SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 26
Baixar para ler offline
Mikroelektronika
Kapitulli 1
Qarqet e integruara lineare
1/15/2016 1
Dy kategori të mëdha
qarqesh elektronike
analog dhe digital
Analog
Celesa (ON), (OFF)
Qarqet analog njihen me emrin
qarqe të integruar linear
digital
1.2 Fabrikimi i qarqeve të integruara
Metodat e fabrikimit të qarq
eve të integruar ndahen në
dy kategori të përgjithëshme
Metoda hibride
Metoda monolitike
Fjala “monolitike” rrjedh nga dy fjalë greke: monos, që do të thotë
i vetëm dhe lithos, që do te thotë gur
Qarqet e integruar hibrid
të shtresave të trasha (thick film)
të shtresave të holla (thin film)
QI hybrid multichip
1/15/2016 2
QI monolitik realizohen nëpërmjet një sekuence hapash. I gjithë qarku, duke
përfshirë të gjithë elementët aktivë dhe pasivë formohen në një copëz materiali
siliciumi kristalin.
Qarqet e integruar monolitik përfaqësojnë shembullin ekstrem të dallimeve në
strukturë, midis QI monolitik dhe qarqeve me komponente diskret.
Fig.1.1a paraqet një qark që përmban katër komponentet më shumë të përdorëshëm në qarqet e
integruar, pikërisht një kapacitet, një rezistencë, një diodë dhe një transistor npn. Do të përdorim
këtë qark për të ilustruar principet bazë të fabrikimit të QI monolitik.
Fig.1.1b paraqet katër materialet bazë për që nevojiten për të realizuar këtë qark.
Në procesin e fabrikimit nevojiten edhe shumë materiale të tjerë. Ato përfshijnë
dopant, për të ndryshuar siliciumin elektrikisht neutral në material të tipit p ose n,
një oksidues për të prodhuar dioksidin e silicit, etchants (etch = gdhend , bej
gravure) per të hequr shtresa të ndryshme dhe material i ndjeshëm ndaj dritës.
Në fig.1.1c jepen përmasat e shtresave të ndryshme, për të kuptuar, që seksionet tërthore të tyre,
nuk i përgjigjen shkallës së paraqitjes, sepse ndryshe nuk do ishte e mundur të paraqiteshin
shtresat tepër të holla të dioxidit dhe të difuzionit.
Së pari le t’i kushtojmë vëmendje hapave të fabrikimit të një transistori npn.
Më tej duke shfrytëzuar strukturën e arritur do të shohim se si realizohet
dioda, rezistenca dhe kondesatori.
1/15/2016 3
1/15/2016 4
Fig.1-1 Fabrikimi i
QI monolitik
1/15/2016 5
1/15/2016 6
1.3 Analiza e disa qarqeve në përbërje të QI linear.
Përveç disa konsideratave të përgjithëshme, në këtë paragraf do të jepen teknikat e
polarizimit të QI linear dhe do të analizohet stadi amplifikues diferencial, që përbën
stadin e hyrjes të çdo amplifikatori operacional (i cili do të studjohet me hollësi në
kapitullin 2), por edhe stade të tjerë.
Konsiderata të përgjithëshme
• Projektimi i një sistemi elektronik me QI është shumë më i thjeshtë, në krahasim me
projektimin e detajuar dhe të lodhëshëm të sistemeve të realizuar me elementë
diskretë, sepse vetë qarku i integruar është në vetëvete një nënsistem apo sistem.
• Në rastin ideal mjafton që projektuesi të bëj lidhjen e përshtatëshme të qarqeve
përkatës për të ndërtuar sistemin elektronik të dëshiruar.
• Ndërkaq, në praktikë, nevojitet njohja me principet e punës së QI, për të shfrytëzuar
kapacitetin e tyre dhe për të shmangur grackat e punës projektuese. Kjo është
arsyeja, përse prodhuesit e QI i shoqërojnë ato me skemat e tyre elektronike dhe me
të dhënat teknike.
1/15/2016 7
Dallimi kryesor qëndron në faktin që QI monolitik ka një numër më të kufizuar tipesh
përsa i përket komponenteve përbërëse, në krahasim me tipet e komponenteve të
përdorur në qarqet me elementë diskretë. Bobinat, transformatorët si dhe rezistencat
dhe kondesatorët me vlerë shumë të lartë nuk mund ose nuk është praktike të
integrohen
Veç kësaj, komponentet e integruar në qark kanë toleranca më të këqija se ato të
komponenteve diskrete, për shkak të kompleksitetit dhe hapave të shumtë
procedurialë, të kërkuar për fabrikimin e tyre. Proçeset e difuzimit të përdorur gjatë
fabrikimit të QI monilitik janë të ndjeshm ndaj ndryshimeve të vogla (prej disa gradësh) të
temperaturës, si pasojë gabimet në vlerat absolute të komponenteve janë të pashmangëshme.
Influenca të tjera negative janë heqja jo uniforme e shtresës së ndjeshme ndaj dritës,
variacionet në vetitë e materialeve të përdorur, etj.
Por për fat të mirë, megjithëse vlera absolute e komponenteve te QI monolitik nuk
mund të kontrollohet saktësisht, nga një chip në tjetrin, madje edhe brënda chip-it,
komponentet e njëjtë të një chip-i, duke qënë afër njëri tjetrit kanë jo vetëm vlera të
njëjta por edhe koeficient të njëejtë temperature. Kjo aftësi, për të fabrikuar çifte
të harmonizuar komponentesh, veçanërisht rezistenca dhe transistorë,
shfrytëzohet shpesh për të kapërcyer pamundësinë e fabrikimit të komponenteve
me vlera brenda tolerancës.
1/15/2016 8
Një vështrim mbi
qarqet e integruar
monolitik zbulon
menjëherë dallimin
kryesor të tyre nga
qarqet diskretë
Qarqet e realizuar me element diskretë kane më
shumë komponente pasive se sa komponente
aktive, sepse këto të fundit janë më të shtrenjta dhe
me besueshmëri më të ulët se komponentet pasive
QI monolitik ka ligjësi të tjera, që lidhen kryesisht me
përmasat e mëdha të rezistencave dhe
kondesatorëve të integruar në raport me ato të
diodave dhe transistorëve, Duke preferuar
komponentet aktive ndaj atyre pasive, qarku
rezulton me përmasa fizike më të vogla dhe për
pasojë, wafer-i -me një numër më të madh QI.
Përfitimi ekonomik është evident.
1/15/2016 9
1.3.1 Teknikat e polarizimit të qarqeve të integruar linear (Pasqyrat e
rrymës)
Fig.1-2 paraqet skemën e një gjeneratori rryme realizuar me elementë diskret.
Fig.1-2
Pa bërë analizën e skemës, e cila përfaqeson në
vetëvete një stad me vetëpolarizim, do të
sqarojmë, mënyrën e stabilizimit të rrymës
kolektoriale IC, për të qenë e pavarur nga
ndryshimet e temperaturës.
Stabilizimi i rrymës I arrihet nëpërmjet
rezistencës R1 dhe diodës D.
Tensioni në diodë dhe tensioni bazë-emiter Vbe, si dhe
ndryshimet e tyre me temperaturën, zbriten
reciprokisht, duke siguruar një tension pothuaj konstant
në rezistencën Re dhe si pasojë –një rrymë emiteriale
konstante. Kështu, rryma kolektoriale IC mbahet
konstant dhe është e pavarur nga ndryshimet e
temperaturës.
Për shkak se rryma IC = konstant, stadi amplifikues me vetëpolarizim
(ose me polarizim emiterial) njihet edhe me emrin gjenerator rryme.
1/15/2016 10
Skema e fig.1-2 nuk është e përshtatëshme për fabrikimin e gjeneratorit të
rrymës në QI monolitik, për shkak të vlerave të mëdha të rezistencave dhe
kondesatorit Ce. Në QI monolitik përdoret skema e fig.1-3a.
Fig.1-3
Të dy transistorët
fabrikohen ngjitur me njëri
tjetrin, prandaj parametrat
e tyre janë shumë të
përafërt. Duke patur
parasyshë se bazat e tyre
kanë të njëjtin potencial
kuptohet Ic do t jene te
njejta (IC1 = IC2 = IC) dhe të
pavarura nga temperatura,
si me poshtë
:
I = IC1 + IB1 + IB2 = IC + 2IB
IC = I - 2IB .
Por:
1/15/2016 11
IC = βIB, ku β është amplifikimi për sinjale të mëdhej, si rrjedhoje
Pra rryma IC eshte konstante dhe e pavarur nga temperatura.
Nga ana tjetër:
Kështu, nëqoftëse β >> 2 dhe VBE << VCC
Skema e fig.1-3b përfaqëson skemën ekuivalente të gjeneratorit të rrymës të
paraqitur në fig.1-3a, sepse transistori Q1, i lidhur si diodë, është zëvendësuar nga
dioda D.
Rryma I (e barabartë me rrymën e diodës, në se rryma e bazës së transistorit Q neglizhohet)
është e barabartë me rrymën IC të kolektorit të transistorit Q, pra pasqyron ose përsërit këtë
rrymë. Prandaj, ky konfiguracion thirret shpesh pasqyrë rryme (current-mirror) ose
përsëritës rryme (current-repeater).
Fig.1-3c është një version tjetër i një pasqyre rryme, që përdor një MOSFET të pasuruar me kanal të tipit n.
1/15/2016 12
Nëqoftëse kërkohët polarizimi i n transistorëve me të njëjtën rrymë, atëhere
përdoret fig.1.4a.
Fig.1-4
Për transistorë identik vlenë
barazimi:
IC1 = IC2 = IC3 = ···· ICn = IC
Duke zëvëndesuar IC = βIB
dhe duke perdorë ligjin e
parë të Kirkofit, nxjerrim:
Për β>>n+1 IC ≈ I.
Duke vrojtuar fig.1-4a, vemë re, që bazat e të
gjithë transistorëve janë lidhur së bashku,
ndërsa emiterat e tyre janë të tokëzuar. Një
mënyrë e tillë lidhje lejon, gjatë proçesit të
fabrikimit, zëvendësimin e n transistorëve
me një transistor të vetëm multikolektorial
(n-kolektorial) si në fig.1-4b.
1/15/2016 13
Seksioni tërthor i një transistori multikolektorial tregohet në fig.1-5.
Fig.1-5
Në rast se sipërfaqet e zonave kolektoriale
nuk janë të barabarta, atëhere rrymat
kolektoriale nuk do të jenë të njejta, por do
të jenë proporcional me raportin e
siperfaqes se kolektorit në shqyrtim ndaj
sipërfaqes së transistorit të lidhur si diodë.
Në rastin kur amplifikimi i
rrymës β i transistorëve në
përsëritësit e rrymës (fig.1-3
dhe fig.1-4) është i vogël (si në
rastin e fabrikimit të
transistorëve p-n-p lateral
(anësor), atëhere nuk vlenë
supozimi IC=I, sepse gabimi
është i konsiderueshëm.
Gabimi reduktohet mjaft duke
shtuar një përsëritës emiterial,
për ushqimin e rrymave të
bazës, si në fig.1-6.
Fig.1-6
1/15/2016 14
Duke aplikuar ligjin e parë të Kirkofit në pikën nyje të bazës së Q3, nxjerrim:
Formula tregon se raporti I2/I1 varet nga β shumë më pak se në rastin e skemës të
fig.1-3. Në fakt për të gjitha vlerat e amplifikimit β ≥ 5, I2 është më e vogël se rryma
I1 me më pak se 6%.
Le të supozojmë, që në qarkun e fig.1-6a shtohen dy rezistencat emiteriale R1 dhe R2, si në
fig.1-6b. Mund të vërtetohet lehtësisht se raporti i rrymave kolektoriale I1 dhe I2 është i
barabartë me inversin e raportit të rezistencave: I2/I1 ≈ R1/R2. Kështu, duke zgjedhur vlerat e
përshtatëshme të rezistencave R1 dhe R2 arrihen lehtësisht të merren vlera të larta të raporit
I2/I1, (p.sh. 10). Skema e fig.1-3a nuk është praktike, për një gjë të tillë, sepse sipërfaqja e
kolektorit Q2 duhet të bëhet shumë më e madhe (p.sh. 10 herë) se sipërfaqja e kolektorit të
Q1.
Për të gjeneruar një rrymë shumë të vogël kolektoriale, të themi 10 µA,
do të këkohej fabrikimi i një rezistence të lartë difuzioni. Për të dalë nga
kjo vështirësi, zgjidhet një vlerë e lartë e rrymës I1 (në mA) dhe lidhet një
rezistencë diskrete R2 (me vlerën e kërkuar të lartë) në emiterin e Q2. I
njëjti rezultat arrihet edhe duke e hequr rezistencën R1 nga emiteri i Q1 të
fig.1-6b. Për R1 = 0, vlera e rezistencës R2 përcaktohet nga ekuacioni:
1/15/2016 15
1.2 Amplifikatori diferencial
Funksioni i amplifikatorit diferencial është të amplifikojë diferencën midis dy
sinjaleve. Ai përdoret në shumë matje fizike, kudo kur kërkohet amplifikim uniform
gjatë gjithe spektrit të frekuencave, nga zero (rrymë e vazhduar) në disa MHz. Është
gjithashtu stadi bazë i një amplifikatori operacional,
Skema e një amplifikatori
diferencial tregohet në fig.1-7.
Ai përbëhet nga një çift
transistorësh me parametra të
njejtë, që kanë një rezistencë
të përbashkët emiteriale. Për
shkak të simetrisë, skema ka
drejf (drift) të vogël ndaj
ndryshimeve të temperaturës
ose ndaj ndryshimeve të
parametrave të transistorëve
me rrjedhën e kohës. Fig.1-7
1/15/2016 16
Në rastin ideal, dalja duhet të jetë plotësisht e pavarur nga nivelet e sinjaleve
individualë, ajo duhet të varet vetëm nga diferenca midis tyre, sipas ekuacionit:
Ku vo eshte vlera e castit te tensionit te sinjalit ne dalje, v1 dhe v2 vlerat e çastit të
tensionit në hyrjet 1 dhe 2 përkatësisht dhe Ad është amplifikimi i amplifikatorit
diferencial.
Nga ky ekuacion rrjedh, që ne menyren normale te punes, sinjal në dalje merret
vetëm në rastet kur sinjalet e hyrjes janë në kundërfaze, kur p.sh. v1 = 50µV dhe v2 =
- 50µV. Në mënyrën e përbashkët (common mode) të punës, d.m.th. kur sinjalet e
hyrjes janë në sinfazë (p.sh. kur v1 = v2 = 50µ) sinjali i daljes mungon.
Duke u bazuar në këtë përfundim, kuptohët që amplifikatori diferencial është shumë i
rëndësishëm në amplifikimin e sinjaleve të vegjël të kontaminuar nga zhurma të
natyrave të ndryshme, sepse zhurmat duke patur të njëjtin nivel, në të dy hyrjet e
këtij amplifikatori nuk shfaqen në dalje. Si shembuj mund të përmendim transmetimin
e sinjaleve digital, -e sinjaleve të zërit (audio) të balancuar, e sinjaleve të
radiofrekuencës, e sinjaleve të elektrokardiogramave, etj., nëpërmjet kablove
(zakonisht çift i përdredhur fijesh) përkatës.
1/15/2016 17
Por, në praktikë, amplifikatori diferencial nuk mund të përshkruhet vetëm nga
ekuacioni (1-4), sepse në përgjithësi dalja nuk varet vetëm nga diferenca e sinjaleve
vd = v1 - v2, por edhe nga vlera mesatare e sinjaleve Vc= ½ (v1 – v2) i cili quhet sinjal i
mënyrës së përbashkët (common mode signal). Kështu p.sh., dalja nuk është e njejtë
si për rastin kur v1 = 50µV dhe v2 = - 50µV, ashtu dhe për rastin kur v1 =
1050µV dhe v2 = 950µV, megjithëse diferenca e sinjaleve vd = v1 - v2 = 100µV është e
njejtë për të dy rastet.
Pse ?. Sepse amplifikimi i mënyrës së përbashkët të punës Ac nuk është zero, siç
dëshirohet, por ka njëfarë vlere. Sa më e vogël te jetë Ac aq më shumë i afrohemi
rastit ideal Ac = 0. Prandaj, për të vlerësuar kualitetin e amplifikatorit diferencial, futet
një parametër, i ashtuquajturi raport i shtypes së mënyrës së përbashkët (common
mode rejection ratio), i cili shënohet me CMRR dhe përkufizohet si modul i raportit.
Ad/Ac :
Sa më e vogël vlera e Ac, aq më e e madhe është shtypja e sinjalit të përbashkët, aq
më kualitativ është amplifikatori diferencial. Per Ac = 0, parametri CMRR = ∞ dhe
amplifikatori diferencial është një amplifikator ideal.
1/15/2016 18
Tani, le t’i kushtojmë vëmendje principit të punës së amplifikatorit diferencial,
skema e të cilit është dhënë më sipër (fig. 1-7) dhe llogaritjes së Ad dhe Ac .
Supozojmë se në bazën e transistorit Q1 aplikohet një sinjal me vlerë efektive
V1=50µV, në bazën e Q2 -një sinjal V2 = -50µV, atëhere sinjali diferencë eshte
Vd = V1-V2 = 100µV. Për shkak të simetrisë së skemës Ie1 = - Ie2, I0=0 dhe si pasoje
potenciali i pikës E nuk ndryshon. D.m.th. për sinjalin: Ve=0
Prandaj secili transistor vepron si transistor me emitter të tokëzuar. Rezistenca Re
rezulton e shuntuar dhe nuk influencon (nuk ka efekt) mbi amplifikimin Ad. Me këtë
mënyrë shuntimi, në dallim nga shuntimi i Re me kondesator, amplifikimi është i
njëjtë në të gjithë spektrin e frekuencave të poshtëme, deri në frekuencën zero. Kjo
veti shfrytëzohet në qarqet e integruar, sepse kondesatorët e mëdhej integrohen me
vështirësi, sidomos me teknologjinë monolitike.
VCC
Rc
Vd/2
Vo
Q2
Fig.1-8
Kështu, duke i u referuar stadit me
emiter tw përbashkët (fig.1-8) për tw
cilin, siç dihet, amplifikimi llogaritet
me ekuacionin:
1/15/2016 19
për vlerwsimin e amplifikimit Ad të një stadi diferencial me dalje diferenciale përdoret e
njëjta formulë.
Për rastin me një terminal në dalje, Ad ka vlerë të përgjysmuar, prandaj vlenë ekuacioni i
mëposhtwm:
, dhe
VT = KT/q ≈T/11600 VT është volt-ekuivalenti i temperatures
K – Konstantja e Boltsmann-it [J/oK],
T – temperatura [oK] dhe
q = 1.60·10-19 [C] është ngarkesa e elektronit.
Në temperaturën e dhomës T = 300 oK VT ≈ 0.025 V = 25mV.
1/15/2016 20
Për
Për të vlerësuar amplifikimin e mënyrës së përbashkët Ad duhet qw: V1 = V2 = V. Nëqoftëse, në
fig.1-7, Re zëvendësohet me dy rezistenca në parallel me vlerë 2Re njëra e lidhur në anë të majtë
të pikës nyje E dhe tjetra e lidhur në anë të djathtë, atëhere në skemën e fig.1-7 nuk ndryshon
asgjë, por ajo është simetrike ndaj një linje imagjinare, që kalon përmes +Vcc, E dhe –VEE . Duke
e ndarë skemën në dy pjesë, atëhere Ac mund të llogaritet nga skema e fig.1-9, e cila përfaqëson
pjesën e majtë të fig.1-7.
Fig.1-9
Duke përdorur modelin e përafërt me parametra-h, vlera e
Ac llogaritet nga formula e mëposhtëme:
Shihet se CMMR = Ad/Ac rritet pambarim, kur Re ∞.
Vemë në dukje, që ka kufizime praktike në vlerën e Re, për
shkak të rënëjes së tensionit në të për rrymën e vazhduar.
Kjo do të thotë, që me rritjen e vlerës së Re, për të pasur të
njëjtën rrymë qetësie I0, duhet të rritet edhe vlera e VEE.
1/15/2016 21
Për të dalë nga kjo situatë, rezistenca Re zëvendësohet nga një gjenerator rryme
(Fig.1-3a). Kështu, në teknologjinë monolitike, skema e integruar e nje
amplifikatori diferencial ka pamjen e fig.1-10.
Vo1
Vee
Rc2Rc1
V2
Vcc
Q4
Rc3
V1
VCC
Q1
Vo2
Q3
Q2
Fig.1-10.
Në teknologjinë monolitike është lehtë të
realizohen tranzistorë identik. Keshtu duke
pranuar se Q1 është identik me Q2, mund të
demonstrojmë lehtësisht, që në skemën e
fig.1-10 amplifikimi per mënyrën e
përbashkët Ac = 0 dhe, si pasojw CMRR
∞
Disa përfundime praktike
• Amplifikatori diferencial përdoret shpesh në
aplikimet e rrymës së vazhduar.
Duke përdorur teknologjinë monolitike),
mund të ndertohen amplifikatorë
diferencialë, në të cilët tranzistorët Q1 dhe Q2
janë pothuaj identikë (çift i përshtatur)
1/15/2016 22
• Kur tensioni merret nga vetëm një dalje, p.sh Vo = Vo2, atëhere stabiliteti i tensionit të
daljes varet në një farë mase nga shkalla e përshtatjes së Q1 dhe Q2, por edhe nga
stabiliteit i rrymës I0 të gjeneruar nga Q3. Kështu, për amplifikatorët e rrymës së vazhduar,
me një dalje të vetme (të tillë si amplifikatorët operacional) stabiliteti i skemës së
polarizimit të Q3 është mjaft kritik.
•Për të fituar një amplifikim të madh, amplifikatorët diferencialë mund të lidhen në
kaskadë. Në këtë rast, daljet Vo1 dhe Vo2 të fig.1-10 lidhen direkt në bazat e tranzistorëve
respektivë të stadit diferencial pasardhës.
1..3.3 Karakteristika kalimtare e amplifikatorit diferencial
Për të kuptuar përparësitë dhe kufizimet e amplifikatorëve diferencialë, do t’i referohemi
karakteristikës kalimtare: IC = f(V1 – V2). Për këtë, le të bëjmë së pari një vlerësim kualitativ
të skemës së fig.1-10. Kur vlera e V1 ndodhet poshtë pikës cutoff ( cutoff = mbyllje) të Q1, e
gjithë rryma I0 kalon përmes Q2 (pranojmë për këtë diskutim, që V2 është constant). Kur V1
fillon e rritet mbi vlerën cutoff, rryma në Q1 rritet, -në Q2 zvoglohet, ndërsa shuma e tyre
mbetet konstant dhe e barabartë me I0. I gjithë diapazoni i ndryshimit të tensionit të daljes
∆Vo është i barabartë me RcI0 dhe mund të kontrollohet duke ndryshuar vlerën e I0. Nga
fig.1.10 nxjerrim:
dhe
1/15/2016 23
Por, siç dihet, rryma emiteriale IE e çdo tranzistori është e lidhur me tensionin VBE nëpërmjet
karakteristikës volt-ampere të diodës, të formës:
Si rrjedhojë:
dhe
Por prandaj:
Duke zwvendwsuar
1/15/2016 24
Kështu që:
(*)
Nëqoftëse Q1 dhe Q2 përfaqësojnë një
çift të përshtatur, atëhere edhe IC2
merret nga ekuacioni (*), duke
ndërruar vendet e V1 dhe V2.
Ekuacioni (*) përfaqëson karakteristikën
e transmetimit (ose kalimtare) të
amplifikatorit diferencial dhe paraqitet
në fig.1-11.
Ndryshimet e temperaturës ndaj parametrave të tyre, për shkak edhe të afërsisë,
kanë të njëjtën influencë. Si pasojë, për dalje diferenciale, efekti i temperaturës
ndaj tensionit të daljes është i neglizhueshëm (pothuaj zero).
Fig.1-11
1/15/2016 25
Duke derivuar ekuacionin (*) kundrejt (V1–V2), mund të nxjerrim ekuacionin e
transpërcjellshmërisë gmd të amlifikatorit diferencial:
për V1 = V2
Ekuacioni (1-18) tregon, që për të njejtën vlerë I0, vlera e transpërcjellshmerise se
amplifikatorit diferencial është sa një e katërta e vlerës së transpërcjellshërisë së
një stadi amplifikues me një tranzistor të vetëm.
1. Amplifikatori diferencial është një kufizues i mirë, sepse kur tensioni i hyrjes
diferenciale (V1-V2) e kalon vlerën ±4VT (≈100mV) (në temperaturën e
dhomës), tensioni i daljes pothuaj nuk ndryshon.
Përfundime:
2. Pjerrësia e kësaj kurbe përcakton transpërcjellshmërinë gmd e cila fillon nga
vlera zero, arrinë në një vlerë maksimale I0/4VT për Ic1=Ic2 = I0/2 dhe bëhet
përsëri zero.
1/15/2016 26
3. Vlera e gmd është proporcional me I0. Prandaj, meqenëse ndryshimi i tensionit
të daljes Vo2 është:
atëhere, amplifikimi diferencial Ad mund të ndryshohet duke ndryshuar vlerën e
rrymës I0. Kjo do të thotë që amplifikatori diferencial mund të përdoret edhe për
kontrollin automatik të amplifikimit.
Karakteristika kalimtare është lineare vetëm në një zonë të ngushtë rreth
pikës së punës, ku ndryshimi maksimal i tensionit diferencial të hyrjes është
±VT (≈25mV) në temperaturën e dhomës). Vërtetohet se me shtimin e dy
rezistencave Re në seri me terminalet emiteriale të dy tranzistorëve Q1 dhe
Q2 të skemës së fig.1-11, zona lineare mund të zgjerohet, sepse kjo lidhje e
kundërt negative sipas rrymës dhe në seri, në secilin tranzistor, redukton
pjerrësinë e karakteristikës kalimtare, pra -vlerën e gmd . Vlera të arsyeshme
të rezistencave janë 50-100 Ω, sepse për vlera më të mëdha të tyre,
amplifikimi diferencial Ad zvogëlohet shumë. Shtimi i rezistencave Re rrit
gjithashtu rezistencën e hyrjes.

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Material 001 gjysempercjellesit
Material 001 gjysempercjellesitMaterial 001 gjysempercjellesit
Material 001 gjysempercjellesitFerhat Xhaferi
 
Leksione te elektroteknikes
Leksione te elektroteknikesLeksione te elektroteknikes
Leksione te elektroteknikesXhelal Bislimi
 
Ekologji humane energjia dhe resurset
Ekologji humane   energjia dhe resursetEkologji humane   energjia dhe resurset
Ekologji humane energjia dhe resursetValon Kryeziu
 
digital audio broadcasting
digital audio broadcastingdigital audio broadcasting
digital audio broadcastingRam B
 
pse eshte e domosdoshme kursimi i energjise elektrike
pse eshte e domosdoshme kursimi i energjise elektrikepse eshte e domosdoshme kursimi i energjise elektrike
pse eshte e domosdoshme kursimi i energjise elektrikekoralda
 
Energjia dhe Burimet e Energjisë
Energjia dhe Burimet e EnergjisëEnergjia dhe Burimet e Energjisë
Energjia dhe Burimet e EnergjisëKlajdi Proko
 
Resurset e pariperteritshme- powerpoint
Resurset e pariperteritshme- powerpointResurset e pariperteritshme- powerpoint
Resurset e pariperteritshme- powerpointEniLikaj
 
Zbatimet e elektricitetit ne teknike dhe ne jeten e perditshme
Zbatimet e elektricitetit ne teknike dhe ne jeten e perditshme Zbatimet e elektricitetit ne teknike dhe ne jeten e perditshme
Zbatimet e elektricitetit ne teknike dhe ne jeten e perditshme ornela rama
 
Projekt Fizik - Elektriciteti
Projekt Fizik - ElektricitetiProjekt Fizik - Elektriciteti
Projekt Fizik - ElektricitetiMarinela Abedini
 

Destaque (16)

Material 001 gjysempercjellesit
Material 001 gjysempercjellesitMaterial 001 gjysempercjellesit
Material 001 gjysempercjellesit
 
Sensori PIR
Sensori PIRSensori PIR
Sensori PIR
 
Leksione te elektroteknikes
Leksione te elektroteknikesLeksione te elektroteknikes
Leksione te elektroteknikes
 
Ekologji humane energjia dhe resurset
Ekologji humane   energjia dhe resursetEkologji humane   energjia dhe resurset
Ekologji humane energjia dhe resurset
 
digital audio broadcasting
digital audio broadcastingdigital audio broadcasting
digital audio broadcasting
 
pse eshte e domosdoshme kursimi i energjise elektrike
pse eshte e domosdoshme kursimi i energjise elektrikepse eshte e domosdoshme kursimi i energjise elektrike
pse eshte e domosdoshme kursimi i energjise elektrike
 
Instalime elektrike
Instalime elektrikeInstalime elektrike
Instalime elektrike
 
Energjia llojet
Energjia llojetEnergjia llojet
Energjia llojet
 
Energjia dhe Burimet e Energjisë
Energjia dhe Burimet e EnergjisëEnergjia dhe Burimet e Energjisë
Energjia dhe Burimet e Energjisë
 
Resurset e pariperteritshme- powerpoint
Resurset e pariperteritshme- powerpointResurset e pariperteritshme- powerpoint
Resurset e pariperteritshme- powerpoint
 
Rryma elektrike
Rryma elektrikeRryma elektrike
Rryma elektrike
 
Zbatimet e elektricitetit ne teknike dhe ne jeten e perditshme
Zbatimet e elektricitetit ne teknike dhe ne jeten e perditshme Zbatimet e elektricitetit ne teknike dhe ne jeten e perditshme
Zbatimet e elektricitetit ne teknike dhe ne jeten e perditshme
 
Projekt Fizik - Elektriciteti
Projekt Fizik - ElektricitetiProjekt Fizik - Elektriciteti
Projekt Fizik - Elektriciteti
 
energjia
energjia energjia
energjia
 
Energjia
EnergjiaEnergjia
Energjia
 
ENERGJIA ...!!!!
ENERGJIA ...!!!!ENERGJIA ...!!!!
ENERGJIA ...!!!!
 

Semelhante a Mikroelektronika 1

Panelet Diellore.pptx
Panelet Diellore.pptxPanelet Diellore.pptx
Panelet Diellore.pptxTechnoGhost
 
Zgjidhjet e-provimit-nga-komponentet-elektronike grupi-a
Zgjidhjet e-provimit-nga-komponentet-elektronike grupi-aZgjidhjet e-provimit-nga-komponentet-elektronike grupi-a
Zgjidhjet e-provimit-nga-komponentet-elektronike grupi-aVesel Ahmeti
 
Bazat e-elektroteknikes-ne-eksperimente-dhe-ushtrime-praktike
Bazat e-elektroteknikes-ne-eksperimente-dhe-ushtrime-praktikeBazat e-elektroteknikes-ne-eksperimente-dhe-ushtrime-praktike
Bazat e-elektroteknikes-ne-eksperimente-dhe-ushtrime-praktike#MesueseAurela Elezaj
 
Nenstacioni Sharre (220/110/35 KV) -Praktika
Nenstacioni Sharre (220/110/35 KV)  -PraktikaNenstacioni Sharre (220/110/35 KV)  -Praktika
Nenstacioni Sharre (220/110/35 KV) -Praktikadritan sadikaj
 

Semelhante a Mikroelektronika 1 (6)

Teknologji __
Teknologji  __Teknologji  __
Teknologji __
 
Panelet Diellore.pptx
Panelet Diellore.pptxPanelet Diellore.pptx
Panelet Diellore.pptx
 
Zgjidhjet e-provimit-nga-komponentet-elektronike grupi-a
Zgjidhjet e-provimit-nga-komponentet-elektronike grupi-aZgjidhjet e-provimit-nga-komponentet-elektronike grupi-a
Zgjidhjet e-provimit-nga-komponentet-elektronike grupi-a
 
Bazat e-elektroteknikes-ne-eksperimente-dhe-ushtrime-praktike
Bazat e-elektroteknikes-ne-eksperimente-dhe-ushtrime-praktikeBazat e-elektroteknikes-ne-eksperimente-dhe-ushtrime-praktike
Bazat e-elektroteknikes-ne-eksperimente-dhe-ushtrime-praktike
 
Nenstacioni Sharre (220/110/35 KV) -Praktika
Nenstacioni Sharre (220/110/35 KV)  -PraktikaNenstacioni Sharre (220/110/35 KV)  -Praktika
Nenstacioni Sharre (220/110/35 KV) -Praktika
 
Prezantimi i praktikes
Prezantimi i praktikesPrezantimi i praktikes
Prezantimi i praktikes
 

Mikroelektronika 1

  • 1. Mikroelektronika Kapitulli 1 Qarqet e integruara lineare 1/15/2016 1
  • 2. Dy kategori të mëdha qarqesh elektronike analog dhe digital Analog Celesa (ON), (OFF) Qarqet analog njihen me emrin qarqe të integruar linear digital 1.2 Fabrikimi i qarqeve të integruara Metodat e fabrikimit të qarq eve të integruar ndahen në dy kategori të përgjithëshme Metoda hibride Metoda monolitike Fjala “monolitike” rrjedh nga dy fjalë greke: monos, që do të thotë i vetëm dhe lithos, që do te thotë gur Qarqet e integruar hibrid të shtresave të trasha (thick film) të shtresave të holla (thin film) QI hybrid multichip 1/15/2016 2
  • 3. QI monolitik realizohen nëpërmjet një sekuence hapash. I gjithë qarku, duke përfshirë të gjithë elementët aktivë dhe pasivë formohen në një copëz materiali siliciumi kristalin. Qarqet e integruar monolitik përfaqësojnë shembullin ekstrem të dallimeve në strukturë, midis QI monolitik dhe qarqeve me komponente diskret. Fig.1.1a paraqet një qark që përmban katër komponentet më shumë të përdorëshëm në qarqet e integruar, pikërisht një kapacitet, një rezistencë, një diodë dhe një transistor npn. Do të përdorim këtë qark për të ilustruar principet bazë të fabrikimit të QI monolitik. Fig.1.1b paraqet katër materialet bazë për që nevojiten për të realizuar këtë qark. Në procesin e fabrikimit nevojiten edhe shumë materiale të tjerë. Ato përfshijnë dopant, për të ndryshuar siliciumin elektrikisht neutral në material të tipit p ose n, një oksidues për të prodhuar dioksidin e silicit, etchants (etch = gdhend , bej gravure) per të hequr shtresa të ndryshme dhe material i ndjeshëm ndaj dritës. Në fig.1.1c jepen përmasat e shtresave të ndryshme, për të kuptuar, që seksionet tërthore të tyre, nuk i përgjigjen shkallës së paraqitjes, sepse ndryshe nuk do ishte e mundur të paraqiteshin shtresat tepër të holla të dioxidit dhe të difuzionit. Së pari le t’i kushtojmë vëmendje hapave të fabrikimit të një transistori npn. Më tej duke shfrytëzuar strukturën e arritur do të shohim se si realizohet dioda, rezistenca dhe kondesatori. 1/15/2016 3
  • 5. Fig.1-1 Fabrikimi i QI monolitik 1/15/2016 5
  • 6. 1/15/2016 6 1.3 Analiza e disa qarqeve në përbërje të QI linear. Përveç disa konsideratave të përgjithëshme, në këtë paragraf do të jepen teknikat e polarizimit të QI linear dhe do të analizohet stadi amplifikues diferencial, që përbën stadin e hyrjes të çdo amplifikatori operacional (i cili do të studjohet me hollësi në kapitullin 2), por edhe stade të tjerë. Konsiderata të përgjithëshme • Projektimi i një sistemi elektronik me QI është shumë më i thjeshtë, në krahasim me projektimin e detajuar dhe të lodhëshëm të sistemeve të realizuar me elementë diskretë, sepse vetë qarku i integruar është në vetëvete një nënsistem apo sistem. • Në rastin ideal mjafton që projektuesi të bëj lidhjen e përshtatëshme të qarqeve përkatës për të ndërtuar sistemin elektronik të dëshiruar. • Ndërkaq, në praktikë, nevojitet njohja me principet e punës së QI, për të shfrytëzuar kapacitetin e tyre dhe për të shmangur grackat e punës projektuese. Kjo është arsyeja, përse prodhuesit e QI i shoqërojnë ato me skemat e tyre elektronike dhe me të dhënat teknike.
  • 7. 1/15/2016 7 Dallimi kryesor qëndron në faktin që QI monolitik ka një numër më të kufizuar tipesh përsa i përket komponenteve përbërëse, në krahasim me tipet e komponenteve të përdorur në qarqet me elementë diskretë. Bobinat, transformatorët si dhe rezistencat dhe kondesatorët me vlerë shumë të lartë nuk mund ose nuk është praktike të integrohen Veç kësaj, komponentet e integruar në qark kanë toleranca më të këqija se ato të komponenteve diskrete, për shkak të kompleksitetit dhe hapave të shumtë procedurialë, të kërkuar për fabrikimin e tyre. Proçeset e difuzimit të përdorur gjatë fabrikimit të QI monilitik janë të ndjeshm ndaj ndryshimeve të vogla (prej disa gradësh) të temperaturës, si pasojë gabimet në vlerat absolute të komponenteve janë të pashmangëshme. Influenca të tjera negative janë heqja jo uniforme e shtresës së ndjeshme ndaj dritës, variacionet në vetitë e materialeve të përdorur, etj. Por për fat të mirë, megjithëse vlera absolute e komponenteve te QI monolitik nuk mund të kontrollohet saktësisht, nga një chip në tjetrin, madje edhe brënda chip-it, komponentet e njëjtë të një chip-i, duke qënë afër njëri tjetrit kanë jo vetëm vlera të njëjta por edhe koeficient të njëejtë temperature. Kjo aftësi, për të fabrikuar çifte të harmonizuar komponentesh, veçanërisht rezistenca dhe transistorë, shfrytëzohet shpesh për të kapërcyer pamundësinë e fabrikimit të komponenteve me vlera brenda tolerancës.
  • 8. 1/15/2016 8 Një vështrim mbi qarqet e integruar monolitik zbulon menjëherë dallimin kryesor të tyre nga qarqet diskretë Qarqet e realizuar me element diskretë kane më shumë komponente pasive se sa komponente aktive, sepse këto të fundit janë më të shtrenjta dhe me besueshmëri më të ulët se komponentet pasive QI monolitik ka ligjësi të tjera, që lidhen kryesisht me përmasat e mëdha të rezistencave dhe kondesatorëve të integruar në raport me ato të diodave dhe transistorëve, Duke preferuar komponentet aktive ndaj atyre pasive, qarku rezulton me përmasa fizike më të vogla dhe për pasojë, wafer-i -me një numër më të madh QI. Përfitimi ekonomik është evident.
  • 9. 1/15/2016 9 1.3.1 Teknikat e polarizimit të qarqeve të integruar linear (Pasqyrat e rrymës) Fig.1-2 paraqet skemën e një gjeneratori rryme realizuar me elementë diskret. Fig.1-2 Pa bërë analizën e skemës, e cila përfaqeson në vetëvete një stad me vetëpolarizim, do të sqarojmë, mënyrën e stabilizimit të rrymës kolektoriale IC, për të qenë e pavarur nga ndryshimet e temperaturës. Stabilizimi i rrymës I arrihet nëpërmjet rezistencës R1 dhe diodës D. Tensioni në diodë dhe tensioni bazë-emiter Vbe, si dhe ndryshimet e tyre me temperaturën, zbriten reciprokisht, duke siguruar një tension pothuaj konstant në rezistencën Re dhe si pasojë –një rrymë emiteriale konstante. Kështu, rryma kolektoriale IC mbahet konstant dhe është e pavarur nga ndryshimet e temperaturës. Për shkak se rryma IC = konstant, stadi amplifikues me vetëpolarizim (ose me polarizim emiterial) njihet edhe me emrin gjenerator rryme.
  • 10. 1/15/2016 10 Skema e fig.1-2 nuk është e përshtatëshme për fabrikimin e gjeneratorit të rrymës në QI monolitik, për shkak të vlerave të mëdha të rezistencave dhe kondesatorit Ce. Në QI monolitik përdoret skema e fig.1-3a. Fig.1-3 Të dy transistorët fabrikohen ngjitur me njëri tjetrin, prandaj parametrat e tyre janë shumë të përafërt. Duke patur parasyshë se bazat e tyre kanë të njëjtin potencial kuptohet Ic do t jene te njejta (IC1 = IC2 = IC) dhe të pavarura nga temperatura, si me poshtë : I = IC1 + IB1 + IB2 = IC + 2IB IC = I - 2IB . Por:
  • 11. 1/15/2016 11 IC = βIB, ku β është amplifikimi për sinjale të mëdhej, si rrjedhoje Pra rryma IC eshte konstante dhe e pavarur nga temperatura. Nga ana tjetër: Kështu, nëqoftëse β >> 2 dhe VBE << VCC Skema e fig.1-3b përfaqëson skemën ekuivalente të gjeneratorit të rrymës të paraqitur në fig.1-3a, sepse transistori Q1, i lidhur si diodë, është zëvendësuar nga dioda D. Rryma I (e barabartë me rrymën e diodës, në se rryma e bazës së transistorit Q neglizhohet) është e barabartë me rrymën IC të kolektorit të transistorit Q, pra pasqyron ose përsërit këtë rrymë. Prandaj, ky konfiguracion thirret shpesh pasqyrë rryme (current-mirror) ose përsëritës rryme (current-repeater). Fig.1-3c është një version tjetër i një pasqyre rryme, që përdor një MOSFET të pasuruar me kanal të tipit n.
  • 12. 1/15/2016 12 Nëqoftëse kërkohët polarizimi i n transistorëve me të njëjtën rrymë, atëhere përdoret fig.1.4a. Fig.1-4 Për transistorë identik vlenë barazimi: IC1 = IC2 = IC3 = ···· ICn = IC Duke zëvëndesuar IC = βIB dhe duke perdorë ligjin e parë të Kirkofit, nxjerrim: Për β>>n+1 IC ≈ I. Duke vrojtuar fig.1-4a, vemë re, që bazat e të gjithë transistorëve janë lidhur së bashku, ndërsa emiterat e tyre janë të tokëzuar. Një mënyrë e tillë lidhje lejon, gjatë proçesit të fabrikimit, zëvendësimin e n transistorëve me një transistor të vetëm multikolektorial (n-kolektorial) si në fig.1-4b.
  • 13. 1/15/2016 13 Seksioni tërthor i një transistori multikolektorial tregohet në fig.1-5. Fig.1-5 Në rast se sipërfaqet e zonave kolektoriale nuk janë të barabarta, atëhere rrymat kolektoriale nuk do të jenë të njejta, por do të jenë proporcional me raportin e siperfaqes se kolektorit në shqyrtim ndaj sipërfaqes së transistorit të lidhur si diodë. Në rastin kur amplifikimi i rrymës β i transistorëve në përsëritësit e rrymës (fig.1-3 dhe fig.1-4) është i vogël (si në rastin e fabrikimit të transistorëve p-n-p lateral (anësor), atëhere nuk vlenë supozimi IC=I, sepse gabimi është i konsiderueshëm. Gabimi reduktohet mjaft duke shtuar një përsëritës emiterial, për ushqimin e rrymave të bazës, si në fig.1-6. Fig.1-6
  • 14. 1/15/2016 14 Duke aplikuar ligjin e parë të Kirkofit në pikën nyje të bazës së Q3, nxjerrim: Formula tregon se raporti I2/I1 varet nga β shumë më pak se në rastin e skemës të fig.1-3. Në fakt për të gjitha vlerat e amplifikimit β ≥ 5, I2 është më e vogël se rryma I1 me më pak se 6%. Le të supozojmë, që në qarkun e fig.1-6a shtohen dy rezistencat emiteriale R1 dhe R2, si në fig.1-6b. Mund të vërtetohet lehtësisht se raporti i rrymave kolektoriale I1 dhe I2 është i barabartë me inversin e raportit të rezistencave: I2/I1 ≈ R1/R2. Kështu, duke zgjedhur vlerat e përshtatëshme të rezistencave R1 dhe R2 arrihen lehtësisht të merren vlera të larta të raporit I2/I1, (p.sh. 10). Skema e fig.1-3a nuk është praktike, për një gjë të tillë, sepse sipërfaqja e kolektorit Q2 duhet të bëhet shumë më e madhe (p.sh. 10 herë) se sipërfaqja e kolektorit të Q1. Për të gjeneruar një rrymë shumë të vogël kolektoriale, të themi 10 µA, do të këkohej fabrikimi i një rezistence të lartë difuzioni. Për të dalë nga kjo vështirësi, zgjidhet një vlerë e lartë e rrymës I1 (në mA) dhe lidhet një rezistencë diskrete R2 (me vlerën e kërkuar të lartë) në emiterin e Q2. I njëjti rezultat arrihet edhe duke e hequr rezistencën R1 nga emiteri i Q1 të fig.1-6b. Për R1 = 0, vlera e rezistencës R2 përcaktohet nga ekuacioni:
  • 15. 1/15/2016 15 1.2 Amplifikatori diferencial Funksioni i amplifikatorit diferencial është të amplifikojë diferencën midis dy sinjaleve. Ai përdoret në shumë matje fizike, kudo kur kërkohet amplifikim uniform gjatë gjithe spektrit të frekuencave, nga zero (rrymë e vazhduar) në disa MHz. Është gjithashtu stadi bazë i një amplifikatori operacional, Skema e një amplifikatori diferencial tregohet në fig.1-7. Ai përbëhet nga një çift transistorësh me parametra të njejtë, që kanë një rezistencë të përbashkët emiteriale. Për shkak të simetrisë, skema ka drejf (drift) të vogël ndaj ndryshimeve të temperaturës ose ndaj ndryshimeve të parametrave të transistorëve me rrjedhën e kohës. Fig.1-7
  • 16. 1/15/2016 16 Në rastin ideal, dalja duhet të jetë plotësisht e pavarur nga nivelet e sinjaleve individualë, ajo duhet të varet vetëm nga diferenca midis tyre, sipas ekuacionit: Ku vo eshte vlera e castit te tensionit te sinjalit ne dalje, v1 dhe v2 vlerat e çastit të tensionit në hyrjet 1 dhe 2 përkatësisht dhe Ad është amplifikimi i amplifikatorit diferencial. Nga ky ekuacion rrjedh, që ne menyren normale te punes, sinjal në dalje merret vetëm në rastet kur sinjalet e hyrjes janë në kundërfaze, kur p.sh. v1 = 50µV dhe v2 = - 50µV. Në mënyrën e përbashkët (common mode) të punës, d.m.th. kur sinjalet e hyrjes janë në sinfazë (p.sh. kur v1 = v2 = 50µ) sinjali i daljes mungon. Duke u bazuar në këtë përfundim, kuptohët që amplifikatori diferencial është shumë i rëndësishëm në amplifikimin e sinjaleve të vegjël të kontaminuar nga zhurma të natyrave të ndryshme, sepse zhurmat duke patur të njëjtin nivel, në të dy hyrjet e këtij amplifikatori nuk shfaqen në dalje. Si shembuj mund të përmendim transmetimin e sinjaleve digital, -e sinjaleve të zërit (audio) të balancuar, e sinjaleve të radiofrekuencës, e sinjaleve të elektrokardiogramave, etj., nëpërmjet kablove (zakonisht çift i përdredhur fijesh) përkatës.
  • 17. 1/15/2016 17 Por, në praktikë, amplifikatori diferencial nuk mund të përshkruhet vetëm nga ekuacioni (1-4), sepse në përgjithësi dalja nuk varet vetëm nga diferenca e sinjaleve vd = v1 - v2, por edhe nga vlera mesatare e sinjaleve Vc= ½ (v1 – v2) i cili quhet sinjal i mënyrës së përbashkët (common mode signal). Kështu p.sh., dalja nuk është e njejtë si për rastin kur v1 = 50µV dhe v2 = - 50µV, ashtu dhe për rastin kur v1 = 1050µV dhe v2 = 950µV, megjithëse diferenca e sinjaleve vd = v1 - v2 = 100µV është e njejtë për të dy rastet. Pse ?. Sepse amplifikimi i mënyrës së përbashkët të punës Ac nuk është zero, siç dëshirohet, por ka njëfarë vlere. Sa më e vogël te jetë Ac aq më shumë i afrohemi rastit ideal Ac = 0. Prandaj, për të vlerësuar kualitetin e amplifikatorit diferencial, futet një parametër, i ashtuquajturi raport i shtypes së mënyrës së përbashkët (common mode rejection ratio), i cili shënohet me CMRR dhe përkufizohet si modul i raportit. Ad/Ac : Sa më e vogël vlera e Ac, aq më e e madhe është shtypja e sinjalit të përbashkët, aq më kualitativ është amplifikatori diferencial. Per Ac = 0, parametri CMRR = ∞ dhe amplifikatori diferencial është një amplifikator ideal.
  • 18. 1/15/2016 18 Tani, le t’i kushtojmë vëmendje principit të punës së amplifikatorit diferencial, skema e të cilit është dhënë më sipër (fig. 1-7) dhe llogaritjes së Ad dhe Ac . Supozojmë se në bazën e transistorit Q1 aplikohet një sinjal me vlerë efektive V1=50µV, në bazën e Q2 -një sinjal V2 = -50µV, atëhere sinjali diferencë eshte Vd = V1-V2 = 100µV. Për shkak të simetrisë së skemës Ie1 = - Ie2, I0=0 dhe si pasoje potenciali i pikës E nuk ndryshon. D.m.th. për sinjalin: Ve=0 Prandaj secili transistor vepron si transistor me emitter të tokëzuar. Rezistenca Re rezulton e shuntuar dhe nuk influencon (nuk ka efekt) mbi amplifikimin Ad. Me këtë mënyrë shuntimi, në dallim nga shuntimi i Re me kondesator, amplifikimi është i njëjtë në të gjithë spektrin e frekuencave të poshtëme, deri në frekuencën zero. Kjo veti shfrytëzohet në qarqet e integruar, sepse kondesatorët e mëdhej integrohen me vështirësi, sidomos me teknologjinë monolitike. VCC Rc Vd/2 Vo Q2 Fig.1-8 Kështu, duke i u referuar stadit me emiter tw përbashkët (fig.1-8) për tw cilin, siç dihet, amplifikimi llogaritet me ekuacionin:
  • 19. 1/15/2016 19 për vlerwsimin e amplifikimit Ad të një stadi diferencial me dalje diferenciale përdoret e njëjta formulë. Për rastin me një terminal në dalje, Ad ka vlerë të përgjysmuar, prandaj vlenë ekuacioni i mëposhtwm: , dhe VT = KT/q ≈T/11600 VT është volt-ekuivalenti i temperatures K – Konstantja e Boltsmann-it [J/oK], T – temperatura [oK] dhe q = 1.60·10-19 [C] është ngarkesa e elektronit. Në temperaturën e dhomës T = 300 oK VT ≈ 0.025 V = 25mV.
  • 20. 1/15/2016 20 Për Për të vlerësuar amplifikimin e mënyrës së përbashkët Ad duhet qw: V1 = V2 = V. Nëqoftëse, në fig.1-7, Re zëvendësohet me dy rezistenca në parallel me vlerë 2Re njëra e lidhur në anë të majtë të pikës nyje E dhe tjetra e lidhur në anë të djathtë, atëhere në skemën e fig.1-7 nuk ndryshon asgjë, por ajo është simetrike ndaj një linje imagjinare, që kalon përmes +Vcc, E dhe –VEE . Duke e ndarë skemën në dy pjesë, atëhere Ac mund të llogaritet nga skema e fig.1-9, e cila përfaqëson pjesën e majtë të fig.1-7. Fig.1-9 Duke përdorur modelin e përafërt me parametra-h, vlera e Ac llogaritet nga formula e mëposhtëme: Shihet se CMMR = Ad/Ac rritet pambarim, kur Re ∞. Vemë në dukje, që ka kufizime praktike në vlerën e Re, për shkak të rënëjes së tensionit në të për rrymën e vazhduar. Kjo do të thotë, që me rritjen e vlerës së Re, për të pasur të njëjtën rrymë qetësie I0, duhet të rritet edhe vlera e VEE.
  • 21. 1/15/2016 21 Për të dalë nga kjo situatë, rezistenca Re zëvendësohet nga një gjenerator rryme (Fig.1-3a). Kështu, në teknologjinë monolitike, skema e integruar e nje amplifikatori diferencial ka pamjen e fig.1-10. Vo1 Vee Rc2Rc1 V2 Vcc Q4 Rc3 V1 VCC Q1 Vo2 Q3 Q2 Fig.1-10. Në teknologjinë monolitike është lehtë të realizohen tranzistorë identik. Keshtu duke pranuar se Q1 është identik me Q2, mund të demonstrojmë lehtësisht, që në skemën e fig.1-10 amplifikimi per mënyrën e përbashkët Ac = 0 dhe, si pasojw CMRR ∞ Disa përfundime praktike • Amplifikatori diferencial përdoret shpesh në aplikimet e rrymës së vazhduar. Duke përdorur teknologjinë monolitike), mund të ndertohen amplifikatorë diferencialë, në të cilët tranzistorët Q1 dhe Q2 janë pothuaj identikë (çift i përshtatur)
  • 22. 1/15/2016 22 • Kur tensioni merret nga vetëm një dalje, p.sh Vo = Vo2, atëhere stabiliteti i tensionit të daljes varet në një farë mase nga shkalla e përshtatjes së Q1 dhe Q2, por edhe nga stabiliteit i rrymës I0 të gjeneruar nga Q3. Kështu, për amplifikatorët e rrymës së vazhduar, me një dalje të vetme (të tillë si amplifikatorët operacional) stabiliteti i skemës së polarizimit të Q3 është mjaft kritik. •Për të fituar një amplifikim të madh, amplifikatorët diferencialë mund të lidhen në kaskadë. Në këtë rast, daljet Vo1 dhe Vo2 të fig.1-10 lidhen direkt në bazat e tranzistorëve respektivë të stadit diferencial pasardhës. 1..3.3 Karakteristika kalimtare e amplifikatorit diferencial Për të kuptuar përparësitë dhe kufizimet e amplifikatorëve diferencialë, do t’i referohemi karakteristikës kalimtare: IC = f(V1 – V2). Për këtë, le të bëjmë së pari një vlerësim kualitativ të skemës së fig.1-10. Kur vlera e V1 ndodhet poshtë pikës cutoff ( cutoff = mbyllje) të Q1, e gjithë rryma I0 kalon përmes Q2 (pranojmë për këtë diskutim, që V2 është constant). Kur V1 fillon e rritet mbi vlerën cutoff, rryma në Q1 rritet, -në Q2 zvoglohet, ndërsa shuma e tyre mbetet konstant dhe e barabartë me I0. I gjithë diapazoni i ndryshimit të tensionit të daljes ∆Vo është i barabartë me RcI0 dhe mund të kontrollohet duke ndryshuar vlerën e I0. Nga fig.1.10 nxjerrim: dhe
  • 23. 1/15/2016 23 Por, siç dihet, rryma emiteriale IE e çdo tranzistori është e lidhur me tensionin VBE nëpërmjet karakteristikës volt-ampere të diodës, të formës: Si rrjedhojë: dhe Por prandaj: Duke zwvendwsuar
  • 24. 1/15/2016 24 Kështu që: (*) Nëqoftëse Q1 dhe Q2 përfaqësojnë një çift të përshtatur, atëhere edhe IC2 merret nga ekuacioni (*), duke ndërruar vendet e V1 dhe V2. Ekuacioni (*) përfaqëson karakteristikën e transmetimit (ose kalimtare) të amplifikatorit diferencial dhe paraqitet në fig.1-11. Ndryshimet e temperaturës ndaj parametrave të tyre, për shkak edhe të afërsisë, kanë të njëjtën influencë. Si pasojë, për dalje diferenciale, efekti i temperaturës ndaj tensionit të daljes është i neglizhueshëm (pothuaj zero). Fig.1-11
  • 25. 1/15/2016 25 Duke derivuar ekuacionin (*) kundrejt (V1–V2), mund të nxjerrim ekuacionin e transpërcjellshmërisë gmd të amlifikatorit diferencial: për V1 = V2 Ekuacioni (1-18) tregon, që për të njejtën vlerë I0, vlera e transpërcjellshmerise se amplifikatorit diferencial është sa një e katërta e vlerës së transpërcjellshërisë së një stadi amplifikues me një tranzistor të vetëm. 1. Amplifikatori diferencial është një kufizues i mirë, sepse kur tensioni i hyrjes diferenciale (V1-V2) e kalon vlerën ±4VT (≈100mV) (në temperaturën e dhomës), tensioni i daljes pothuaj nuk ndryshon. Përfundime: 2. Pjerrësia e kësaj kurbe përcakton transpërcjellshmërinë gmd e cila fillon nga vlera zero, arrinë në një vlerë maksimale I0/4VT për Ic1=Ic2 = I0/2 dhe bëhet përsëri zero.
  • 26. 1/15/2016 26 3. Vlera e gmd është proporcional me I0. Prandaj, meqenëse ndryshimi i tensionit të daljes Vo2 është: atëhere, amplifikimi diferencial Ad mund të ndryshohet duke ndryshuar vlerën e rrymës I0. Kjo do të thotë që amplifikatori diferencial mund të përdoret edhe për kontrollin automatik të amplifikimit. Karakteristika kalimtare është lineare vetëm në një zonë të ngushtë rreth pikës së punës, ku ndryshimi maksimal i tensionit diferencial të hyrjes është ±VT (≈25mV) në temperaturën e dhomës). Vërtetohet se me shtimin e dy rezistencave Re në seri me terminalet emiteriale të dy tranzistorëve Q1 dhe Q2 të skemës së fig.1-11, zona lineare mund të zgjerohet, sepse kjo lidhje e kundërt negative sipas rrymës dhe në seri, në secilin tranzistor, redukton pjerrësinë e karakteristikës kalimtare, pra -vlerën e gmd . Vlera të arsyeshme të rezistencave janë 50-100 Ω, sepse për vlera më të mëdha të tyre, amplifikimi diferencial Ad zvogëlohet shumë. Shtimi i rezistencave Re rrit gjithashtu rezistencën e hyrjes.