VISOKA POSLOVNA-TEHNIČKA ŠKOLA Užice ZAVRŠNI RAD BIPOLARNI TRANZISTORI I SIMULACIJA RADA POJAČAVAČA SA ZAJEDNIČKIM EMITEROM POMOĆU RAČUNARA Mentor: Student: Prof. dr Vidoje Milovanović Srećko Tmušić IN 01/11

BIPOLARNI TRANZISTORI 1.1. STRUKTURA I VRSTE BIPOLARNIH TRANZISTORA Bipolarni tranzistori se sastoje od dva PN spoja vezana na red, ali ne deluju kao jednostavna redna veza dve diode. Bipolarni tranzistori se sastoje od PN spojeva pa se nazivaju i bipolarni spojni tranzistori Postoje dve vrste bipolarnih tranzistora: NPN i PNP što je prikazano na sl. 1.1.1. Sl. 1.1.1. Struktura i grafički simbol NPN i PNP tranzistora

1.2. PRINCIP RADA TRANZISTORA Tranzistor ima dva PN spoja, PN spoj baza-emitor i PN spoj baza-kolektor. Na oba PN spoja postoji kontaktna razlika potencijala (prelazna oblast) ili potencijalna barijera kao kod poluprovodničkih dioda. Posmatramo NPN tranzistor, čija struktura i komponente struja prikazane na sl.1.2.1. Sl.1.2.1. Komponente struja kroz NPN transistor Emiter je poluprovodnik N tipa sa velikom koncentracijom primesa. Baza je poluprovodnik P tipa sa znatno manjom koncentracijom primesa u odnosu na emiter i oblast baze je uža od oblasti emitera i kolektora. Kolektor je poluprovodnik N tipa sa većom koncentracijom primesa od baze, a manjom od emitera.

Sl.1.2.2. Polarizacija NPN tranzistora Ako umesto strukture tranzistora sa sl.1.2.1. primenimo grafički simbol NPN tranzistora dobijamo jednostavniju sliku: Sl.1.2.2. Polarizacija NPN tranzistora Struje emitora i kolektora su približno jednake, dok je struja baze za oko 100 puta manja od njih.

Sl. 2.2.3. Polarizacija PNP tranzistora Kod PNP tranzistora emiter i kolektor su poluprovodnici P tipa, a baza poluprovodnik N tipa. Princip rada je analogan NPN tranzistoru, struje i naponi su obrnutog smera, a elektroni i šupljine su zamenili mesta. Sl. 2.2.3. Polarizacija PNP tranzistora

1.3. KARAKTERISTIKE TRANZISTORA Tranzistor je nelinearni element pa ga grafičke karakteristike vernije opisuju nego jednačine. Na sl.1.3.1. prikazano je kolo koje se koristi za određivanje karakteristika tranzistora u sprezi sa zajedničkim emiterom, gde je ulaz između baze i emitera, a izlaz između kolektora i emitera. Sl.1.3.1. Kolo za određivanje karakteristika tranzistora

Sl.1.3.2. Ulazne karakteristike tranzistora Ulazne karakteristike tranzistora pokazuju kako ulazna struja IB zavisi od ulaznog napona UBE pri konstantnom izlaznom naponu UCE što se može napisati jednačinom: IB = f ( UBE ) | UCE = const i predstaviti grafički na sl.1.3.2. Sl.1.3.2. Ulazne karakteristike tranzistora Ulazna karakterisitka tranzistora sa sl.1.3.2 veoma je slična karakteristici diode kod direktne polarizacije.

Sl.1.3.3. Izlazna karakteristika tranzistora Izlazne karakteristike tranzistora pokazuju zavisnost između izlazne kolektorske struje Ic i izlaznog napona UCE pri konstantnoj ulaznoj struji baze IB, što se može napisati jednačinom: IC = f ( UCE ) | IB = const i predstaviti grafički na sl.1.3.3. Sl.1.3.3. Izlazna karakteristika tranzistora

Sl.1.3.4. Familija izlaznih karakteristika Izlazne karakteristike najviše od svih drugih određuju ponašanje tranzistora. Jedna snimljena karakteristika prikazana je na sl.1.3.3. gde se razlikuju tri oblasti: 1) Oblast zasićenja u kojoj struja baze protiče normalno jer je napon UBE dovoljno visok, ali je napon UCE nizak i njegovo električno polje slabo potiskuje elektrone ka kolektoru. 2) Aktivna oblast u kojoj skoro svi elektroni koji su iz emitera prešli u područje baze nastavljaju da se kreću ka kolektoru pod dejstvom električnog polja nastalog od napona UCE. Tranzistor se u ovoj oblasti ponaša kao izvor kostante srtruje, jer se povećanjem napona UCE kolektorska struja vrlo malo povećava. 3) Oblast proboja, povećanjem napona UCE iznad aktivne oblasti, kolektorska struja naglo raste i ako se ne ograniči, dolazi do uništenja tranzistora. Sl.1.3.4. Familija izlaznih karakteristika

1.4. HIBRIDNI PARAMETRI TRANZISTORA Za predstavljanje tranzistora ekvivalentnom šemom često se koriste hibridni (mešani) parametri, koji imaju različite jedinice. Sl. 1.4.1. Tranzistor kao četvoropol definisan h parametrima Za proračun kola sa tranzistorima dovoljno je poznavati struje i napone na ulazu i izlazu, pa se tranzistor može predstaviti kao aktivni linearni četvoropol, prikazan na sl.1.4.1., a zatim se mogu primeniti poznate metode za rešavanje složenih kola

Na sl.1.4.2. prikazana je ekvivalentna šema tranzistora sa h parametrima u opštem slučaju. Sl.1.4.2. Ekvivalentna šema tranzistora sa h parametrima Sl. 1.4.3. Hibridni parametri kod zajedničkog emitra

Sl. 1.4.4. Određivanje parametra h11e Hibridni parametri tranzistora mogu se odrediti sa statičkih karakteristika tranzistora. Parametre h11e i h12e, određujemo sa ulaznih karakteristika a para- metre h21e i h22e sa izlaznih karakteristika tranzistora. Na sl.1.4.4. prikazano je određivanje parametra h11e sa ulaznih karakteristikama tranzistora. Sl. 1.4.4. Određivanje parametra h11e

1.5. TRANZISTOR KAO PREKIDAČ Tranzistor kao prekidač je osnov rada računara i uređaja sastavljenih od logičkih kola. U elektronskim kolima tranzistor se često koristi kao prekidač, da preko tranzistora neki prijemnik bude uključen ili isključen. Na sl.1.5.1. prikazano je elektronsko kolo tranzistora kao prekidača u spoju sa zajedničkim emiterom Sl.1.5.1. Bipolarni transistor kao prekidač Sl.1.5.2. Izlazne karakteristike tranzistora sa radnom pravom

Sl.1.6.1. Darlingtonov spoj dva tranzistora Ako je potrebno veliko strujno pojačanje koristi se poseban spoj dva tranzistora prikazan na sl.1.6.1. Sl.1.6.1. Darlingtonov spoj dva tranzistora Kod tranzistora struja kolektora jednaka je proizvodu strujnog pojača- nja i struje baze, a struje emitera i kolektora su približno jednake

Slika 2.1.1. Crtanje električne šeme 2.ELEKTRONICS WORKBANCH 2.1. Električna šema Sada će, kroz jedan jednostavan primer, korak po korak, biti objašnjeno kako se crta električna šema. Prvi korak je pozivanje komponenata. Slika 2.1.1. Crtanje električne šeme

Pozivanje komponenata Povezivanje komponenata Doterivanje slika Veze otpornika sa baterijom i ampermetrom postaju nevidljive i na ekranu je slika 2.1.2.a. Otornik se pomeri u novi položaj (u našem primeru pomeri se udesno) i dugme otpusti. Veze se pojave i na ekranu je slika 2.1.2.b. Na isti način se pomeraju i sve druge komponente i instrumenti Slika 2.1.2. Doterivanje crteža

Slika 2.1.3. Dodavanje novih komponenata Editovanje komponenata Dodavanje novih komponenata Slika 2.1.3. Dodavanje novih komponenata Na ekranu je crtež kao na slici 2.1.3.b, ali samo sa jednim ampermetrom. Druga dva ćete da postavite na isti način kao i R1, bez raskidanja veza

Sl.2.2.1 Manipulacija programom i slikom na ekranu 2.2. POČETAK RADA U desnom gornjem uglu ekrana su tri dug-meta (tastera) koji su prikazani na slici 1a. Pritiskanje dugmadi se obavlja tako što se klikne na jedno od njih (na slici 2.2.1.a vrh pointera je stavljen na dugme Restore). (U tekstu koji sledi, izrazi „pritisnuti dugme" i „kliknuti na dugme" znače potpuno isto, odnosno pokretanje procesa za koji je to dugme predviđeno.) Uloge dugmadi su: Minimize - program biva privremeno zatvoren, Restore - radna površina biva umanjena, a oko nje se pojavljuje ili deo Desktop-a ili deo radne površine nekog ranije pokrenutog programa Close - trajno zatvaranje programa Sl.2.2.1 Manipulacija programom i slikom na ekranu

Radna površina Izgled radne površine je prikazan na slici 2.2.2. U prvoj „liniji" na ekranu su naziv programa (Electronics Workbanch) i tri dugmeta, Minimize, Restore i Close Slika 2.2.2. Radna površina

Sl. 2.2.3. Menu Bar-linija sa menijima Na slici 2.2.4. treba zapaziti da pored naredbe Create Subcircuit piše Ctrl+B. To znači da ova naredba može da se aktivira pomoću tastature, bez otvaranja menija. Sl. 2.2.4. Meni naredbe Circuit

2.3. LIBRARIES – BIBLIOTEKE Sl. 2.3.1. Libraries- Biblioteke Kada se u liniji sa bibliotekama klikne na biblioteku Sources (Izvori), na ekranu se pojavljuje slika 2.3.2. To je sadržaj ove biblioteke u kome su komponente prikazane kao slike, u obliku u kome će se pojavljivati na crtežu električnih šema. Sl.2.3.2. Sadrzaj biblioteke Sources

Basic Sadržaj biblioteke Basic prikazan je na slici 2.3.3. Kao što se vidi, to su opšte poznate elektrotehničke komponente, što potvrđuje i sam naziv biblioteke. Specifične komponente su: Sl.2.3.3.Sadržaj biblioteke Basic Sl.2.3.4.Promenljive komponente i biblioteke Basic

Diodes i Transistors (Diode i Tranzistori) Sadržaj biblioteke Diodes (Diode) prikazan je na slici 2.3.5, a sadržaj biblioteke Transistors (Tranzistori) na slici Sl.2.3.5.Sadžaj biblioteke Diodis Sl.2.3.6.Sadžaj biblioteke Transistor

Sl.2.3.7.Sadžaj biblioteke Indicator Indicators – Indikatori Na slici 2.3.6. je prikazan sadržaj biblioteke Indicators (Pokazivači), u kojoj se nalaze uređaji pomoću kojih se meri, ili samo konstatuje postojanje, struja i napona u pojedinim granama, odnosno tačkama električnih kola koja se analiziraju. a. Voltmetar se koristi za merenje jednosmernog napona ili efektivne vrednosti naizmeničnog napona između tačaka na koje su priključeni njegovi krajevi. b. Ampermetar se koristi za merenje jednosmernih struja ili efektivne vred-nosti naizmeničnih struja v. Sijalica je pretvarač električne u sve-tlosnu energiju. Sl.2.3.7.Sadžaj biblioteke Indicator

Sl.2.3.8.Sadžaj biblioteke Instruments Instruments – Instrumenti U biblioteci Instruments nalazi se sedam instrumenata koji se koriste pri različitim elektronskim merenjima. Sl.2.3.8.Sadžaj biblioteke Instruments

Multimetar je instrument koji se najčešće koristi u praksi, jer omogućuje brzo i jednostavno merenje napona, struja, otpornosti i nivoa. Sl.2.3.9.Multimetar

2.4. TOOL BAR– LINIJA SA ALATOM U liniji sa alatom (Sl. 2.2.2.) se nalaze najčešće korišćeni alati u EWB-u. Prvih šest, čije su ikone prikazane na Sl.2.4.1, je alat koji se koristi u većini programa koji rade pod WINDOWS-ima. To su: Sl.2.4.1.Prvi deo linije sa alatima sl.2.4.2.Drugi deo linije sa alatima

2.5. POP-UP MENUS – ISKAČUČI MENIJI Pop-Up meniji se otvaraju tako što se klikne desnim dugmetom. U njima se nalaze naredbe (alat) koji postoje i u pa-dajućim menijima i na Tool Bar-u, a ovi meniji se koriste isključivo radi povećanja brzine rada. sl.2.5.1. Pop-Up Menu B sl.2.5.2. Pop-Up Menu A Slika 2.5.3. Pop-Up Menu C Slika 2.5.4. Pop-Up Menu D

3. SIMULACIJA RADA POJAČAVAČA SA ZAJEDNIČKIM EMITEROM POMOĆU RAČUNARA Na Sl.3.1.1. prikazan je pojačavač sa zajedničkim emiterom I vrednostima napona I struja u pojedinim čvorovima I granama.Frekfencijska karakteristika ovog pojačavača dobijena pomoću ovog programa prikazana je na sl.3.1.2. Sl.3.1.1. Pojačavač sa zajedničkim emiterom

Sl.3.1.2.Frekfencijska karakteristika pojačavača