ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504



Samankaltaiset tiedostot
ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T320003

Transistoreiden merkinnät

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

Näytteen liikkeen kontrollointi

BL40A1711 Johdanto digitaalielektroniikkaan: CMOS-tekniikka ja siihen perustuvat logiikkapiiriperheet

PUOLIJOHTEET tyhjennysalue

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

C 2. + U in C 1. (3 pistettä) ja jännite U C (t), kun kytkin suljetaan ajanhetkellä t = 0 (4 pistettä). Komponenttiarvot ovat

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

Sähkötekniikka ja elektroniikka

IGBT-TRANSISTORI. Janne Salonen. Opinnäytetyö Joulukuu 2013 Tietoliikennetekniikka Sulautetutjärjestelmät ja elektroniikka

Sähköpajan elektroniikkaa

FYSE301 Elektroniikka I osa A Loppukoe (Vastaa kaikkiin viiteen tehtävään)

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 7. Tehtävä 1

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Aineopintojen laboratoriotyöt I. Ominaiskäyrät

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Taitaja2005/Elektroniikka. 1) Resistanssien sarjakytkentä kuormittaa a) enemmän b) vähemmän c) yhtä paljon sähkölähdettä kuin niiden rinnankytkentä

CC-ASTE. Kuva 1. Yksinkertainen CC-vahvistin, jossa virtavahvistus B + 1. Kuva 2. Yksinkertaisen CC-vahvistimen simulaatio

FYSE301 Elektroniikka I osa A Loppukoe Vastaa kaikkiin viiteen kysymykseen

Sähköpajan elektroniikkaa

Sähkötekniikka ja elektroniikka

AB LUOKAN AUDIOVAHVISTIMEN SUUNNITTELUOHJEITA

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

Radioamatöörikurssi 2017

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

Sähköpajan elektroniikkaa

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

UNIVERSITY OF JYVÄSKYLÄ LABORATORY WORKS. For analog electronics FYSE400 Loberg D E P A R T M E N T O F P H Y S I C S

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

TASONSIIRTOJEN ja VAHVISTUKSEN SUUNNITTELU OPERAATIOVAHVISTINKYTKENNÖISSÄ

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Radioamatöörikurssi 2015

Vcc. Vee. Von. Vip. Vop. Vin

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Automaation elektroniikka T103403, 3 op AUT2sn. Pekka Rantala syksy Opinto-opas 2012

TRANSISTORIASTEEN TOIMINTA- SUORAN MÄÄRITTÄMINEN

Elektroniikka. Mitä sähkö on. Käsitteistöä

Kaikki kytkennät tehdään kytkentäalustalle (bimboard) ellei muuta mainita.

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Petri Kärhä 04/02/04. Luento 2: Kohina mittauksissa

Fyse302 Zenerdiodi, bipolaaritransistori ja yhteisemitterivahvistin

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Sähkötekniikan perusteet

Mitataan kanavatransistorin ja bipolaaritransistorin ominaiskäyrät. Tutustutaan yhteisemitterikytketyn transistorivahvistimen ominaisuuksiin.

Sähkötekniikan perusteet

Vahvistimet ja lineaaripiirit. Operaatiovahvistin

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

TYÖ 2: OPERAATIOVAHVISTIMEN PERUSKYTKENTÖJÄ

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Multivibraattorit. Bistabiili multivibraattori:

1 f o. RC OSKILLAATTORIT ja PASSIIVISET SUODATTIMET. U r = I. t τ. t τ. 1 f O. KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan ja liikenteen ala

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet

TIEP114 Tietokoneen rakenne ja arkkitehtuuri, 3 op. FT Ari Viinikainen

Radioamatöörikurssi 2013

ELEC-C3230 Elektroniikka 1. Luento 1: Piirianalyysin kertaus (Lineaariset vahvistinmallit)

Vahvistimet. A-luokka. AB-luokka

Analogiapiirit III. Tentti

Taitaja2008, Elektroniikkalajin semifinaali

Radioamatöörikurssi 2011

PERUSRAKENTEET Forward converter, Myötävaihemuunnin ( BUCK regulaattori )

1. Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait

IIZE3010 Elektroniikan perusteet Harjoitustyö. Pasi Vähämartti, C1303, IST4SE

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

Elektroniikka ja sähkötekniikka

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Radioamatöörikurssi 2014

BL40A1711 Johdanto digitaalielektroniikkaan - Johdanto integroituihin digitaalipiireihin

Sähköautoprojekti Pienoissähköauto Elektroniikan kokoonpano Moottoriohjain.

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

FysE301/A Peruskomponentit: vastus, diodi ja kanavatransistori

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

Sähkötekiikka muistiinpanot

Energianhallinta. Energiamittari. Malli EM10 DIN. Tuotekuvaus. Tilausohje EM10 DIN AV8 1 X O1 PF. Mallit

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Kimmo Silvonen

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

2. Vastuksen läpi kulkee 50A:n virta, kun siihen vaikuttaa 170V:n jännite. Kuinka suuri resistanssi vastuksessa on?

Elektroniikan komponentit

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

R = xw = W e (v SG V T )v SD. (4) (v SG V T )v SD. (5)

PIIRIANALYYSI. Harjoitustyö nro 7. Kipinänsammutuspiirien mitoitus. Mika Lemström

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

Transkriptio:

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504 syksyllä 2014 OSA 2 Veijo Korhonen 4. Bipolaaritransistorit Toiminta Pienellä kantavirralla voidaan ohjata suurempaa kollektorivirtaa (kerroin β), toimii vahvistimena - Voidaan ajatella virralla ohjattavana säätövastuksena Toiminnan ääripäissä (sulku- ja kyllästystilassa) toimii kuten auki tai kiinni oleva kytkin - Voidaan ajatella virralla ohjattavana kytkimenä 1

Transistorin kolme toimintatilaa 1. Kantavirta = 0 Kuin auki oleva kytkin (ei johda) Transistori on sulkutilassa (cutoff) I B = 0 I C = 0 2. Kantavirta sopiva Ääripäiden välialueella Lineaarinen/aktiivinen alue I B > 0 3. Kantavirta = riittävän suuri Kuin kiinni oleva kytkin (johtaa hyvin) Transistori on kyllästystilassa (saturation) I B >> 0 I C = max Rakenne Bipolaaritransistori muodostuu joko kahdesta n- ja yhdestä p- puolijohteesta (npn) tai kahdesta p- ja yhdestä n-puolijohteesta (pnp) Kollektori (collector) ja emitteri (emitter) ovat saman tyyppistä puolijohdetta, joiden välissä on toista tyyppiä oleva kanta (base) 2

Mitoitussääntöjä (npn) Kollektorivirta suhteessa kantavirtaan eli virtavahvistus β I C = β I B (β = h FE ) Emitterivirta I E = I B + I C ( usein oletetaan I E I C ) Kanta-emitterijännite pii-transistorilla U BE 0.7 V (kynnysjännite) B I B U BE C E I C I E U CE pnp-transistorilla virtojen ja jännitteiden suunnat vaihtuvat Esimerkki NPN-transistorin käytöstä kytkimenä heikolla logiikkasignaalilla pitää ohjata LEDiä, ohjaussignaali on kuvan mukainen LED: kynnysjännite 2,0 V virta 25 ma Transistori (esim. BC337): β = 100 U CE sat = 0,2 V 4,5 V 0,5 V R B B C E +5 V R C 3

Kollektorivastuksen mitoitus Saturaatiotilassa LEDin läpi pitää saada virtaa 25 ma Kollektorivastuksen R C yli oleva jännite U RC = +5 V 2 V (LED) 0,2 V (U CE ) = 2,8 V Kollektorivastus R C = U RC / 25 ma = 112 Ω valitaan: R C = 100 Ω 4,5 V R B B C +5 V R C U RC 0,5 V E Kantavastuksen mitoitus Saturaatiotilassa kantavirran I B pitää vähintään olla: I B = I C / β = 25 ma / 100 = 250 µa Kantavastuksen R B yli oleva jännite U RB = +4,5 V 0,7 V = 3,8 V +5 V Kantavastus R B = U RB / 250 µa = 15,2 kω valitaan: R B = 15 kω 4,5 V R B B C R C 0,5 V U RB E 4

Darlington-pari suuri virtavahvistus β = β 1 β 2 Yleensä integroitu paketti, missä on lisätty suojausja nopeutusdiodit ja vastukset Differentiaalipari Käytetään vahvistamaan kahden signaalin erotusta Peruskytkentänä mm. operaatiovahvistimessa ja muissa mikropiireissä 5

5. Kanavatransistorit Liitoskanavatransistori (Junction Field Effect Transistor, JFET) Toiminta Perustuu estosuuntaisen pn-rajapinnan tyhjennysalueen levenemiseen jännitteen funktiona Liitoskanavatransistorissa hilajännitteen (Gate) avulla voidaan säätää nielun (Drain) ja lähteen (Source) välisen kanavan resistanssia, jolloin kanavan läpi kulkeva virta pienenee Ohminen alue (linear region) Kanava on koko pituudeltaan auki ja lähde-nielu jännitteen U DS kasvaessa kanavassa kulkeva nieluvirta I D kasvaa Vakiovirta-alue (saturation region) Kun lähde-nielu jännite U DS kasvaa tarpeeksi suureksi, kanava kuristuu toisesta päästä kiinni ja nieluvirta I D pysyy vakiona 6

Jännitettä U GS, joka vaaditaan, että kanava on kuristunut koko pituudeltaan umpeen, kutsutaan kuristujännitteeksi (pinch-off voltage) U P Jos n-kanavaisen JFET:n hilan ja lähteen välinen jännite U GS menee negatiivisemmaksi kuin kuristusjännite U P, niin kanavan resistanssi kasvaa hyvin suureksi ja virta I D pienenee lähelle nollaa I D 0, jos U GS < - U P JFET johtaa ja kanavan kautta kulkee virtaa silloin, kun U GS on alueella - U P < U GS < 0 eli JFET on joko ohmisella tai vakiovirta-alueella 7

Rakenne n-kanava JFET:ssä lähde ja nielu ovat samassa n- puolijohteessa ja hila p-puolijohteissa kanavan päällä Rakenne p-kanava JFET:ssä lähde ja nielu ovat samassa p- puolijohteessa ja hila n- puolijohteissa kanavan päällä 8

JFETin piirisovellukset vahvistin kytkin differentiaalipari MOSFET Metall Oxide Semiconductor Field Effective Transistor Toiminta Sulkutyypin MOSFET:ssa hilajännite poistaa nielun ja lähteen välisen kanavan Avaustyypin MOSFET:ssa hilajännite synnyttää nielun ja lähteen välille kanavan n-mosfet: U GS > U fn (=kynnysjännite < 0,7 V) p- MOSFET: U GS < -U fp 9

Vakiovirta-alue (saturation region) U DS > U GS U f I D = K (U GS U f ) 2 Ohminen alue (linear region) U DS < U GS U f I D = K [2 (U GS U f ) U DS U DS2 ] 10

Rakenne MOSFET:ssa kanavan ja hilan välissä on eristävä oksidikerros joten hilavirta I G 0 Sulkutyypin MOSFET:ssa on lähteen ja nielun yhdistävä puolijohdekanava hilan alla Avaustyypin MOSFET:ssa ei ole puolijohdekanavaa hilan alla Sulkutyypin MOSFET Avaustyypin MOSFET 11

MOSFETin piirisovellukset Vahvistin Kytkin integroidut piirit: jännitteen jakaminen, vakiovirtageneraattori, differentiaalipari, MOS-vastukset, logiikkakytkennät (pienempi kynnysjännite kuin bipolaaritransistorilla) 6. Ideaalinen vahvistin Ideaalinen vahvistin on lineaarinen eli lähtösignaalin taso riippuu suoraan tulosignaalin tasosta jännitevahvistus A u = u out / u in Virtavahvistus A i = i out / i in Vahvistus voidaan ilmaista myös desibeleinä A [db] = 20 log 10 (A u tai i ) 12

Rakenne Ideaalinen jännitevahvistin Tuloresistanssi R in = ja siten tulovirta i in = 0 Lähtöresistanssi R out = 0 ja siten kuormaimpedanssi R l ei vaikuta lähtöjännitteen u out tasoon Lähtöjännite u out = A u u s i in u s R u out l ~ A u Vahvistimen piirisovellukset Signaalin vahvistaminen Lähde- ja kuormaimpedanssien erottaminen Oskillaattorit Suodattimet 13

7. CMOS-logiikkapiirit Complementary Metal Oxide Semicontuctor, CMOS Keksitty 1963 (Frank Wanlass, Fairchild Semicontuctor) Ensimmäiset piirit teki RCA vuonna 1968 Alunperin hidas mutta pienitehoinen vaihtoehto TTL:lle esim. rannekelloissa Nykyisin mikropiirien käytetyin teknologia Tiheä (pienet rakenteet) Nopea (pienet rakenteet = pienet varaukset) Pieni tehonkulutus (pienet varaukset = pienet tehohäviöt) Myös analogia- ja mixed-signal -piirit 14

7.1 Toiminta Toiminta perustuu avaustyyppisten MOSFET:ien käyttämiseen kytkiminä P-MOSFET avautuu, kun hilajännite on kynnysjännitteen verran alle lähdejännitteen (=käyttöjännite) N-MOSFET avautuu, kun hilajännite on kynnysjännitteen verran yli lähdejännitteen (=maapotentiaali) CMOS-piiri kuluttaa tehoa vain tilaa vaihtaessaan, koska staattisen tilan vuotovirrat ovat hyvin pieniä P k*f clk *U 2 7.2 Rakenne Transistorit on yhdistetty pareittain (P-MOSFET ja N- MOSFET) symmetrisesti Transistoreista toinen on aina auki, toinen kiinni. P-MOSFET:n lähde ja N-MOSFET:n nielu on yhdistetty lähtöön invertteri NAND 15

Piirisovellukset 74HC/HCT-logiikkaperhe 74HC04: hex inverter (kuusi invertteriä) 74HC74: dual D flip flop (kaksi D-kiikkua) 4000-logiikkaperhe 16