Halvledare. Transistorer, Förstärkare

Transkript

1 Halvledare Transistorer, Förstärkare

2 Om man har en två-ports krets v in (t) ~ v ut (t) R v ut (t) = A v in (t) A är en konstant: Om A är mindre än 1 så kallas kretsen för en dämpare Om A är större än 1 så kallas kretsen för en förstärkare R kallas för ett belastningsmotstånd (load)

3 Om både insignal och utsignal från förstärkaren är spänningar så är det en spänningsförstärkare. A v A v = v ut(t) v in (t) Negativt betyder att insignalen är förstärkt, men också inverterad. Inverterande förstärkare ) v ut (t) = 2 v in (t)

4 Modell av spänningsförstärkare: R s i i R o i o v s v i R i A voc v i + - v o Thévenin-ekvivalent av källan Spänningsberoende spänningskälla Modell av belastningen R i är förstärkarens in-resistans R o är förstärkarens ut-resistans A voc är förstärkarens tomgångsförstärkning (open circuit)

5 Spänningsförstärkning A v = v o vi = A voc R o + R s i i R o i o v s v i R i A voc v v i + - v o Strömförstärkning A i = i o ii = v o= v i =R i = A v R i Effektförstärkning (Gain) G = P o P i = V oi o V i I i = A v A i = (A v ) 2 R i

6 Förstärkarprestanda R s i i R o i o 1 M 2 v s 1 mv rms v i R ii 2 M 10 A 4 v v i + - v o 8 v i = R i R s +Ri v s = ) v o = R o + A voc v i = = V A v = A voc R o + = :8 = 8000 A i = A v R i = = G = A v A i = 1:

7 Belastnings-påverkan (loading effects): Ingångs-belastning Eftersom alla källor innehåller ett inre motstånd så kommer alltid en del av spänningskällans spänning att ligga över det inre motståndet R s i källan. Utgångs-belastning På samma sätt blir utspänningen lägre, eftersom en del av spänningen från den beroende källan kommer att ligga över ut-resistansen R o i förstärkaren. Detta orsakar då att totala förstärkningen sjunker då man ansluter förstärkaren till yttre kretsar.

8 Kaskad-koppling: v in (t) ~ v (1) ut (t) v (2) ut (t) R v (1) ut (t) = A 1 v in (t) Totala förstärkningen: v (2) ut (t) = A 2 v (1) ut (t) A kaskad = v(2) ut v in = A 1 A 2

9 Strömförsörjning och effektivitet R s i i R o i o v s v i R i A voc v v i + - v o P supply = V AA I A + V BB I B V AA V BB

10 Effektivitet P supply = V AA I A + V BB I B Effekt från strömförsörjning P s P o Utsignalens effekt Insignalens effekt P i P d Värme P i + P s = P o + P d = P o P s

11 Effektivitets-klasser: A: 25% effektivitet. Minst distorsion.enkelsidig matning. B: 78%. Medelhög distorsion. Dubbel-sidig matning. Fler komponenter. AB: ~65%. Lägre distorsion. Dubbelsidig matning. Fler komponenter. C: 90%. Hög distorsion. Dubbel-sidig matning. Fler komponenter. (Används endast i radiosändare) D: 90%. Pulsbreddsmodulering. Distorsion som AB. Komplicerade kretsar.

12 Strömförstärkare i i R o i o v s v i R i i s R s R i A isc i i v o A isc = i osc i i = Avocv i Ro v i R i = A voc R i R o

13 Transkonduktans-förstärkare R s i i R o i o v s v i R i G msc i i v o Om insignalen är en spänning och utsignalen är en ström i osc v i = G msc är en konduktans (invers av resistans)

14 Transresistans-förstärkare i i R o i o v s v i R i i s R s R i R moc i i v o Insignalen är en ström och utsignalen en spänning v ooc i i = R moc är en resistans.

15 Signalanpassning Om man har en signalledning Z o Z L Ingen reflektion om Z L = Z o = Z kabel Detta kallas siganalanpassning (signal matching)

16 Frekvenssvar Frekvenssvar DC-kopplad A i 0:707 A i Bandbredd B f log(f)

17 Frekvenssvar Frekvenssvar för AC-kopplad förstärkare A i 0:707 A i Bandbredd B f log(f)

18 Transistor Det finns flera typer av transistorer: Bipolär Transistor (Bi-polar Junction Transistor, BJT) Fälteffekt transistor (Field Effect Transistor, FET) Metal-Oxide Silicon FET, MOSFET Småsignal-transistor Effekttransistor

19 Transistor Bipolär transistor (Bi-polar Junction Transistor, BJT) Består av två N-kristaller (P-kristaller) och en P-kristall (Nkristall) NPN eller (PNP) typ. Kollektor Bas v CE > 0:7 V v BE 0:7 V Emitter

20 Transistor Två typer: NPN och PNP C C B B Strömmen som flyter mellan bas och emitter (NPN): I B ¼ I BS e e v BE kt E E

21 Transistor Strömmen genom kollektor-emitter Mättat område Saturated region

22 BJT förstärkare R1 R C 15 V i in (t) v BE = 0:7 V T i ut (t) R C = 15 : välj arbetspunkt 0:025 = 600 ) I B = 100¹A R1 = U R 1 I B = 14: = 143 k A i = I C IB = 10:5 0:1 = 105 C = 1!X c = 1 2¼ ¼ 16 ¹F