TRANSISTORIASTEEN TOIMINTA- SUORAN MÄÄRITTÄMINEN

Transkriptio

1 TRANSSTORASTEEN TOMNTA- SUORAN MÄÄRTTÄMNEN H. Honkanen Yhteisemitteri ( tai yhteissource ) kytketyn vahvistinasteen toimintasuoran määrittäminen. Toimintapisteen, eli lepopisteen, ja emitterin ( tai sourcen ) potentiaalin määrittäminen osioissa: BJT-asteen toimintapisteen mitoitus JFET asteen mitoitus Peruskytkennät: LMAN OHTUSKONDENSAATTORA aste CS aste Molemmilla transistorityypeillä, BJT ja FET, toimintasuoran määrittäminen tapahtuu samalla tavoin, joten ne on tässä käsitelty yhdessä. ( Toimintapisteen mitoituksessahan on eroa ) Alla kuvattu jännitetasojen käyttäytyminen : ( Teoreettinen, Uce ei mene nollaksi ) Lepopiste: Mitään vahvistettavaa signaalia ei ole, joten kaikissa pisteissä näkyy tasajännite. Lähtösignaali: Lähtösignaali näkyy kollektorijännitteen vaihteluna. Emitterin taso: Emitterin potentiaali vaihtelee myös virranmuutosten tahdissa.

2 Alla kuvattu jännitteiden käyttäytyminen kytkennässä: Käyttöjännite jakautuu kytkennässä sarjassa olevien resistanssien kesken: BJT: FET: U U + U + U RC RD U U + U + U RE RS Toimintasuoran määrittämiseksi tarvitsemme kaksi pistettä, jotka löytyvät helpoiten suoran ääripisteistä: 1. Piste, jossa virta on nolla ja kaikki jännite jää transistorin yli. Koska virta c 0 ( d 0 ) on tällöin myös kollektorivastuksen, Rc ( Drain- vastuksen, Rd ), yli jäävä jännite nolla. BJT: U U kun, 0 C U kun D FET: U, 0 2. Piste, jossa transistori on täysin johtavana, sen yli ei jää jännitettä, vaan kaikki jännite jää kollektorivastuksen ( tai Drain vastuksen ) ja Emitterivastuksen ( tai Sourcevastuksen ) yli. Tällöin virta on maksimissaan. Piste on teoreettinen, transistorin yli jäävä jännite ei koskaan ole nolla, lähtökäyrästön avulla voidaan määritellä, kuinpa paljon jännitettä jää täysin johtavan transistorin yli. BJT: U C max kun, U 0 RC + RE FET: U Dmax kun, U 0 RD + RS

3 Toimintasuoran piirtäminen Esimerkkitapaus: Tästä saamme: Udd 15V Rd 1200Ω Rs 600Ω Piste 1: Uds Udd, kun d 0 15V ( d 0 ) Piste 2: d Udd / ( Rd+Rs ) 15V / ( 1200Ω+600Ω) 8,3mA Esimerkkisuora on piirretty kanavatransistorille. BJT:lle tekniikka on aivan sama, vain kohtioiden nimet ovat erilaiset Kuormitettaessa vahvistinastetta toimintasuoran kulmakerroin muuttuu, toimintasuora kulkee aina lepo- eli tasavirtatoimintapisteensä kautta Lepo- eli DC-toimintapisteen määritys, Linkit: o BJT-asteen toimintapisteen mitoitus o JFET asteen mitoitus Ominaiskäyrästöjen tulkitseminen, Linkit: o Kanavatransistorin ominaiskäyrät o Transistoriparametrit

4 OHTUSKONDENSAATTOR KYTKETTY - Ohituskondensaattori pitää Emitterin ( Sourcen ) jännitteen vakiona aste CS aste Molemmilla transistorityypeillä, BJT ja FET, toimintasuoran määrittäminen tapahtuu samalla tavoin, joten ne on tässä käsitelty yhdessä. ( Toimintapisteen mitoituksessahan on eroa ) Alla kuvattu jännitetasojen käyttäytyminen : ( Teoreettinen, alempaa ääriarvoa ei voi saavuttaa ) Lepopiste: Mitään vahvistettavaa signaalia ei ole, joten kaikissa pisteissä näkyy tasajännite. Lähtösignaali: Lähtösignaali näkyy kollektorijännitteen vaihteluna. Emitterin taso: Emitterin potentiaali pysyy vakaana ohituskondensaattorin Ce ( tai Cs ) ansiosta. Alla kuvattu jännitteiden käyttäytyminen kytkennässä:

5 Käyttöjännite jakautuu kytkennässä sarjassa olevien resistanssien kesken: BJT: FET: U U + U + U RC RD U U + U + U RE RS Koska Ue ( tai Us ) on ohituskondensaattorin Ce ( tai Cs ) ansiosta vakaa, vaihtelee jännite kollektorivastuksen ja kollektori-emitterivälin kesken ( FET:llä : Drain-vastuksen ja välin kesken ) Toimintapisteen vakavoinnin vuoksi emitterillä tai sourcella oleva vakiojännite on signaalinkäsittelyn kannalta hukkajännitettä, koska sitä ei voi käyttää signaalin käsittelyyn. Toimintasuoran määrittämiseksi tarvitsemme kaksi pistettä, jotka löytyvät helpoiten suoran ääripisteistä: 1. Piste, jossa virta on nolla ja kaikki jännite jää transistorin yli ( Lukuunottamatta emitterillä olevaa vakiojännitettä ). Koska virta c 0 ( d 0 ) on tällöin myös kollektorivastuksen, Rc ( Drain- vastuksen, Rd ), yli jäävä jännite nolla. BJT: U U U kun, 0 E C FET: U U U kun, 0 S D 2. Piste, jossa transistori on täysin johtavana, sen yli ei jää jännitettä, vaan kaikki jännite jää kollektorivastuksen ( tai Drain vastuksen ) yli, lukuunottamatta emitterillä olevaa vakiojännitettä. Tällöin virta on maksimissaan. Piste on teoreettinen, transistorin yli jäävä jännite ei koskaan ole nolla, lähtökäyrästön avulla voidaan määritellä, kuinpa paljon jännitettä jää täysin johtavan transistorin yli. BJT: U U U kun, U 0 RC max E C max U R RC max C FET: U U U kun, U 0 RD max S Dmax U R RDmax D

6 Toimintasuoran piirtäminen Esimerkkitapaus: Tästä saamme: Udd 15V Us 3V Rd 1200Ω Piste 1: Uds Udd Us, kun d 0 15V 3V 12V ( d 0 ) Piste 2: Urd Udd Us 15V 3V 12V d Urd / Rd 12V / 1200Ω 10 ma ( Uds 0 ) Esimerkkisuora on piirretty kanavatransistorille. BJT:lle tekniikka on aivan sama, vain kohtioiden nimet ovat erilaiset Kuormitettaessa vahvistinastetta toimintasuoran kulmakerroin muuttuu, toimintasuora kulkee aina lepo- eli tasavirtatoimintapisteensä kautta Lepo- eli DC-toimintapisteen määritys, Linkit: o BJT-asteen toimintapisteen mitoitus o JFET asteen mitoitus Ominaiskäyrästöjen tulkitseminen, Linkit: o Kanavatransistorin ominaiskäyrät o Transistoriparametrit Kytkentöjen vertailu Ohituskondensaattorilla ( Ce tai Cs ) varustetun kytkennän ominaiskäyrä on jyrkempi, ts. kollektorivirran ( Drain-virran ) muutos saa aikaan pienemmän Uce ( U ds ) jännitteen muutoksen. Vaikka Uce ( Uds ) jännitteen muutos onkin pienempi, vakaan emitteripisteen ( vakaan Sourcepisteen ), ansiosta jännitevahvistus on huomattavasti suurempi. Ohituskondensaattorin tulee olla suuri toimiakseen matalilla taajuuksilla, koskapa Emitteripiirin ( Suorcepiirin ) Dynaaminen resistanssi on pieni. Jännitevahvistuksen määrittäminen ( Linkit ): BJT-vahvistinasteet FET -vahvistinasteet