В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций, страница 6
Описание файла
Документ из архива "В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "схемотехника" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве НГТУ. Не смотря на прямую связь этого архива с НГТУ, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций"
Текст 6 страницы из документа "В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций"
Существуют два метода стабилизации режима работы УЭ:
- параметрический (компенсация температурных изменений);
- автоматический (при помощи ООС).
В первом случае используются элементы, сопротивления которых зависят от температуры: терморезисторы, полупроводниковые диоды, стабилитроны. Например, на рис.2.7 в качестве такого элемента используется диод. При изменений температуры статическая характеристика диода сдвигается примерно так же, как и зависимость на рис.2.3. Если через диод пропустить постоянный ток , то, например, при повышений температуры зависимость сдвигается влево, при этом напряжение снизится приблизительно до такого значения, при котором ток (рис.2.3) практически не изменяется.
Д остоинство параметрического способа стабилизации - это возможность достижения полной стабилизации режима работы УЭ.
Недостатки:
Рис.2.7. Схема с диодной стабили-зацией
позволяет уменьшить только температурную нестабильность режима; требует, как правило, не только подбора подходящего термозависимого элемента, но и регулировку режима для каждого отдельного каскада;
требует хорошего теплового контакта между УЭ и термозависимым элементом.
Автоматический способ стабилизации основан на свойствах ООС. Его достоинства: универсальность, т.е. стабилизация режима осуществляется вне зависимости от того, что является причиной нестабильности (изменение температуры, напряжения питания или старения УЭ); хорошая серийнопригодность.
2.5. Обобщенная схема задания и стабилизации рабочей точки
К онкретные схемы задания и стабилизации рабочей точки, которые будут рассмотрены ниже, являются частными случаями обобщенных схем, представленных на рис.2.8. Здесь - полные сопротивления на постоянном токе цепей, внешних относительно соответствующих электродов; - эквивалентные источники ЭДС, определяемые напряжениями в точках 1,2 и 3 при отключенном транзисторе. Путем подбора значений внешних ЭДС и сопротивлений необходимо обеспечить не только исходный режим работы при комнатной температуре, но и стабильность этого режима в диапазоне температур, т.е. обеспечить требуемые значения коэффициентов нестабильности и (2.18) и (2.19).
Анализ схем, изображенных на рис.2.8 и рис.2.9 позволил получить расчетные состояния для исходного режима работы УЭ и коэффициентов нестабильности.
Для БТ (рис.2.8 ,а и рис.2.9, а) при
или
Для ПТ (рис.2.7,б и рис.2.8,б):
или
Здесь - координаты рабочей точки (точки покоя) при комнатной температуре; - значение параметров также при комнатной температуре.
В ыражения (2.20)… …(2.27) позволяют рас-считать величины внешних элементов по заданному или выбранному исходному режиму работы и его стабильности.
2.6. Схема эмиттерной стабилизации
Схема эмиттерной стабилизации (рис.2.10) является самой распространенной схемой. Стабилизация осуществляется за счет последовательной ООС по току, возникающей из-за наличия в схеме резистора . Если , то потенциал базы относительно общего провода жестко фиксирован, т.е. не зависит от параметров транзистора, а значит и от температуры. Работой транзистора управляет напряжение .
Если под действием какого-либо дестабилизирующего фактора увеличивается ток коллектора, то это приводит к увеличению падения напряжения на резисторе и к уменьшению напряжения , что препятствует возрастанию тока коллектора.
Конденсатор используется для ослабления ООС по переменному току, так как при его отсутствии будет уменьшаться коэффициент усиления каскада.
Для получения расчетных соотношений необходимо привести схему эмиттерной стабилизации к обобщенной схеме (рис.2.8, а).
Сравнивая эти две схемы, и применяя теорему об эквивалентном генераторе к участку цепи, подсоединенному к зажиму 1, будем иметь
Подставляя эти выражения в (2.20), (2.21), (2.22) и (2.23), можно получить соотношение, связывающее исходный режим работы транзистора и его нестабильность с , , и .
Для повышения стабильности режима необходимо уменьшать коэффициенты нестабильности и . Это можно сделать, увеличив , так как при этом возрастает глубина ООС. Действительно, при из (2.22) и (2.23) следует, что =1, а =0. Однако, при увеличении на нем будет теряться большая доля напряжения источника питания, а, значит, уменьшается напряжение в рабочей точке и допустимая амплитуда сигнала . Чтобы выяснить влияние сопротивления на стабильность схемы, следует обратить внимание на то, что с уменьшением коэффициент будет уменьшаться, а – возрастать. Физически это объясняется тем, что с уменьшением будет увеличиваться влияние и уменьшаться вклад в нестабильность коллекторного тока (рис. 2.8, а). Кроме того, с уменьшением будет увеличиваться глубина последовательной ООС, что способствует повышению стабильности. Чтобы выбрать сопротивление , найдем с учетом (2.22) и (2.23)
Значит, если
или
то для повышения стабильности необходимо уменьшать и наоборот.
Пример 2.1
По известным параметрам транзистора КТ363Б: Ом, , , и заданным граничным значением температуры окружающей
Таким образом, для большинства практических схем уменьшение Rб способствует улучшению их стабильности. Однако, уменьшение приводит к уменьшению входного сопротивления каскада и к возрастанию тока делителя, т.е. к ухудшению энергетических показателей каскада.
Данная схема обеспечивает работоспособность каскада в диапазоне температур 80…100С.
2.7. Схема коллекторной стабилизации
В этой схеме (рис. 2.11) стабилизация осуществляется за счет параллельной ООС по напряжению. Пусть под действием дестабилизирующего фактора возрос ток коллектора, а, значит, и ток эмиттера и уменьшилось напряжение , что привело к снижению тока базы . Уменьшение же тока базы вызывает снижение тока коллектора . Иными словами, изменение тока коллектора встречает противодействие со стороны ООС.
Так как через резистор протекает ток , т.е. фактически эмиттерный ток, то для расчета нестабильности коллекторного тока можно использовать выражение для эмиттерной стабилизации, заменяя в них на .
Однако, данная схема обеспечивает меньшую стабильность, чем эмиттерная. Это обусловлено большим сопротивлением .Кроме того, из-за наличия в схеме параллельной ООС по переменному току, каскад обладает низким входным сопротивлением.
В силу перечисленных причин этот способ стабилизации используется сравнительно редко.
Наиболее эффективной является эмиттерно-коллекторная стабилизация, которая из-за сложности (большое число элементов, сравнительно высокое напряжение питания) находит ограниченное применение.
2.8 Цепи питания полевых транзисторов
2.8.1. Цепи питания с фиксацией напряжения на затворе
Для получения требуемого (фиксированного) напряжения на затворе применяют делитель напряжения и (рис. 2.12).
Так как ПТ с управляющим р-n-переходом имеет разную полярность напряже-ний и , то питание необходимо осуществлять от двух источников питания (рис. 2.12, а). У МДП-транзисторов с индуцированным каналом (рис. 2.12, б) полярность этих напряжений совпадает, поэтому требуется один источник питания (рис. 2.12, б). ПТ со встроенным каналом могут работать с напряжением , полярность которого может совпадать или не совпадать с полярностью напряжения . Они могут работать и при =0.
С равнивая схемы на рис 2.12 с обобщенной схемой на рис. 2.8, б и, воспользовавшись выражениями (2.24)…(2.27), получим:
Ср
, (2.29)
Значит, для ПТ с управляющим р-n переходом
а для МДП – транзистора
Таким образом, для повышения стабильности необходимо уменьшать результирующее сопротивление постоянному току в цепи затвора и при =const выбрать ПТ с меньшей крутизной.
2.8.2. Схемы истоковой стабилизации
Э ти схемы (рис.2.13) обладают лучшей стабильностью, чем цепи на рис. 2.12, так как за счет резистора имеет место последовательная ООС по току (как в схеме с эмиттерной стабилизацией). Для схемы на рис. 2.13, а
, (2.34)
а для схемы на рис. 2.13, б
С
Рис.2.13. Схемы истоковой стабилизации
равнивая схемы истоковой стабилизации с обобщенной схемой на рис. 2.8, б, получимгде - глубина ОС на постоянном токе; - для схемы на рис. 2.13, б.
Для повышения стабильности надо увеличивать ,т.е. увеличивать глубину ООС и уменьшать .
2.9. Генераторы стабильного тока
Рассмотренные в предыдущих разделах автоматические способы стабилизации режима в аналоговых интегральных микросхемах (ИМС) не желательны, так как они требуют применение высокоомных резисторов, занимающих большую площадь, и конденсаторов большой емкости, которые не возможно реализовать в интегральном исполнении. Поэтому в аналоговых ИМС для задания режима и его стабилизации используется параметрический метод.