מגבר הפרש ומימוש מקורות 9– רצאה ה
Transcription
מגבר הפרש ומימוש מקורות 9– רצאה ה
הרצאה – 9מגבר הפרש ומימוש מקורות DC תוכן עניינים: .1מגבר הפרש. .2הקדמה :מקורות זרם ומתח. .3מימוש מקורות זרם. .4מימוש מקורות מתח. .1מגבר הפרש v1 vo1 שרפה רב גמ v2 v02 במצב המופיע בשרטוט יש שני מתחי כניסה ושני מתחי מוצא. • אחד השימושים של מגבר הפרש הוא העברת אות למרחק גדול ,אשר עלול לאסוף בדרך רעשים: ) שער( רוקמ דעי vout v1 v1 + n v2 + n vin v2 אות הכניסה. vin = v1 − v2 : אם יצטבר רעש ,nאז הוא נצמד לשני המוליכים באותה מידה בגלל קרבתם ,ובגלל שהם מלופפים ביניהם. אם מחשבים את ההפרש ,ביציאה נקבל: U U vout = ( v1 + n ) − ( v2 + n ) = v1 − v2 כך שהרעש מתבטל. הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן 2011 עמוד מס' 1מתוך 8 2011 הרצאה מס' 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן • מימוש אפשרי למגבר הפרש ע"י :BJT VCCVCC R RCC22 RRCC11 Q2 Q1 V2 VV11 I DC • −VEE VEE מימוש זה נמצא לדוגמא כחלק ממגבר שרת. ננתח את ההגברים ואת התנגדויות הכניסה והיציאה. הניתוח מושפע מאוד מטיב המימוש של , I DCלכן נתחיל מאופן מימוש מקורות זרם. .2הקדמה :מקורות זרם ומתח • סוג המקור )מתח או זרם( נקבע עפ"י הגדול שנשמר יותר. מקור מתח -מאלץ מתח קבוע ללא תלות בזרם שעובר דרכו. מקור זרם -מאלץ זרם קבוע ללא תלות במתח שנופל עליו. מקורות זרם יותר נדירים והמימוש שלהם הוא בד"כ ע"י מקור מתח. מודלים למקורות אידיאליים: Rm V Rm =I Rm I עמוד מס' 2מתוך 8 V 2011 הרצאה מס' 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן מודלים למקורות מעשיים: ר וקמ ילא ד יא R Rm Rm R I ר וקמ ילא ד יא V חתמ םר ז מקורות מעשיים מושפעים מגודל העומס. .3מימוש מקורות זרם: ) (1בעזרת מקור מתח גדול ונגד טורי: IL רוקמ םרז Rm RL Vm I Lאמור להישאר קבוע בקרוב גם אם RLמשתנה. Vm מתקיים: Rm + RL = . IL אם Rm >> RLנקבל: לא תלוי כמעט בRL - → Vm V ≈ m Rm + RL Rm לכן התנאי לתיפקוד כמקור זרם הוא . Rm >> RL תכונות: תקף רק לעומסי RLנמוכים. בהעדר עומס ,מתח המוצא גבוה מאוד. -תלוי ב RL -במידה קטנה אם יש עמידה בדרישה . Rm >> RL עמוד מס' 3מתוך 8 = IL 2011 הרצאה מס' 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן ) (2ע"י טרנזיסטור: VCC R1 C B E RL RE R2 VCC המעגל דומה במבנה למעגל .CE אופיין הטרנזיסטור עבור I Bקבוע: יוניש RL I B = const VCE IC • • • VCC כלומר ,זרם הטרנזיסטור מושפע מעט מ RL -ומ. VCE - באופן דומה עבור :MOSFET יוניש RL VGS = const VDS • • • VDD עמוד מס' 4מתוך 8 I DS 2011 הרצאה מס' 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן ) (3מימוש ע"י ראי זרם: I1 RC RL VCC IL Q1 Q2 VBE1 VBE 2 β2 = Q1 ≡ Q2 ⇒ β1 I L = I C2 אם לשני הטרנזיסטורים VBEזהה ,אז I Cדומה. I Lזורם דרך טרנזיסטור Q2ומתקיים. I L = I C 2 : ולכן I L = I Cנקבע עפ"י I Cו I1 -ללא תלות ב . RL -לכן זהו מקור זרם )תקף כל עוד Q2בפעיל ,דבר שנשמר כל עוד RLלא גדול מידי(. 2 1 קל לחשב את I1שכן B1מקוצר ל , C1 -ולכן רק דיודה אחת בפעיל .הענף הינו: VCC C B E אם הטרנזיסטור Q1מוליך ,אזי המתח שלו ) VBE ≈ 0.7vבטרנזיסטור סיליקון(. 1 נקבל: VCC − VBE VCC − 0.7 ≅ RC RC תוצאה :נוצר מעגל שעושה את העבודה כמקור זרם ,ע"י שני טרנזיסטורים. עמוד מס' 5מתוך 8 = I1 2011 הרצאה מס' 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן הערות: α • כידוע מתקיים 1−α = .β כלומר ,שגיאה קטנה ב α1 -ביחס ל α 2 -תיצור הבדלים גדולים מאוד בין β1 ל . β 2 -לדוגמא: β1 ≅ 99 β 2 ≅ 200 ⇒ = α1 0.99 = α 2 0.995 לכן נשאף לתכנן מעגל ללא תלות ב/ β - • במימוש זה קיים יתרון לעומת מימוש ) (2מכיוון שמימוש זה דורש פחות נגדים וזה יתרון במימוש מעגלים משולבים )דורש פחות מקום(. .4מימוש מקורות מתח: • דיודת זנר ):(Zener − ~ הדויד חתממב ימדק I + VZ V ] 0.7 [V ~ + − הדויד חתממב ירוחא ← VZחתמ הצירפה דיודה זו היא הבסיס למימוש מקורות מתח. לפי האופיין ניתן לראות שהחל ממתח מסוים ,הדיודה מוליכה בכיוון ההפוך. עמוד מס' 6מתוך 8 2011 הרצאה מס' 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן ) (1מימוש ע"י זנר +נגד: RZ ~ RL VZ הדיודה שבמעגל עובדת בכיוון ההפוך. בעיה :כאשר ∞ → RLכל הזרם זורם דרך הדיודה והיא מתחממת מאוד. ) (2מימוש ע"י זנר +טרנזיסטור: רוקמ חתמ RZ IL RL IL מתקיים: β +1 ~ VZ = . IB כתוצאה מכך ,אם לדוגמא ] 0 < I L <1[ Aאז: 1 ]≈ 10 [ mA β +1 ↑ < 0 < IB β =100 IL לכן ,במקרה הקיצוני ביותר ,הדיודה תצטרך להתמודד עם זרם בגודל: β +1 שיעבור דרכה ולא עם זרם בגודל , I L :כפי שהיה במימוש הקודם. לכן ,במימוש זה הדיודה מתחממת הרבה פחות. עמוד מס' 7מתוך 8 2011 הרצאה מס' 9 הרצאות לפי ד"ר משה פורת מהדורה שלישית .עורכת :נועה רוטמן ) (3מימוש ע"י זנר ושני טרנזיסטורים: בציימ חתמ IL Q2 I B2 RL Q1 RZ I B1 ) ( Q1 = Q2 ~ VZ רוקמ חתמ במקרה זה ,התהליך שקרה במימוש ) ,(2מתרחש פעמיים .כלומר: ( β + 1) ⋅ ( β + 1) ⋅ I B 1 = ( β + 1) ⋅ I B 2 = I L = I E2 ולכן: IL 2 )( β + 1 = I B1 כלומר ,אם העומס מחובר וכל I Bהולך לדיודה אז הדיודה תתחמם אפילו פחות מאשר שני המימושים הקודמים. 1 לראות שהמימוש השלישי משפר זאת אפילו יותר. עמוד מס' 8מתוך 8