Transistorforsterker

Transkript

1 Oppsummering Spenningsforsterker klasse Med avkoplet emitter og uten Forsterkeren inverterer signalet faseskift 180o Transistoren er aktiv i hele signalperioden i b B i c C g m I V C T i c v i r π B1 B2 C vo E i e r π β g m v g m C ev. v g m ( C L ) i b B i c C v Signalkilden ser inn mot en motstand C E r π v i B2 C E B1 i c v o i e E r inn B1 r π B2 + ( β r inn + 1) hvor E

2 Oppsummering Emitterfølger - ingen invertering ingen spenningsforsterkning men stor effektforsterkning - impedanstransformator Strømforst i P P i i e b β V b i β b + 1) Effektforsterkning i erkning ( i 0, 99 ( β β ) Hva er dette? Ingen lastmotstand på kollektor Felles kollektor Forsterker som virker på bare en halvperiode klasse B forsterker (?) 2

3 Effektforsterkere Virkningsgrad η Klassifisering av forsterkere PL ( vgitt signaleffekt til lasten) P ( tilført effekt fra power) i. Lavfrekvensforsterkere høyfrekvensforsterkere ii. vstemte forsterkere uavstemte forsterkere iii. Smalbåndforsterkere bredbåndsforsterkere CC Småsignalforsterkere - ofte betegnelse på rene spenningsforsterkere Effektforsterkere - omfatter 4 grupper forsterkere Effektforsterkere inndeles etter hvordan transistorens arbeidspunkt er plassert Klasse - klasse B Klasse B Klasse C Klasse D 3

4 Effektforsterkere : rbeidspunktet ligger midt i det aktive området. Kollektorstrømmen følger variasjonene i inngangssignalet gjennom hele perioden. Lav virkningsgrad B : rbeidspunktet ligger på grensen mellom det aktive området og cut-off. Signalkomponenten i kollektorstrømmen gjengir bare annenhver halvperiode av inngangssignalet. Høy virkningsgrad C : Signalkomponenten i kollektorstrømmen gjengir bare en del av annenhver halvperiode av inngangssignalet. Brukes i avstemte effektforsterkere. Høy virkningsgrad D : En «switching amplifier» eller en Pulse With Modulation (PWM) - forsterker 4

5 Effektforsterkere Effektforsterker Klasse (emitterfølger) Kretsanalyse E 5Ω V CC 10 v IC MX 2 Transistoren tåler 5 watt avgitt varme (P C MX 5w). Kurven for et max. kollektortap på 5w er inntegnet (rødt). Vi legger arbeidspunktet så nær denne kurven som mulig. Dvs. dette punktet gir størst kollektortap effekttapet er størst når forsterkeren ikke er tilført signal! Uten signal vil total avgitt effekt være P T 10W(DC). Dette fordeler seg med 5w på transistoren og 5w på lastmotstanden E. Vi får maksimal signaleffekt til lasten når utgangen styres mellom cut off og metning. Dvs. signalspenning på 10V PP over lasten E. (Signalspenning 10Vpp 3,5 Vrms) V V 5 MS P 3, ,4 Paradoks transistoren er kaldest når avlevert signaleffekt til lasten er størst. Effekt til lasten P L ( V rms) E E E 2,5 Klasse forsterker - max virkningsgrad η 25% watt Virkningsgrad η P P L Total 2,5w 10w 0,25 5

6 Effektforsterkere klasse B Emitterfølger gir effektforsterkning Forsterker som bare virker på en halvperiode klasse B forsterker Push-Pull Klasse B forsterkere bruker både npn - og pnp transistorer Uten signal er begge transistorene cut off Forsterkeren har Cross over distrortion transistorene er cut off en kort periode ved hver 0 - gjennomgang. Base Emitter-dioden må overstige 0,7 volt før transistoren leder.. Dette forårsaker forvrengning av signalet. 6

7 Effektforsterker klasse B ingen cross over - forvrengning Effektforsterkere Forsterker klasse B ( Single supply ) Forsterker klasse B Vha. 2 dioder forspennes de to basene på transistorene Q 1 og Q 2 slik at de leder litt strøm - uten signal inn. Dvs. hele signalperioden forsterkes Transistorene er ikke cut off når signalet nærmer seg 0. Den største spenningen vi kan få over L ½ V CC. Den største strømmen vi kan få igjennom lastmotstanden L - I L V CC / 2 L Effekten 2 2 VCC PL max L I rms PL Eksempel VCC 15volt L 10Ω PL max 2, 8 8 L watt Klasse B forsterker - max virkningsgrad η % 7

8 Effektforsterkere klassed Class D forsterkere finnes i flere utgaver noen har digital inngang andre analog. Vi ser nå på analog signalinngang. 8

9 Felt-Effekt-Transistor FET Småsignalmodeller Spenningskontrollert strømkilde BJT B r π Gate C FET Drain BJT vs FET - FET har en MEGET stor inngangsmotstand i forhold til en BJT E Source MOSFET n-kanal Ladningstransport i en FET skjer ved MJOITETSBÆEE. Vi kaller derfor en FET for en UNIPOL komponent (device) To typer FET : MOSFET : JFET : MOSFET og JFET Metall Oksyd Felt Effekt Transistor Junction Felt Effekt Transistor JFET n-kanal Fordeler med FET : Meget stor inngangsmotstand. Vil ikke belaste signalkilden så mye som en BJT. Ulemper med FET : For samme arbeidsstrøm (I C I D ) vil en FET ha mye lavere transkonduktans g m enn en BJT Det betyr mindre forsterkning Typisk FET g m 2-10 ms n-kanal JFET 9

10 Felteffekt-transistor - FET JFET : Junction Felt Effekt Transistor n-kanal JFET Mellom p- og n- dannes et sperresjikt (som i en vanlig diode). Når vi øker spenningen i sperreretningen - øker tykkelsen på dette sjiktet. Vi når fort en verdi (Pinch-Off Voltage V P ) hvor det bare blir en meget tynn kanal som kan lede strøm mellom S og D. Økes spenningen øker lengden av denne tynne kanalen. Vi er inne i det flate område på karakteristikken. breakdown voltage (VB) N-kanal JFET som forsterker 10

11 Felteffekt-transistor - FET JFET : Junction Felt Effekt Transistor På samme måte som med bipolare junction transistorer innføres her Transconductance g m. Men som vi ser av kurven for I D vs. V GS dette er ingen eksponentialfunksjon. Det betyr at g m for en JFET blir langt mindre enn for en BJT g m ΔI ΔV D GS 2.75 m 1V 2750 µs 2,75mS Typiske verdier for en n-kanal forsterker Typiske verdier for JFET Spenningsforsterkning g v m r D Husk - g m for en BJT var ms IC 2m gm 80mS V 25mV T 11

12 Felteffekt-transistor - FET MOSFET : Metall Oksyd Felt Effekt Transistor 2 typer MOSFET Enhansment MOSFET ( Normalt av ) Depletion MOSFET ( Normalt på ) E-MOSFET Depletion MOSFET ( Normalt på ) Uten spenning på Gate eksisterer en ledende kanal mellom Source og Drain. Gate - Source spenningen ( V GS ) bestemmer hvor åpen kanalen mellom Source og Drain skal være D-MOSFET 12

13 Felteffekt-transistor - FET MOSFET : Metall Oksyd Felt Effekt Transistor Enhansment MOSFET ( Normalt av ) Gate - Source må ha en tilstrekkelig høy pos. spenning ( V GSth ) før det etableres en ledende kanal mellom Source og Drain. E-MOSFET E-MOSFET må ha pos. spenning på Gate før den leder strøm 13

14 Felteffekt-transistor - FET MOSFET : Metall Oksyd Felt Effekt Transistor nvendelser MOSFET brukes både i analoge og i digitale kretser men mest digitalt - rbeider med rektangulære kurveformer firkantpulser 0 og 1 - Complimentary MOS ( CMOS ) danner en egen digital kretsfamilie - CMOS gir enklere logiske kretser enn BJT - CMOS trekker vesentlig mindre strøm enn BJT-kretser - trenger nesten ingen input current CMOS inverter Bruker både n-kanal og p-kanal (complimentary) MOS. Når Q1 er åpen er Q2 stengt - og omv. Det betyr meget lite strømtrekk når kretsen arbeider statisk. ( Dvs. står med et fast logisk nivå 0 eller 1 ) Y 14 End