisten]@ de intrare mic@.
c) Conexiunea COLECTOR-COMUN (CC)
+ + IE + IB UEC UBC - -
Se utilizeaz@ c$nd se dore}te o rezisten]@ de intrare foarte mare }i o rezisten]@ de ie}ire mic@. Se utilizeaz@ ^n general ca transformator de impendan]@. Montajul se mai nume}te repetor pe emitor, deoarece tensiunea de ie}ire este aproximativ egal@ cu ce de intrare (deci "repet@" tensiunea de intrare). Este un amplificator de curent.Dintre cele 3 conexiuni cea mai utilizat@ este conexiunea EMITOR - COMUN
3. Regimurile de func]ionare a tranzistoarelor bipolare. La tranzistoarele bipolare se definesc doi coeficien]i: - factor de amplificare ^n curent din emitor ^n colector (la montajul cu baz@ comun@) Are valori cuprise ^ntre 0.95 }i 0.998 - factor de amplificare ^n curent din baz@ ^n colector(la montajul cu emitor comun)Are valori cuprinse ^ntre 20 }i 1000 IC(mA) 8 Regim satura]ie IB=30A Regim de conduc]ie 6 IB=20A PSF
4 IB=10A Dreapta de sarcin@
13
Rezisten]a de intrare - mare (zeci de mii ohmi)Rezisten]a de ie}ire - mic@ (zeci de ohmi)Amplificare de curent - peste 10Amplificare de tensiune - sub 1Amplificare ^n putere - 10
2 Regim blocare IB=0 0 1 2 3 4 5 6 UCE (V) Caracteristica de ie}ire pentru tranzistorul bipolar BC 107
%n func]ie de modul de polarizare a jonc]iunilor exist@ 3 regimuri de func]ionare a TB:a) Regim activ normal
- jonc]iunea BE este polarizat@ direct- jonc]iunea BC este polarizat@ invers
Ic=IB (EC) Ic = IE (BC) ; UBE = (0,6 - 0,8)V ; UCE 0 Vb) Regim de blocare
- jonc]iunea BE este polarizat@ invers- jonc]iunea BC este polarizat@ invers
Ic = IB = IE = 0 V ; UCE = EC
c) Regim de satura]ie- jonctiunea BE este polarizat@ direct- jonc]iunea BC este polarizat@ direct
IC < IB (EC) IC < IE (BC) ; UBE = (0,6 - 0,8)V ; UCE = 0V
Tranzistorul se comport@ ca un ^ntreruptor:
- ^n regimul de conduc]ie se comport@ ca un ^ntreruptor ^nchis care permite trecerea curentului de la emitor la colector sau invers, situa]ie ^n care tensiunea CE este f. mic@ chiar 0V
- ^n regimul de blocare se comport@ ca un ^ntreruptor deschis care nu permite trecerea curentului prin el , situa]ie ^n care tensiunea CE este mare, este egal@ cu tensiunea de alimentare a colectorului sau emitorului
4. Circuite de polarizare a tranzistoarelor bipolare.
.01uF
+15V
2N2222A
.01uF
.01uF67518k
10K
2003.3k
14
R1
R2
Rc
Re Ce
Rs
Rolul elemenetelor schemei electrice:R1 }i R2 - rezisten]e de polarizare a bazei. Aceste rezisten]e formeaz@ un divizor de tensiune care asigur@ un poten]ial constant al bazei. Curentul care str@bate rezisten]a R2 trebuie s@ fie mult mai mare dec$t curentul care str@bate rezisten]a R1 ( IR2 = (5 - 20)IR1), deci rezisten]a R2 are valoare mult mai mic@ dec$t R1Rc - rezisten]a de colector numit@ }i rezisten]@ de sarcin@, care are rolul de a crea la bornele ei o tensiune propor]ional@ cu curentul care o parcurgeRe -rezisten]@ de emitor , are rolul de a limita curentul care str@bate colectorul la varia]ia temperaturii. Are rolul de stabilizator termic .Rezisten]a este mai mic@ de 5 p$n@ la 10 ori fa]@ de rezisten]a de colector. Re=Rc / 5 sau Re=Rc / 10Ce - condensator de decuplare a emitorului. Se conecteaz@ ^n paralel cu rezisten]a de emitor care scurtcircuitez@ rezisten]a de colector ^n curent alternativ }i previne consumul inutil de semnal alternativ.
5. Dimensionarea unui amplificator tranzistorizat
15
R1
Date ini]iale:Ua=10V Ic=1mA ; Uc=Ua / 2 = 5V ; = 100 , Ai=100. Uc 5V 1. Se calculeaz@ Rc. Rc = ----- = -------- = 5K se alege Rc=4K7 Ic 1 mA Rc 4K7 Rc 4K72. Se calculeaz@ Re. Re = ------- = ------- = 470 sau Re=------=------- =1k Re=1K 10 10 5 5 U23. Se calculeaz@ RB2. RB2 = ----- I2U2 =Up+URE , URE=Re·Ie dar Ie = Ic =1mA , URE=1K·1mA=1V, deci U2 =0,6+1=1,6V U2=1,6V
IC 1mAI2=10·IB , IB = ----- = -------= 10A deci I2=10·10A=100A = 0,1mA I2 = 0,1mA Ai 100 1,6VRB2 = --------- = 16 k , alegem 15k RB2=15K 0,1mA U14. Se calculeaz@ RB1. RB1 = ----- I1
C1=C2 =1F...10F Ce= 10F...100FAmplificatorul prezentat este ^n montaj emitor comun. Amplificarea este
mare , dar se utilizeaz@ numai la frecven]e mici. Pentru frecven]e mari se
10uF
+10V
BC107
220uF
4K768k
1K15k
10uF
U1
U2
RB1
RB2
RC
RE
16
utilizeaz@ amplificator ^n montaj baz@ comun@. Calculul rezisten]elor ^n curent continuu se face la fel ca la montajul emitor comun, iar spre deosebire de acest montaj semnalul este introdus prin emitor, iar baza este cuplat@ la mas@ printr-un condensator.
La amplificatorul ^n conexiune emitor comun tensiunile U1 }i U2 sunt alternative. Tensiunea de ie}ire U2 va fi de 100 de ori mai mare dec$t tensiunea de intrare U1 }i ^n opozi]ie de faz@ fa]@ de aceasta. U1 U2
t t
U2 Factorul de amplificare ^n tensiune Au = ------ ; U1 IC ICFactorul de amplificare ^n curent Ai==-----(montaj EC) ; Ai==---- (montaj BC) IB IE =0,95 - 0,98 = 20 - 1000Factorul de amplificare ^n putere Ap = Au · Ai
CAP. 4 APLICA[II ALE TRANZISTOARELOR BIPOLARE.1. STABILIZATOARE DE TENSIUNE
BC107U2
RB1
RB2
RC
REU1CB
17
Stabilizatorul de tensiune cu tranzistor compar@ ^n permanen]@ valoare tensiunii de ie}ire (stabilizate) cu tensiunea de referin]@ (a unei diode Zener). Aceast@ compara]ie are ca rezultat ob]inerea unei tensiuni numite tensiune de eroare care comand@ modificarea valorii rezisten]ei echivalente a tranzistorului care se mai nume}te }i element regulator. Tranzistorul preia varia]iile de tensiune sau curent ale sarcinii, men]in$nd tensiunea }i curentul de ie}ire constante.Dac@ semnalul de eroare este prea mic pentru comanda tranzistorului ^n montaj se intercaleaz@ ^nc@ un tranzistor sau un amplificator opera]ional care poart@ numele de amplificator de eroare. Sunt dou@ tipuri de stabilizatoare de tensiune: serie }i paralel.1.1. Stabilizator de tensiune serie. T +E II IC IS UBE RZ IB UI IR IZ US UZ DZ
-US = UZ - UBE ; UI = UR + UZ ; IR = IZ + IB ; IS = IC + IB .
Func]ionarea stabilizatorului.Orice modificare a tensiunii de intrare sau de ie}ire este sesizat@ de tranzistorul T , care este elementul regulator. %n func]ie de tensiunea baz@-emitor UBE , se modific@ rezisten]a jonc]iunii colector-emitor fapt care duce la caderea pe aceast@ jonc]iune a unei tensiuni mai mari sau mai mici.UZ = US + UBE , deoarece UZ este constant@ c@nd US cre}te UBE scade iar tranzistorul T tinde s@ se blocheze }i cre}te tensiunea colector - emitor deci cre}terea de tensiune este preluat@ de tranzistor }i l tensiunea US r@mn$ne constant@. Dac@ US scade UBE cre}te iar tranzistorul T se deschide }i tensiunea colector - emitor scade , sc@derea de tensiune este preluat@ de tranzistor }i tensiunea US r@m$ne constant@.
1.2. Stabilizator de tensiune paralel .
18
La acest tip de stabilizator elementul de control adic@ tranzistorul T este conectat ^n paralel cu sarcina. Fa]@ de stabilizatorul serie are un randament mai mic, dar avantajul fa]@ de acesta este c@ elementul de control nu se distruge la apari]ia unui scurtcircuit sau suprasarcini }i este utilizat mai ales c$nd curentul de sarcin@ prezint@ varia]ii rapide.+ R1 II IS +
Func]ionarea stabilizatorului.Rezisten]a R1 numit@ }i rezisten]@ de balast preia cre}terea sau sc@dera tensiunii de intrare }i men]ine tensiunea de ie}ire constant@. Cre}terea sau sc@derea tensiunii pe rezisten]a de balast este comandat@ de tranzistorul T astfel:- dac@ tensiunea de intrare cre}te are tendin]a s@ creasc@ }i tensiunea de ie}ire. Acest fapt determin@ cre}terea tensiunii baz@ - emitor UBE (deoarece UZ
este constant@). Dac@ UBE cre}te atunci scade tensiunea UCE fapt care duce la cre}terea tensiunii pe R1 iar tensiunea de ie}ire US r@m$ne [email protected] dac@ tensiunea de intrare scade are tendin]a s@ scad@ }i tensiunea de ie}ire. Acest fapt determin@ sc@derea tensiunii baz@-emitor UBE (deoarece UZ este constant@). Dac@ UBE scade atunci cre}te tensiunea UCE fapt care duce la sc@derea tensiunii pe R1 iar tensiunea de ie}ire US r@m$ne [email protected]]a de balast R1 preia varia]iile de tensiune , limiteaz@ curentul prin tranzistor deci ^l protejeaz@ ^n cazul apari]iei unui curent de scurtcircuit sau [email protected] tip de stabilizator are randamentul sc@zut datorit@ consumului rezisten]ei de balast }i a tranzistorului T.
1.3 Stabilizator de tensiune serie cu protec]ie la supracurent
19
T +E II IC IS RP +
RZ UBE
IB IC
UI IR IZ US UZ TP
DZ
- -
Circuitul de protec]ie la supracurent se bazeaza pe principiul reducerii curentului de baza al tranzistorului serie , deci la "inchiderea acestuia" c$nd curentul de sarcin@ dep@}e}te o anumit@ valoare. Curentul de sarcin@ trece prin rezistorul RP produc$nd pe rezistor o c@dere de tensiune, tensiune care este sesizat@ de tranzistorul TP fiind chiar tensiunea baz@-emitor a tranzistorului. C$nd aceast@ tensiune dep@}e}te valoarea de 0,6V tranzistorul incepe s@ [email protected]$nd tranzistorul intr@ ^n conduc]ie cre}te curentul s@u de colector IC fapt care duce la sc@derea curentului de baz@ a tranzistorului serie deci scade }i curentul s@u de colector.Rezisten]a RP se calculeaz@ ^n func]ie de curentul maxim care poate fi absorbit de sarcin@. 0,6 V
RP = ------------ IS max
Dac@ curentul de sarcin@ cre}te peste valoarea maxim@ admis@ pe rezistorul RP cade o tensiune mai mare de 0,6V iar aceast@ tensiune este transmis@ jonc]iunii baz@-emitor a tranzistorului TP . Tranzistorul intr@ ^n conduc]ie }i curentul care circul@ prin el cre}te, deci cre}te IC. Deoarece IZ este constant , va sc@dea curentul de baza al tranzistorului serie. Prin sc@derea curentului de baz@ scade curentul care circul@ prin tranzistor }i acesta are tendin]a s@ se blocheze deorece cre}te rezisten]a jonc]iunii emitor-colector
1.4. Stabilizator de tensiune serie cu amplificator de eroare.20
Amplificatorul de eroare sesizeaz@ varia]iile de curent sau de tensiune ale sarcinii }i comand@ Inchiderea sau deschiderea tranzistorului serie. Deci ^n func]ie de comanda care o prime}te de la amplificatorul de eroare tranzistorul serie preia varia]iile de tensiune }i curent din circut men]in$nd tensiunea de ie}ire constant@. Tranzistorul din amplificatorul de eroare are tensiunea din baz@ dat@ de un divizor de tensiune. U U I = ------- R1 R1+R2 U2 I = -------- R2 U2 R2 U U2 R2 ---------- = -------- U2 = U ---------- R1 + R2 R2 R1 + R2
T1 + IS +
RP RZ R1 IP IB1 IC2 IB2 UI T2 P US UBE2
R2 UZ
Tranzistorul T2 este amplificatorul de eroare. Tensiunea ^n baza tranzistorului T2
este stabilit@ R2de divizorul de tensiune R1 - P - R2 UB2 = US ------------ dar UB2 fa]@ de mas@ este R1 + R2
R2 R1+R2UB2 = UBE2 + UZ US --------- = UBE2 + UZ US = (UBE2 + UZ ) --------- R1+R2 R2
Dac@ US cre}te atunci cre}te }i UBE2 deoarece UZ este constant@. Dac@ UBE2 cre}te atunci cre}te }i curentul de colector al tranzistorului T2. Dac@ cre}te IC2 atunci scade IB1 }i tensiunea colector-emitor al tranzistorului serie cre}te. Deci cre}terea de tensiune US este preluat@ de tranzistorul serie fapt care duce la men]inerea constant@ a tensiunii US.Dac@ US scade atunci scade }i UBE2 iar curentul de colector al tranzistorului T2 scade. Dac@ scade IC2 atunci cre}te IB1 }i tensiunea colector -emitor al tranzistorului serie scade, fapt care duce la men]inerea constant@ a tensiunii US.
21
1.5. Calculul unui stabilizator de tensiune serie cu amplificator de eroare. T1 + IS +
RP RZ R1 IR IB1 IC2 US P US T2 IB2 UBE2 UZ R2 DZ - -
1. Se alege tipul de tranzistor care se utilizeaz@.
Tranzistorul serie trebuie s@ asigure curentul maxim de sarcin@ ISM , iar tensiunea colector emitor UCE maxim@ trebuie s@ fie mai mare dec$t tensiunea maxim@ de intrare UIM. Puterea disipat@ pe tranzistorul serie trebuie s@ satisfac@ condi]ia: Pd =(UIM - US)ISM < Pd max.Se stabile}te factorul de amplificare ^n curent al tranzistorului la curentul de colector IC=IS2. Se calculeaz@ rezisten]a de polarizare RP.Aceasta se calculeaz@ tin$nd cont c@ trebuie s@ asigure curentul de baz@ al tranzistorului T1 ISM URp (U IM-US-0,7)1IB1 = ------- ; RP = ------ ; UIM = URp+UBE1+US URp = UiM-US-0,7 RP = ------------------ 1max IB1 ISM3. Se alege tranzistorul din amplificatorul de eroare T2.Acesta trebuie s@ asigure un curent de colector cel pu]in egal cu cel al bazei lui T1, tensiunea colector -emitor UCE2 > UIM - UZ ; factorul de amplificare 2 s@ fie mare.
4. Se alege dioda Zener DZ.Tensiunea de referin]@ a diodei UZ = (0,4...0,5)US. Curentul prin diod@ trebuie s@ fie mai mare dec$t curentul de colector IC2. Rezisten]a de polarizare a diodei DZ se calculeaz@ cu formula: US - UZ
RZ = ---------- IZ5. Se calculeaz@ divizorul R1 - P - R2Curentul prin divizor trebuie s@ fie cam de 10 ori mai mare dec$t IB2. IB2=IC2/2 ; ID = 10 IC2 / 2 R2
22
Tensiunea dintre baza lui T2 }i mas@ trebuie sa fie UB2 = UZ+UBE2 ; UB2 = US -------- R1+R2 Us ISM 1 USR1+P+R2 = ----- ; ID= 10----- ----- R1+P+R2 = -------- 12 . ID 1 2 10ISM2. AMPLIFICATOARE.
Un amplificator este un circuit electronic prev@zut cu 2 borne de intrare }i dou@ borne de ie}ire. capabil s@ redea la ie}ire un semnal mult mai mare ^n amplitudine dec$t semnalul de intrare dar de aceea}i form@ }i frecven]@ cu acesta.Amplificatorul este prev@zut cu o surs@ de alimentare pentru polarizarea elementelor active din montaj , care amplific@ semnalul de intrare.a) Clasificare
Dup@ natura semnalului amplificat:o amplificatoare de tensiuneo amplificatoare de curento amplificatoare de putere
Dup@ tipul elementelor active folosite:o cu tuburi electroniceo cu tranzistoareo cu circuite integrate (opera]ionale)o magnetice
Dup@ banda de frecven]@ a semnalului amplificat:o amplificatoare de curent continuu- amplific@ frecven]e ^ncep$nd cu
0 Hzo de audiofrecven]@(joas@ frecven]@) f=20Hz...20kHzo de radiofrecven]@(^nalt@ frecven]@) f=20kHz....30MHzo de foarte ^nalt@ frecven]@ f=30MHz...300MHz
Dup@ l@]imea benzii de frecven]@:o de band@ ^ngust@ f=9kHz...30kHzo de band@ larg@ (videofrecven]@) f=5Hz....5MHz
Dup@ tipul cuplajului folosit ^ntre etaje:o cu cuplaj RCo cu circuite acordateo cu cuplaj prin transformator
23
o cu cuplaj rezistiv (amplificatoare de curent continuu)
b. Parametrii amplificatoarelor.1. Coeficientul de amplificare (amplificarea) - reprezint@ raportul dintre m@rimea electric@ de ie}ire }i m@rimea electric@ de intrare. Se pot definii:
- amplificare ^n tensiune Au = Us/Ui- amplificare ^n curent Ai = Is/Ii- amplificare ^n putere Ap=Ps/Pi
Pentru exprimarea valorii amplific@rii se utilizeaz@ ca unitate de m@sur@ :decibelul (dB) AudB=20log*Us/Ui ; AidB=20log*Is/Ii ; ApdB=10log*Ps/Pi neperul (Np) AuNp=ln*Us/Ui ; AiNp=ln*Is/Ii ; ApNp=0,5*ln*Ps/Pi
1Np = 0,686dB2. Caracteristica amplitudine frecvent@ - se refer@ la dependen]a amplific@rii fa]@ de frecven]a semnalului de intrare. Amplificarea este independent@ de frecven]@ ^n regiunea frecven]elor medii }i scade spre capetele benzii , at$t la frecven]e mici c$t }i la frecven]e mari3. Distorsiunile - reprezint@ reproducerea inexact@ a semnalului de ie}ire fa]@ de cel de intrare. Distorsiunile pot fi:
- ale amplitudinii ^n func]ie de frecven]@(liniare)- ale fazei ^n func]ie de frecven]@(liniare) (au importan]@ ^n
videofrecven]@)- armonice (neliniare) (au importan]@ ^n amplificatoarele de putere)- de intermodula]ie(neliniare)
4. Raportul semnal / zgomot - reprezint@ raportul ^ntre tensiunea de ie}ire produs@ de semnalul amplificat }i tensiunea de zgomot propriu. Tensiunea de zgomot propriu este produs@ de elementele componente ale amplificatorului. Aceasta se poate m@sura la ie}irea amplificatorului , scurtcircuit$nd bornele de intrare
5. Sensibilitatea - reprezint@ tensiunea necesar@ la intrarea amplificatorului pentru a ob]ine la ie}ire tensiune sau putere nominal@. Ea caracterizeaz@ amplificatoarele de putere }i se exprim@ ^n unit@]i de tensiune
24
6. Gama dinamic@ - reprezint@ raportul dintre semnalul de putere maxim@ }i cel de putere minim@ pe care le poate reda amplificatorul.Nivelul semnalului amplificat este limitat superior de puterea etajului final }i inferior de raportul semnal / zgomot al amplificatorului.
2.1. Amplificatorul audio de joas@ frecven]@.
Un amplificator audio trebuie s@ cuprind@ un PREAMPLIFICATOR }i un AMPLIFICATOR FINAL.Preamplificatorul - amplific@ tensiunile mici la nivelul necesar atacului etajului final.Preamplificatorul lucreaz@ cu puteri mici, iar curen]ii de colector sunt ^ntre 0,5mA }i 2mAAmplificatorul final - sau amplificatorul de putere amplific@ semnalul ^n putere, lucreaz@ cu curen]i mari , deci el se construie}te cu tranzistoare de putere care suport@ curen]i de colector mari. Acest amplificator necesit@ la intrare un semnal de amplitudine mare , iar impendan]a de ie}ire este mic@ (de c$]iva ohmi ).
