Přehled látky ke zkoušce

) Definujte tranzitní kmitočet fT.
(Uvažte, co způsobí zmenšení zesílení tranzistoru a tím i zesilovacího činitele a při jakých kmitočtech, nízkých nebo vysokých, tento vliv působí. Tranzitní kmitočet zahrnuje charakteristiku tranzistoru nejen z hlediska hodnoty proudového zesilovacího činitele.)
16) Porovnejte hodnoty proudového zesílení AI a napěťového zesílení AU zesilovače s bipolárním tranzistorem vzhledem k hodnotě 1 (jedna). a) pro zapojení se společnou bází (SB), b) pro společným editorem (SE) c) pro společným kolektorem (SC). Použijte symboly ( nebo (.
(Zapojení SE umožňuje jak proudové tak napěťové zesílení a je nejčastěji využívaným zapojením. U zapojení SB porovnejte vstupní a výstupní proud, u zapojení SC vstupní a výstupní napětí. Ze srovnání vyplyne, že druhé, svázané veličiny, tj. napětí u zapojení SB a proud u zapojení SC musí být na výstupu větší než na vstupu, jinak by nedošlo k zesílení.)
17) Nakreslete strukturu tranzistoru PNP v zapojení SB a k němu odpovídající zjednodušený Ebersův–Mollův model (s jedním proudovým zdrojem). K jednotlivým prvkům modelu uveďte, co představují v tranzistorové struktuře. Jak tento model usnadní pochopení průběhů vstupních a výstupních charakteristik tranzistoru?
(Diody představují přechody PN v tranzistoru, proudový zdroj mechanismus zesílení. Při zapojení v aktivním režimu je emitorový přechod v přímém (propustném) směru a kolektorový přechod ve zpětném (závěrném) směru Tomu odpovídá průběh charakteristik. Posun ve výstupních charakteristikách pro proudy emitoru je dán tím, že prakticky celý proud emitoru (se zanedbatelným úbytkem např. rekombinací v bázi) protéká kolektorem. V náhradním schématu je tato skutečnost vyjádřena zařazením proudového zdroje (IE=h21BIE)
18) Nakreslete zjednodušené náhradní schéma bipolárního tranzistoru pro malý signál, obsahující jen diferenciální odpor emitorového přechodu re a proudový zdroj h21bIe nebo h21eIb, vyjadřující proudové zesílení pro zapojení SB a SE. Pomocí těchto náhradních zapojení vysvětlete rozdíl mezi vstupním odporem v zapojení SB a SE.
(Diferenciální odpor je definován jako poměr změny vstupního napětí a vstupního proudu. V případě zapojení SB je Rvst(SB)=(UEB/(IE=(Iere/(Ie=re. V případě zapojení SE je vstupní odpor Rvst(SE)= (UBE/(Ib=((Ib+(Ic)re/ (Ib=((Ib+h21e(Ib)re/ (Ib(h21ere. Vstupní odpor v zapojení SE je tedy h21ekrát větší než vstupní odpor v zapojení SB.)
19) Zapište rovnice pro čtyřpólové hybridní parametry (h-parametry). Na základě nich definujte a pojmenujte parametry h11, h21,h22. Napětí a proudy označte: vstupní u1, i1, výstupní u2, i2.
(Pro malé hodnoty zesilovaných signálů tj. mala střídavá napětí a proudy lze v pracovním bodě popsat lineárními rovnicemi. V nich pro daný pracovní bod vystupují konstanty úměrnosti - parametry. Pokud za nezávisle proměnné zvolíme u1 a i2 (na levé straně rovnic), dostaneme parametry hik . Jejich definici určíme za podmínek vstupu naprázdno, tj. i1=0 a výstupu nakrátko tj. u2=0. Uvažte, co tyto podmínky znamenají z hlediska celkového napětí a proudu.)
20) Určete hodnoty RC, RB pro pracovní bod určený např.: Un=20 V, UBE=0,6 V, UCE=10 V, IC=5 mA, V pracovním bodě je hodnota h21E=100. Posuďte jak změna RB a tím i IB ovlivňuje IC. Předpokládejme, že změna vstupního napětí (UBE= 0,05 V vyvolá změnu proudu (IB=10 (A. Určete odpovídající změnu napětí (UCE a odpovídající napěťové zesílení AU. Předpokládáme, že hodnota h21E=100 platí i pro poměr změn výstupního a vstupního proudu tj. h21E= h21e
(Určete IB ze znalosti h21E a napětí na RB a z nich odpor rezistoru RB. Změnu výstupního napětí (UCE určíme na základě změny výstupního proudu a odporu RC)
21) Porovnejte uvedená zapojení z hlediska teplotní stabilizace. Vysvětlete princip teplotní stabilizace prostřednictvím emitorového rezistoru RE a význam kondenzátoru CE.
(Změna kolektorového proudu vlivem teploty vyvolává změnu pracovního bodu v prvním zapojení. V zapojení s emitorovým rezistorem vyvolá změna kolektorového proudu změnu napětí na RE , tím i zmenšení napětí mezi bází a emitorem a následné snížení kolektorového proudu. Jedná se o zápornou zpětnou vazbu. Aby tato neovlivňovala zesílení, tj. nepůsobila na střídavý signál, je třeba RE přemostit („zkratovat“ pro střídavý signál). Musí být splněna podmínka 1/(CE((RE)

22) Nakreslete strukturu tyristoru a jeho schematickou značku. Nakreslete ampérvoltovou charakteristiku a na ní znázorněte proces sepnutí a rozepnutí a vysvětlete, proč při sepnutí dochází k poklesu napětí na tyristoru.
(Předpokládejme nulový proud řídící elektrody IG. Rostoucím napětí mezi anodou a katodou UAK je rozloženo mezi krajní přechody PN v přímém směru (minimální úbytky napětí) a střední přechod ve zpětném směru (téměř celé připojené napětí). Předpokládáme při jistém zjednodušení, že při určitém napětí dojde k průrazu středního přechodu PN. Pokud by byl přechod izolovaný (osamocený přechod PN ) došlo by k nárůstu proudu při nepatrně rostoucím napětí obdobně jako u stabilizační diody. Ve struktuře tyristoru se ale projeví zpětná vazba mezi dvěma tranzistorovými strukturami PNP a NPN, které tyristorová struktura obsahuje. Díky této zpětné vazbě (popište jak se projevuje) klesne napětí na malou hodnotu, přibližně odpovídající napětí na dvou krajních, v sérii zapojených přechodech PN. Nastavení této zpětné vazby, napětí sepnutí lze ovlivnit proudem řídící elektrody, prakticky proudem báze jedné z tranzistorových struktur)
23) Nakreslete strukturu tranzistoru typu MOS FET s trvalým (technologickým) kanálem N. Nakreslete jeho převodní charakteristiku pro oblast saturace.
(Kanál je vytvořen technologicky, existuje při nulovém napětí hradla UGS a znamená to, že proud v kanále může při připojení napětí UDS procházet. Šířku kanálu a tím i proud ID lze modulovat (rozšiřovat nebo zužovat kanál) napětím hradla a to oběma polaritami. Z toho vyplyne průběh převodní charakteristiky. Posuďte, proč lze kanál rozšiřovat – vliv povrchového náboje)
24) Nakreslete strukturu tranzistoru typu MOS FET s indukovaným kanálem N. Nakreslete jeho převodní charakteristiku pro oblast saturace.
(Kanál ve struktuře není vytvořen technologicky a vytváří se teprve vlivem napětí mezi hradlem G a elektrodou S - UGS. Proud ID tedy může protékat teprve po dosažení určitého napětí UGS,označovaného jako prahové napětí, kdy se vytvoří (indukuje) kanál. Z toho vyplývá průběh převodní charakteristiky – proud při napětí UGS=0 je nulový.)
25) Porovnejte zesilovací vlastnosti, tj. proudové a napěťové zesílení tranzistoru bipolárního v zapojení SE a unipolárního typu MOS FET v zapojení SS (SE) tj. se společnou elektrodou S, označovanou také jako emitor, odtud SE. Uveďte parametry, které zesílení charakterizují a ze které charakteristiky je lze odečíst.
(Zesílení tranzistoru bipolárního charakterizujeme proudovým zesilovacím činitelem h21e, který určuje proudové zesílení a spolu s hodnotou odporu zatěžovacího rezistoru i napěťové zesílení. U tranzistoru MOS FET je vstupní proud zanedbatelný a zesílení charakterizujeme poměrem změny výstupního proudu a změny vstupního napětí, označovaný jako strmost. Parametry, které charakterizují zesílení lze odečíst z převodních charakteristik. Uveďte, o jaké závislosti se v uvedených případech jedná.)
26) Nakreslete zatěžovací přímku do soustavy výstupních charakteristik bipolárního tranzistoru pro zadané zapojení např. pro: U0=10 V, RC=1k( .Pracovní bod je určen proudem báze IB=40 (A. V zadaném pracovním bodě určete přibližně proudový zesilovací činitel (=h21e a proudové a zesílení tranzistorového zesilovače AI. Pro přibližné určení volte změnu ((IB=20 (A.
(Zatěžovací přímka vyhovuje rovnici pro výstupní obvod: U0=ICRC+UCE. Pro zakreslení určíme průsečíky s osou IC (kde je UCE=0) a osou UCE (kde je IC=0). Proudový zesilovací činit, který charakterizuje tranzistor (nikoliv jakékoliv zapojení zesilovače) se určí pro konstantní napětí v pracovním bodě, tj. UCE(P)=konst. Proudové zesílení závisí na proudovém zesilovacím činiteli a konkrétním zapojení, tj. odporu zatěžovacího rezistoru. Určí se na zatěžovací přímce (při změně IB se mění napětí UCE)).
27) V zapojení v úloze 26. uvažujeme, že obvod pracuje jako spínač. Zakreslete zatěžovací přímku do soustavy výstupních charakteristik bipolárního tranzistoru pro zadané zapojení např. pro: U0=10 V, RC=1k(. V síti vstupních charakteristik určete přibližně napětí a proud v případě sepnutí a rozepnutí. Jaký minimální proud je nutné přivést do báze, aby došlo k úplnému sepnutí. Jak se bude měnit proud a napětí při dalším zvyšování proudu báze?
(Body, odpovídající sepnutí a rozepnutí odpovídají průsečíkům zatěžovací přímky s výstupní charakteristikou pro IB=0 (A a mezní přím