W kontekście analizy częstotliwościowej tranzystorów bipolarnych i efektu Millera, zrozumienie roli pojemności Miller'a jest kluczowe dla przewidywania odpowiedzi układu w różnych zakresach częstotliwości. Przyjrzyjmy się podstawom działania układu i fizycznym podstawom efektu Millera w tranzystorach.

Zaczynając od modelu tranzystora bipolarnego, przedstawionego w układzie hybrydowym-π, jego podstawowe parametry obejmują oporniki wejściowe, wyjściowe, pojemności oraz parametry tranzystora. W analizach częstotliwościowych zakłada się, że układ jest obciążony rezystorem RC na wyjściu, a także że częstotliwość sygnałów jest sinusoidalna. W takim przypadku, napięcie wyjściowe vov_o jest zależne od napięcia wejściowego vπv_\pi, z zachowaniem przesunięcia fazowego o 180°. To oznacza, że wyjściowe napięcie jest większe pod względem amplitudy, ale przeciwnie fazowane względem sygnału wejściowego. Pomimo tego, że sygnał wyjściowy jest w fazie odwrotnej do sygnału wejściowego, jego napięcie jest większe ze względu na wzmocnienie.

W układzie przedstawionym na rysunkach, napięcie vπv_\pi oraz napięcie vov_o różnią się o napięcie na pojemności CμC_\mu. Z tego wynika, że różnica napięć między tymi punktami jest związana z napięciem na tej właśnie pojemności. W wyniku działania tranzystora i wzmocnienia sygnału, napięcie na tej pojemności CμC_\mu rośnie, co prowadzi do powstania efektu Millera.

Analizując ten proces matematycznie, możemy opisać prąd iCi_C płynący przez pojemność CμC_\mu za pomocą wzoru różniczkowego. Dla sygnałów sinusoidalnych, prąd ten zapisujemy jako iC=jωCμVCi_C = j\omega C_\mu V_C, gdzie VCV_C to napięcie na kolektorze, a jωj\omega to operator częstotliwości. Z kolei w wersji układu z pojemnością Millera, prąd iCi_C może być zapisany jako iC=jωCMVπi_C = j\omega C_M V_\pi. Ponieważ VπV_\pi jest mniejsze niż VCV_C, to CMC_M musi być większe niż CμC_\mu, aby równość ta była spełniona.

Efekt Millera polega na tym, że dzięki przesunięciu fazowemu i wzmocnieniu napięcia, napięcie na pojemności CμC_\mu staje się większe niż w przypadku standardowego obwodu. To prowadzi do sytuacji, gdzie pojemność CMC_M, będąca efektem Millera, ma wyższą wartość niż pojemność CμC_\mu w oryginalnym układzie. Z tego powodu pojemność Miller'a ma znaczny wpływ na zachowanie układu, szczególnie w kontekście częstotliwościowej odpowiedzi tranzystora. Im wyższe wzmocnienie, tym większa wartość pojemności Millera, co z kolei obniża pasmo przenoszenia układu.

Dla różnych wartości pojemności CμC_\mu, możemy obliczyć zmiany w częstotliwości 3 dB, co daje nam informację o szerokości pasma układu. W przypadku, gdy CμC_\mu wynosi 0, pojemność Miller'a CMC_M równa się zeru, co oznacza, że efekt Millera nie ma wpływu na odpowiedź częstotliwościową. Jednakże, gdy CμC_\mu jest różne od zera, pojemność Miller'a rośnie, co prowadzi do zmniejszenia górnej częstotliwości 3 dB.

Wnioski z analizy tego układu są istotne nie tylko dla zrozumienia działania tranzystora, ale także dla projektowania układów elektronicznych, w których ważna jest kontrola szerokości pasma. Zjawisko Millera może wprowadzać znaczne zmiany w zachowaniu układu, szczególnie w przypadku tranzystorów bipolarnych, co należy brać pod uwagę przy projektowaniu układów wzmacniających i filtrujących.

Warto dodać, że choć efekty Millera mają tendencję do ograniczania pasma przenoszenia, w niektórych przypadkach, na przykład w układach niskoczęstotliwościowych, mogą one być mniej zauważalne. Z tego powodu, odpowiednia analiza układów o różnym przeznaczeniu pozwala na lepsze dostosowanie parametrów obwodu do wymagań aplikacji. Dodatkowo, inżynierowie muszą pamiętać, że pojemności parasityczne, takie jak CμC_\mu i CπC_\pi, mogą być modulowane przez różne czynniki, w tym temperaturę, co wpływa na ostateczną odpowiedź układu.

Jak zaprojektować elektroniczny termometr z użyciem wzmacniaczy operacyjnych i diod półprzewodnikowych?

Projektowanie elektronicznego termometru, który wykorzystuje charakterystyki temperaturowe diod półprzewodnikowych, stanowi ciekawe wyzwanie inżynierskie, łączące teorię z praktyką. W tej części omówimy szczegóły projektu, w którym używamy wzmacniaczy operacyjnych, diod oraz tranzystorów, aby uzyskać sygnał napięcia proporcjonalny do temperatury.

Podstawowy założenie projektu polega na tym, że napięcie wyjściowe powinno znajdować się w zakresie od 0 V do 5 V, gdzie 0 V odpowiada temperaturze 0 °F, a 5 V – 100 °F. Opisany układ jest rozwinięciem wcześniejszego projektu termometru elektronicznego, w którym wykorzystywano charakterystyki temperatury diody pn. W omawianym układzie, jak pokazano na rysunku 9.48(a), zastosowano dwie diody, zasilane stałymi źródłami prądowymi.

Wartości napięcia na każdej z tych diod możemy zapisać, stosując równania charakterystyki diody. Napięcia na diodach, VD1 i VD2, zapisujemy odpowiednio w postaci:

VD1=I⋅VT⋅ln⁡(ISI)V_{D1} = I \cdot V_T \cdot \ln \left( \frac{I_S}{I} \right)
VD2=I⋅VT⋅ln⁡(ISI)V_{D2} = I \cdot V_T \cdot \ln \left( \frac{I_S}{I} \right)

gdzie ISI_S jest prądem wstecznym, a II to prąd zasilający diody. Napięcie wyjściowe, VATV_{AT}, to różnica napięć na diodach, która jest funkcją temperatury:

VAT=VD1−VD2=VT⋅ln⁡(I1I2)V_{AT} = V_{D1} - V_{D2} = V_T \cdot \ln \left( \frac{I_1}{I_2} \right)

Gdzie VTV_T to napięcie termiczne, które zależy od temperatury. Stosując odpowiednie przekształcenia, napięcie wyjściowe staje się funkcją temperatury, a dokładniej temperatury absolutnej (Kelwina), co pozwala na dalsze przekształcenie tego napięcia na temperaturę w stopniach Celsjusza i Fahrenheita.

Następnie, aby przekształcić wyjściowe napięcie na zakres odpowiadający wartościom 0-5 V w skali Fahrenheita, zastosowano wzmacniacz instrumentalny. Wzmacniacz ten pozwala na uzyskanie odpowiedniego wzmocnienia sygnału, a dodatkowo stosując układ sumujący z napięciem przesunięcia, uzyskano wymagane parametry wyjściowe: napięcie 0 V przy temperaturze 0 °F i 5 V przy 100 °F. Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych umożliwia również dostosowanie układu do innych temperatur i parametrów.

W kontekście tego rozwiązania, kluczowym elementem jest zastosowanie odpowiednich komponentów, takich jak diody krzemowe, tranzystory oraz wzmacniacze operacyjne. Dla zapewnienia dokładności, wszystkie diody oraz tranzystory powinny być idealnie dopasowane, a obwody zaprojektowane w taki sposób, aby eliminować błędy związane z prądami bazy tranzystorów i innymi nieidealnościami komponentów.

Kolejnym istotnym elementem tego układu jest jego zdolność do konwersji napięcia na temperaturę. Po przekształceniu napięcia wyjściowego z wzmacniacza instrumentalnego oraz uwzględnieniu napięcia przesunięcia z Zenera, uzyskujemy napięcie wyjściowe, które jest liniową funkcją temperatury. Jest to istotna zaleta, ponieważ pozwala na łatwą kalibrację układu i dostosowanie go do szerokiego zakresu temperatur.

Ważnym krokiem w procesie projektowania było uwzględnienie napięcia przesunięcia, które mogło zostać wygenerowane przy pomocy wzmacniacza operacyjnego w połączeniu z diodą Zenera. W tym przypadku, Zener o napięciu przebicia 3,60 V stanowił kluczowy element układu, zapewniając odpowiednią wartość napięcia przesunięcia, które w połączeniu z wzmacniaczem instrumentalnym umożliwiło uzyskanie pożądanego napięcia wyjściowego w szerokim zakresie temperatur.

Z praktycznego punktu widzenia, projektowanie takiego układu wymaga precyzyjnego dobrania elementów oraz uwzględnienia wielu parametrów, które mogą wpływać na dokładność pomiaru temperatury. Idealnym rozwiązaniem jest wykorzystanie wysokiej jakości diod, tranzystorów oraz wzmacniaczy operacyjnych, które zapewnią stabilność i dokładność w szerokim zakresie temperatur.

System ten znajduje swoje zastosowanie nie tylko w nauce i przemyśle, ale także w codziennym życiu, gdzie wymagana jest szybka i precyzyjna konwersja temperatury na wartości napięcia. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii elektronicznych, takie systemy mogą być wykorzystywane w różnych aplikacjach, od urządzeń konsumpcyjnych po bardziej zaawansowane systemy przemysłowe.

Kto lub co stoi за sprawiedliwością?
Jak podejście oparte na miękkich obliczeniach może zmienić systemy rekomendacji w biznesie?
Jak zrozumieć fascynację glamour w kontekście psychologii i mody?
Jak SDMANET zmienia routing i bezpieczeństwo w mobilnych sieciach ad-hoc?
Jak rozwój badań oceanicznych wpłynął na bezpieczeństwo żeglugi?
Lista dysków 2013-2014 rok szkolny
KALENDARZOWY PLAN NAUCZANIA - HARMONOGRAM PRACY MUNICIPALNEJ INSTYTUCJI EDUKACYJNEJ ŚREDNIEJ SZKOŁY OGÓLNOKSZTAŁCĄCEJ NR 2 W MIEŚCIE MAKARIJEV W GMINIE MAKARIJEWSKIEJ, WOJ. KOSTROMSKIEJ na rok szkolny 2018/2019
Zalecany formularz wniosku dla osób prawnych i jednostek prawa publicznego zarejestrowanych w rejestrze akcjonariuszy PJSC „Aerofłot” WNIOSEK O NABYCIE ZWYKŁYCH AKCJI PJSC „AEROFŁOT” Z DODATKOWEJ EMISJI W RAMACH WYKONANIA PRAWA PIERWSZEŃSTWA
Struktura układu okresowego D. I. Mendelejewa. Rodzaje okresowości właściwości pierwiastków chemicznych.
Świętowanie 190-lecia urodzin Gali Sokoroya i 155-lecia urodzin Garifulli Keiekova w Szkole w Starym Kaipan: Edukacja, Tradycja i Inspiracja