Tranzistory. BI-CiAO Číslicové a analogové obvody 4. přednáška Martin Novotný ČVUT v Praze, FIT,

Transkript

1 Tranzistory I-iAO Číslicové a analogové obvody 4. přednáška Martin Novotný ČVT v Praze, FIT,

2 Tranzistory ipolární nipolární NPN PNP MOSFET MESFET JFET NMOS PMOS MOS

3 Tranzistory ipolární nipolární proudem řízené zdroje proudu spínače napětím řízené zdroje proudu spínače E G D G S E S D NPN PNP NMOS PMOS

4 ipolární tranzistor

5 ipolární tranzistor má tři nožičky: báze kolektor E emitor E

6 ipolární tranzistor proudem řízený zdroj proudu malý proud I (do báze) spustí velký proud I (kolektorem) I I E

7 ipolární tranzistor proudem řízený zdroj proudu malý proud I (do báze) spustí velký proud I (kolektorem) I I E

8 ipolární tranzistor proudem řízený zdroj proudu malý proud I (do báze) spustí velký proud I (kolektorem) 10Ω 1kΩ I 1kΩ 100kΩ I E

9 Princip činnosti analogie kolektor báze malý proud I emitor velký proud I

10 ipolární tranzistor jako zesilovač zesiluje proud zesilovacíčinitel: β (nebo h 21 ) I = β I β I I I +I E

11 ipolární tranzistor jako zesilovač zesiluje proud zesilovacíčinitel: β (nebo h 21 ) I = β I jak zesílit napětí? Potřebujeme rezistor: = R I I I I +I E

12 Experiment žárovka E

13 Odbočka: jak se měří napětí Napětí se měří voltmetrem Voltmetr je něco jako tlakoměr R A I R R V Napětí je něco jako rozdíl tlaků na vstupu a na výstupu, proto se jedna sonda voltmetru přikládá na vstupní kontakt a druhá na výstupní kontakt součástky Voltmetr se VŽDY zapojuje paralelně k měřené součástce Ideální voltmetr má nekonečný vnitřní odpor (R V = )

14 Odbočka: jak se měří proud Proud se měří ampérmetrem Ampérmetr je něco jako průtokoměr R R V Proud je něco jako průtok, proto se ampérmetr vkládá do obvodu (obvod je třeba rozpojit a do rozpojeného místa vložit ampérmetr) I R Ampérmetr se VŽDY zapojuje SÉRIOVĚ s měřenou součástkou A Ideální ampérmetr má nulový vnitřní odpor (R A = 0)

15 Experiment žárovka E

16 Experiment žárovka I A E

17 Experiment žárovka I A I A E

18 Experiment žárovka I A I A V E E

19 Příklad 1 =5V, 2 =5V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 R 2 R E

20 Příklad E =0,7V 1 =5V, 2 =5V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 R 2 R E E

21 Příklad E =0,7V R = 1 - E =4,3V 1 =5V, 2 =5V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 R 2 R R E E

22 Příklad E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/50000=86µA 1 =5V, 2 =5V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 R 2 R I R E E

23 Příklad E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/50000=86µA I = β I =8,6mA 1 =5V, 2 =5V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 R I 2 R I R E E

24 Příklad E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/50000=86µA I = β I =8,6mA R =R I =200 0,0086=1,72V 1 =5V, 2 =5V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 R R I 2 R I R E E

25 Příklad 1 =5V, 2 =5V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/50000=86µA I = β I =8,6mA R =R I =200 0,0086=1,72V E = 2 - R =5-1,72=3,28V 1 R I R R I E E 1 R E 2 2

26 Příklad 1 =5V, 2 =10V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/50000=86µA I = β I =8,6mA R =R I =200 0,0086=1,72V E = 2 - R =10-1,72=8,28V 1 R I R R I E E 1 R E 2 2

27 Příklad 1 =5V, 2 =10V, R =50kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/50000=86µA I = β I =8,6mA R =R I =200 0,0086=1,72V E = 2 - R =10-1,72=8,28V 1 R I R R I E E 1 R E 2 2

28 Příklad 1 =5V, 2 =10V, R =25kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/25000=172µA I = β I =17,2mA R =R I =200 0,0172=3,44V E = 2 - R =10-3,44=6,56V 1 R I R R I E E 1 R E 2 2

29 Příklad 1 =5V, 2 =10V, R =10kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/10000=430µA I = β I =43mA R =R I =200 0,043=8,6V E = 2 - R =10-8,6=1,4V 1 R I R R I E E 1 R E 2 2

30 Příklad 1 =5V, 2 =10V, R =5kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/5000=860µA I = β I =86mA R =R I =200 0,086=17,2V E = 2 - R =10-17,2=-7,2V 1 R I R R I E E 1 R E 2 2

31 Příklad 1 =5V, 2 =10V, R =5kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/5000=860µA I = β I =86mA R =R I =200 0,086=17,2V E = 2 - R =10-17,2=-7,2V??? 1 R I R R I E E 1 R E 2 2

32 Příklad 1 =5V, 2 =10V, R =5kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/5000=860µA I = β I =86mA R =R I =200 0,086=17,2V E = 2 - R =10-17,2=-7,2V tranzistor je v saturaci = zcela otevřený E 0,2V 1 R E E 1 R E I R I R 2 2

33 Příklad 1 =5V, 2 =10V, R =5kΩ, R =200Ω, β=100 E =0,7V R = 1 - E =4,3V I = R /R =4,3/5000=860µA R = 2 - E =10-0,2=9,8V I = R /R =9,8/200=49mA R R tranzistor je v saturaci = zcela otevřený E 0,2V 1 R E E 1 R E I I 2 2

34 ipolární tranzistor režimy a jejich modely Vypnutý I =0 E Zesilovač I >0, I =β β I 0,7 V I I I E Plně sepnutý (saturace) I >>0 0,7 V E

35 ipolární tranzistor režimy a jejich přesnější modely Vypnutý I =0 E Zesilovač I >0, I =β β I I I I E Plně sepnutý (saturace) I >>0 0,2 V E

36 nipolární tranzistor

37 nipolární tranzistor má tři nožičky: G gate D drain S source G D S

38 nipolární tranzistor napětím řízený zdroj proudu velikost napětí GS řídí velikost proudu I D I D G GS D S

39 Princip činnosti analogie píst ventil DRAIN pružina GATE SORE

40 nipolární tranzistor jako zesilovač napětím řízený zdroj proudu I D = K( GS 2 th ) 2 G GS D S I D

41 nipolární tranzistor jako zesilovač napětím řízený zdroj proudu I D = K( GS 2 th prahové napětí (threshold) th ) 2 G GS D S I D

42 nipolární tranzistor jako zesilovač napětím řízený zdroj proudu I D = K( GS 2 jak zesílit napětí? Potřebujeme rezistor: = R I th ) 2 G D I D GS S

43 Experiment G D GS S

44 Experiment skutečné zapojení ale dál budeme používat předchozí ekvivalentní schéma G D GS S

45 Experiment G D GS S

46 Experiment G D V GS S

47 Experiment A G D V GS S

48 Experiment nulový proud A A G D V GS S

49 Experiment G D GS S

50 Experiment SG G S D

51 Experiment SG G S G D D GS S

52 nipolární tranzistor režimy Vypnutý G GS D GS < th S Zesilovač GS > th, I D 2 K( GS th) = I 2 G GS I D D S Plně sepnutý GS >> th G GS D S