elementi elektronike
DESCRIPTION
Elementi elektronike. Potrebita predznanja. Osnovni elektrotehnički zakoni Mrežni teoremi Otporne mreže Dvopoli Proračun jednostavnih i složenih krugova Elektrostatika Elektromagnetizam Ustaljeno sinusno stanje Jednostavna sinusna mrežna analiza - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Elementi elektronike
Potrebita predznanja
• Osnovni elektrotehnički zakoni• Mrežni teoremi• Otporne mreže• Dvopoli• Proračun jednostavnih i složenih krugova• Elektrostatika• Elektromagnetizam• Ustaljeno sinusno stanje• Jednostavna sinusna mrežna analiza• Ponašanje R, L i C sastavnica u krugovima izmjenične struje• Elementi teorije grafova• Fourierova analiza• Laplaceova transformacija
Poluvodiči
-Sile-Polja
-Energija-Nabijene čestice-Intenzitet polja
-Potencijal-Koncept potencijalne barijere
Vođenje u metalima
• Gustoća struje• Vodljivost
Čisti poluvodič
• Pojam šupljine• Pomak šupljine
Primjesni poluvodič
• N-tip • P-tip• Koncentracija nositelja• Generiranje i rekombinacija naboja
Variranje svojstava silicija
• Intrinsična koncentracija
• Pokretljivost
• Vodljivost
Difuzija
• Einsteinov odnos• Ukupna struja• Nehomogena koncentracija primjesa
Spojna dioda
• Nepolarizirani PN spoj
• Područje nepokrivenog naboja
• Gustoća naboja
• Polje
• Potencijal
Polarizirani pn spoj
• Propusna polarizacija• Inverzna polarizacija• Omski kontakti• Kratko spojeni pn spoj
Volt-amperska karakteristika
• Napon otvaranja• Probojni napon• Utjecaj topline (okruženja)• Ge dioda
Volt-amperska karakteristika
Dioda kao element strujnog kruga
• Idealna dioda• Koncept radnog pravca
Dioda kao element kruga
Modeli diode
• Model velikog signala
• Analiza krugova pomoću modela velikog signala
• Model malog signala
• Kapaciteti pn spoja
• Vremena preklapanja
Osnovne primjene spojne diode
• Ispravljači• Sklopovi za rezanje• Sklopovi za pritezanje• Sklopovi za oblikovanje prijenosnih funkcija
Poluvalni ispravljač
Sklopovi za pritezanje
Složeni diodni ograničivač
Stabilizacija napona pomoću Zenerove diode
Vrste poluvodičkih dioda
• Zener dioda• Schottky dioda• Varikap dioda• PIN dioda
Bipolarni (spojni) tranzistor
• Idealni strujno-upravljani izvor• Volt-amperska karakteristika• Odzivi pri različitim pobudama
Spojni tranzistor
• Fizičko ponašanje • Polarizacija• Tokovi struja• Vrste rada tranzistora• Koncentracija manjinskih nositelja• Ebers-Mollov model• Pojačanje (istosmjerne) struje pri pobudi velikim
signalom
Spoj zajedničke baze
• Ulazne karakteristike• Izlazne karakteristike• Early efekt
Spoj zajedničkog emitera
• Ulazne karakteristike• Izlazne karakteristike• Early napon• Područje zasićenja• Odrezno područje
Istosmjerni modeli
• Zajednički emiter• Načini polarizacije • Proračun radne točke
Proračun radne točke
• Jednostavna polarizacija
Stabilizacija radne točke
Bipolarni tranzistor kao sklopka
• Odziv na impulsnu pobudu• Brzina odziva
Tranzistorska sklopka (pr.karakt.)• Prijenosna karakteristika
Bipolarni tranzistor kao pojačalo
• Grafička analiza rada• Naponsko pojačanje• Strujno pojačanje• Radna točka
ZE pojačalo
Model malog signala
• Fizikalni smisao modela• Nisko-frekvencijski model• Transkonduktancija• Proračun pojačala
Tranzistor kao dioda
• Strujno zrcalo• Proračun jednostavnog strujnog zrcala
Tranzistor kao dioda
Widlarov strujni izvor
Emiterski spregnuti par
• Konstrukcija prijenosne karakteristike• Statička analiza (proračun)
Diferencijalno pojačalo
Nazivni podaci
• Maksimalna kolektorska struja• Maksimalno dozvoljena disipacija• Maksimalno dozvoljeni naponi• Problem hlađenja
Tranzistor s učinkom polja
• Idealni naponski-upravljani izvor
• Volt-amperska karakteristika
• Odzivi pri različitim pobudama
Spojni tranzistor s učinkom polja
• Način rada• Volt-amperska karakteristika• Omsko područje• Područje zasićenja• Područje proboja• Odrezno područje• Prijenosna karakteristika• MESFET
Tranzistor s efektom polja obogaćenog tipa
• Obogaćeni MOSFET• Fizičko ponašanje obogaćenog MOSFET-a• Volt-amperska karakteristika obogaćenog
MOSFET-a• Analitički opis• Omsko područje• Područje zasićenja• P-kanalni obogaćeni MOSFET• Uporedba PMOS I NMOS tranzistora
Tranzistor s efektom polja osiromašenog tipa
• Osiromašeni MOSFET• Fizičko ponašanje osiromašenog MOSFET-a• Volt-amperska karakteristika osiromašenog
MOSFET-a• Analitički opis• Omsko područje• Područje zasićenja• Odrezni napon
Istosmjerna analiza FET-ova
• Polarizacija• Proračun radne točke
MOSFET pojačalo
Primjene
• MOSFET kao otpornik• Sklopka• Grafička analiza sklopke• Pojačalo• Grafička analiza pojačala
NMOS otpornik
JFET pojačalo
Diferencijalno pojačalo
Model malog signala
• Nisko-frekvencijski model• Transkonduktancija• Proračun pojačanja• Visoko-frekvencijski model
CMOS naprave
• Sklopka• Pojačalo
CMOS invertor
Prijenosna karakteristika CMOS invertora
CMOS pojačalo
CMOS NI-vrata
Elektronički sklopovi
Tranzistorsko pojačalo na niskim frekvencijama
• Sinusna pobuda• Odabir radne točke• Izlazni valni oblici za različite radne točke• Stabilnost polarizacije
Statički uvjeti rada ZE pojačala
ZE pojačalo
ZE pojačalo
Diskretni polarizacijski sustavi
• Vrste diskretne polarizacije• Kapacitivna sprega• Istosmjerna analiza polarizacijskog sustava• Porast struje na račun promjene strujnog
pojačanja tranzistora• Porast struje na račun promjene inverzne struje
zasićenja kolektora• Porast struje na račun promjene napona Ube• Ukupna promjena struje kolektora
Stabilizacija radne točke
Polarizacija tranzistora u “IC tehnici”
• Strujno zrcalo• Strujni ponavljači• Widlar-ov strujni izvor• Strujni izvor s tri tranzistora• Utjecaj promjene temperature
Polarizacija FET-a
• Strujni izvori• NMOS strujno zrcalo• Polarizacija pomoću četri otpornika
Linearna analiza tranzistorskih krugova
• Zajednički emiter:• Strujno pojačanje• Ulazni otpor• Naponsko pojačanje• Izlazni otpor
Linearna analiza tranzistorskih krugova
• Emitersko slijedilo:• Strujno pojačanje• Ulazni otpor• Naponsko pojačanje• Izlazni otpor
Linearna analiza tranzistorskih krugova
• Zajednička baza:• Strujno pojačanje• Ulazni otpor• Naponsko pojačanje• Izlazni otpor
Linearna analiza tranzistorskih krugova
• Zajednički emiter s emiterskim otporom:• Strujno pojačanje• Ulazni otpor• Naponsko pojačanje• Izlazni otpor
ZE pojačalo s emiterskim otporom
Linearna analiza tranzistorskih krugova
• Pojačala s FET-ovima:• Nadomjesni sklop za mali signal• Analiza općeg oblika pojačala• Zajednički uvod• Zajednički odvod
ZO pojačalo s otpornikom u uvodu
Kaskadno pojačalo
• Proračun trostupanjsko pojačala
• Složena tranzistorska pojačala
• Darlingtonov spoj
Dvostupanjsko pojačalo
Trostupanjsko pojačalo
Darlingtonov spoj
Diferencijalno pojačalo
• Bipolarni tranzistor:• Diferencijalni mod• Zajednički mod• Analiza diferencijalnog pojačala• Pojačanje diferencijalnog moda• Pojačanje zajedničkog moda• Potiskivanje zajedničkog moda• Ulazni i izlazni otpor• Utjecaj otpora izvora
Diferencijalno pojačalo
Diferencijalno pojačalo
• FET:• Diferencijalni mod• Zajednički mod• Analiza diferencijalnog pojačala• Pojačanje diferencijalnog moda• Pojačanje zajedničkog moda• Potiskivanje zajedničkog moda• Ulazni i izlazni otpor• Utjecaj otpora izvora
Diferencijalno pojačalo u FET tehnici
Operacijsko pojačalo
• Idealno operacijsko pojačalo• Invertirajuće operacijsko pojačalo• Neinvertirajuće operacijsko pojačalo• Naponsko slijedilo
Invertirajuće OP pojačalo (problem frekvencijskog odziva)
Invertirajuće OP pojačalo (problem frekvencijskog odziva)
Invertirajuće OP pojačalo (problem gornje granične frekvencije)
Invertirajuće OP pojačalo (problem gornje granične frekvencije)
Invertirajuće OP pojačalo (problem raspona izlaznog signala)
Invertirajuće OP pojačalo (problem vremena porasta signala)
Invertirajuće OP pojačalo (problem virtualne nule)
Neinvertirajuće pojačalo (odzivi)
Diferencijalno operacijsko pojačalo
Diferencijalno pojačalo
Diferencijalno operacijsko pojačalo
Naponsko sljedilo
Karakteristike operacijskog pojačala
• Arhitektura • Aktivni teret• Diferencijalni stupanj• Pomak naponske razine• Izlazni stupanj• Parametri operacijskog pojačala• Mjerenje parametara operacijskog pojačala• Napon i struja pomaka• Tehnike uravnoteženja
Druge vrste operacijskih pojačala
• Instrumentacijska pojačala• Transkonduktivna pojačala• MOS pojačala
Osnovne primjene operacijskog pojačala
• Invertirajuće zbrajalo• Neinvertirajuće zbrajalo• Pretvarač napona u struju• Pretvarač struje u napon• Integrator• Derivator• Logaritamsko pojačalo• Eksponencijalno pojačalo• Precizni “AC/DC” pretvarači • MIN i MAKS sklopovi u OP tehnici• Vršni detektori
Zbrajanje i množenje
Precizni ispravljač
Pretvarač napona u struju (transkonduktivno pojačalo)
Pretvarač struje u napon
Stujom kontrolirani strujni izvor
Integrator
Derivator
Logaritamskopojačalo
Logaritamsko pojačalo (temperaturno kompenzirano)
Antilogaritamsko pojačalo
Instrumentacijsko pojačalo
Komparator (710)
Komparator s histerezom
Prozorski komparator
Prozorski komparator s indikacijom
MIN sklop u OP tehnici
MAKS sklop u OP tehnici
Vršni detektor
Analogni množitelji
• Kvadriranje • Korjenovanje
Množitelj
Djelitelj
Frekvencijski odziv pojačala
• Vjernost prijenosa signala• Visokofrekvencijski odziv• Niskofrekvencijski odziv• Ukupni frekvencijski odziv• Širina frekvencijskog opsega• Odziv na skočnu pobudu• Vrijeme porasta • Nagib
Ilustracija amplitudnog i faznog izobličenja
Kratkospojno strujno pojačanje ZE
• Prijenosna funkcija• Jedinično pojačanje• Visokofrekvencijski odziv• Prijenosna funkcija• Miller-ova ulazna impedancija• Produkt pojačanja i širine frekvencijskog pojasa• Utjecaj vanjskih kondenzatora
Frekvencijski odziv operacijskog pojačala
• Neinvertirajući stupanj• Invertirajući stupanj
Pojačala s povratnom vezom
• Klasifikacija i predstavljanje pojačala• Naponsko pojačalo• Strujno pojačalo• Pretvarač napona u struju• Pretvarač struje u napon
Koncept povratne veze
• Izvor signala• Izlazni signal• Mreža za uzorkovanje• Mreža za zbrajanje (usporedbu)• Povratna mreža• Temeljno pojačalo• Topologije pojačala s povratnom vezom
Idealno pojačalo s povratnom vezom
• Pojačanje petlje (kružno pojačanje)• Temeljne pretpostavka
Svojstva negativne povratne veze
• Smanjenje osjetljivosti• Nelinearno izobličenje• Smanjenje šuma
Impedancije pojačala s povratnom vezom
• Ulazni otpor• Izlazna impedancija
Svojstva pojačala s povratnom vezom
• Šant-šant pojačalo• Serija-serija pojačalo• Serija-šant pojačalo• Šant-serija pojačalo• Aproksimativna analiza pojačala s povratnom
vezom• Opća analiza pojačala s povratnom vezom• Stabilnost pojačala s povratnom vezom• Frekvencijski odziv pojačala s povratnom vezom
Strujna povratna veza
Pojačalo s serijskom naponskom vezom
Primjena negativne povratne veze
Pozitivna povratna veza (oscilator s faznim pomakom)
Oscilatori
• Barkhausen-ov kriterij• Oscilatori s faznim pomakom• Wien-ov oscilator• Stabilizacija amplitude izlaznog signala
Oscilator s faznim pomakom
Oscilator s Wienovim mostom
Generator funkcija
Filtri
• RC filtri• Aktivni RC filtri• Idealne karakteristike• Realni frekvencijski odziv• Specifikacija filtra• Butterworth filtar• Chebyshev filtar• Pojasni propust• Pojasna brana
Aktivni NF filtar
Aktivni VF filtar
Višenamjenski filtar
D.Kovačević, A. KovačevićAnaliza i simulacija analognih elektroničkih sklopova
(Zbirka ispitnih zadataka)Pomorski fakultet u Splitu
• Primjeri ispitnih zadataka
D.Kovačević, A. KovačevićAnaliza i simulacija analognih elektroničkih sklopova
(Zbirka ispitnih zadataka)Pomorski fakultet u Splitu
• Primjeri ispitnih zadataka
D.Kovačević, A. KovačevićAnaliza i simulacija analognih elektroničkih sklopova
(Zbirka ispitnih zadataka)Pomorski fakultet u Splitu
• Primjeri ispitnih zadatakaProjektirajte sklop koji ima prijenosnu karakteristiku prema slici. Rabite operacijska pojačala u kombinaciji s MIN i MAKS sklopovima.
D.Kovačević, A. KovačevićAnaliza i simulacija analognih elektroničkih sklopova
(Zbirka ispitnih zadataka)Pomorski fakultet u Splitu
• Primjeri ispitnih zadatakaOdredite prijenosnu funkciju sklopa prema slici i pokažite da sklop obavlja funkciju niskofrekvencijskog filtra. Odredite gornju graničnu frekvenciju filtra.
Elementi elektronike
• Primjeri ispitnih pitanja*• Polarizacija PN spoja• Volt-amperska karakteristika diode • Dioda kao element strujnog kruga• Primjena varikap i PIN diode• ZE spoj i njegove karakteristike• Tranzistor kao sklopka• Tranzistor kao pojačalo• Model malog signala• Emiterski spregnuti par• JFET i njegove karakteristike• MOSFET-i i njihove karakteristike• FET kao pojačalo• FET kao sklopka• MOSFET naprave• *ispitna pitanja mogu se dobiti i u skriptarnici fakulteta
Elektronički sklopovi
• Primjeri ispitnih pitanja*• Polarizacija bipolarnih tranzistora – izbor radne točke• Polarizacija FET-a• ZE pojačalo; linearna analiza• Emitersko slijedilo; linearna analiza• ZE s emiterskim otporom; linearna analiza• Diferencijalno pojačalo• FET pojačala; linearna analiza• Operacijsko pojačalo i njegove osnovne primjene• Frekvencijski odziv tranzistorskog pojačala• Prijenosna funkcija tranzistorskog pojačala• Koncept povratne veze• Idealno pojačalo s povratnom vezom (karakteristike)• Vrste pojačala s povratnom vezom• Sinusni oscilatori
• *sva ispitna pitanja mogu se dobiti i u skriptarnici fakulteta
Kriterij ocjenjivanja
• Da bi student položio ispit praćenjem tijekom semestra mora:– Dolaziti redovito na predavanja (minimalno 80% predavanja - “uvjet predavanja”)
– Obaviti sve laboratorijske vježbe (“uvjet prisutnosti na vježbama”)
– Imati pozitivno ocjenjeno 100% lab. vježbi (“uvjet pozitivno ocijenjenih vježbi”)
– Imati sve pozitivne ocjene iz kolokvija (“uvjet kolokvija”)
– Studenti koji zadovolje sva četri postavljena uvjeta oslobođeni su (pismenog i) usmenog ispita
• Ispit:• Ispitu mogu pristupiti samo studenti koji imaju drugi potpis. Drugi potpis mogu dobiti
samo oni studenti koji ispune “uvjet predavanja”, “uvjet prisutnosti na vježbama” i “uvjet pozitivno ocijenjenih vježbi”.
– Studenti koji ne zadovolje “uvjet kolokvija”, a imaju ispunjene ostale uvjete mogu pristupiti (pismenom i) usmenom dijelu ispita (polaže se onaj dio gradiva koji nije položen kroz kolokvije).
Primjer završnog rada
Serijski naponski regulator– Teze:
• Operacijska pojačala u gradnji regulatora• Stabilizaciju izvesti pomoću Zener diode (izlaz +18V)• Modelirati neregulirani ulaz u rasponu od 20 do 30V• Projektirati sustav ograničenja izlazne struje
Literatura• D.Kovačević, Bilješke za predavanja i vježbe• D.Kovačević, Elementi elektronike, Pomorski fakultet u Splitu• J.Millman i A.Grabel, Microelectronics, McGraw-Hill, International Editions, New York, USA• A Szabo, Elektronički sklopovi, CUO “Ruđer Bošković, Zagreb• T.F.Bogart, Electronic Devices and Circuits, Prentice-Hall, New Yersey, USA• D.Kovačević, Analogni i digitalni sklopovi, Tehnička škola, Imotski• D.Kovačević, Analiza i simulacija analognih elektroničkih sklopova, Pomorski fakultet, Split• I.Zulim, P.Biljanović, Elektronički sklopovi, Zbirka zadataka, Školska knjiga, Zagreb