Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Как правило, коллекторная цепь рассчитывается, исходя из соотношений (6-5), а цепи смещения — исходя из выраигеннй (6-4), Лополнительные критерии для выбора значений Е,е, Я, и 11а будут выведены в следующем параграфе. б-з. СТАВ»ИЛЬНОСТЬ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ Всякое смещение рабочей точки, характеризуемое приращениями Ы„л и Л(/„л —— М„лй„, вызывает изменение дифференциальных параметров транзистора, поскольку они зависят от режима (см.
э" 4-6) Если смещение точки А обусловлено изменением температуры (см. точку А' на рис. 6-1), получается так называемая к о св е н н а я зависимость параметров от температуры а. Вольшне смещения Л/„л и Л(/„л могут привести к существенным нелинейным искажениям и даже к частичной или полной отсечке сигнала (например, если точка А' попадает в область насьпцения). Поэтому стабилизация рабочей точки с помощью того или иного вида обратной связи по постоянному току является одной из важнейших задач при проектировании транзисторных каскадов П12, ПЗ).
На рабочий ток транзистора, а значит, и на стабильность рабочей точки влияют следугошие основные причины: тепловой ток 1к„ напряжение на эмнттериом переходе (/,е и интегральный коэффициент передачи тока р. Все они зависят от температуры, а также подвержены временному дрейфу. Влиянием сопротивления г„мы пренебрежем по тем же соображениям, что и при анализе постоянных составляющих (см. сноску на с. 318).
Общий анализ. Полное приращение коллекторного тока имеет вид: Это приращение можно конкретизировать, дифференцируя выражение (6-4в) по соответствующим параметрам. Однако проще » В коякретных схемах некоторые э. и. с. н реаисторы могут огсутсгао вать см., например, рис. 6.)). Термин»косвенная» призван отличать эту зависимость от»примой» которая имеет место при ненамекной рабочей точке (см. рис.
4-20). поступить следующим образом. Исходя нз формулы (4-72), запишем: Ык = Ь(>1б+ ([ 61б+ (1+ 0) Мео+ бР1,о (6-6а) Подставим тода приращение Л1б, выраженное с помощью (6-4а): 61б = о гб 61з (6-66) изб я решим уравнение относительно Л1„. Тогда о1к — ~ + (1б+ 1ке) 6 Г а[не аз>зб а[п >+Ртб" а Нзб Величина, вынесенная за квадратные скобки, носит название клаффа>[мента нестабильноопи з и обычно обозначается буквой 3> Я= —. 1 >+Рте (6-7) Используя зто обозначение, а также учитывая, что 1б + 1„а =- = 1,1(1+ р), запишем полное приращение Ы„следу>ощим образом: Выражениям (6-6) соответствует эквивалентная схема каскада, показанная на рис.
6-2, б и действительная только для и р и р ащ е н и й токов и напряжений относительно их начальных значений. На рис. 6-2, б каждая причина нестабильности отражена со- ОтастетауЮщнМ ГЕНЕратарОМ: Л[1,б, (1 + (3) М„, И (1кб + 1,) Лр, где 1б — ток базы в рабочей точке, Очевидно, что приращение Л1„будет тем меньше, чем меньше коэффициент нестабильности. Из формулы (6-7) получаются предельные значения: 8„„э = сз; Б „, = р, первое из которых соответствует значению у, = 1, а второе — значению уб = О. Следовательно, для получения максимальной стабильности нузсно стремиться к вылолненито условия уб — 1 или вьипека>оп[его из него неравенства (6-9) Условие (6-9) еду>кит надежным ориентиром при проектировании стабильных транзисторных каскадов, однако выполнение его далеко не всегда возможно и необходимо.
Часто вполне удов- з Первоначально этот козффнпнент был введен в практику в виде произзюдной луч>В>зе н эапнсывалса в более частной фоРме [П31. Такое опРеделение неполно, а в ряде случаев (особенно длн кремниевых транзнсгоров, у которых током 1че обычно пРенебРегают) оно совеРшенцо непРиемлемо. летворительные результаты дают значения Й,/Ре = 0,5 —: 1, которым соответствуют значения уе = 0,3 —: 0,5 н Б = 2 —: 3. В общем виде связь между Я»/)сз и о легко получается из выражений (6-7) и (6-46): Рр б — Ю 1 нб () 13 — 1)+3 Я вЂ” 1' (6-10) Принятое здесь приближение оправдывается при () ~ 3.
Если поделить (6-8) на (6-4в), то с учетом (6-7) относительное изменение коллекторного тока будет иметь вид: Г Л/кк У» А61 — 661»е+~ — + — — »1 нке Агк ' «х 1+6 )) (6-11) Е»е+гккн»е — «»»е Кзк видим, о т н о с и т е л ь н о е изменение тока не зависит от ковффиг)пента нестабильности (т. е.
от отношения Р,,)Ке), но находится в прямой зависимости от суммарного сопротивления Й,е; поэтому последнее нужно делать достаточно малым. В пределе, при )«,е -ь0, относительное изменение тока определяется относительной нестабильностью напряжения У,ь. Выражение (6-8) или (6-11) вместе с выражением (6-4в) обеспечивает две связи между тремя величинами Ем, )«', и )се, подлежащими определенщо при статическом расчете каскада. Поэтому, зздаваясь одной из этих величин, можно найти две другие.
До снх пор мы попользовали приращения Л/м, ЛО,е н Ьр, не опюзрнвзя, какими причинами онн обусловлены: разбросом пзрамегров от транзистора к грзнзнсгору, временной «полэучесгью» нлн температурным дрейфом. Нз пракгнке чаще псего приходится учитывать влнянне температуры. Для этого, зная темперзтурный днвпазон, рассчитывают значения Ыкк н ЛУ»е соотвектненно по фюрмулам (2-46) н (2-66), (2-67), а значенпе Лб находят либо нз графнкоп, приводимых в спрввочннквх, либо специально измеряют. В случае кремниевых транзисторов формулы (6-4), (6-8) и (6-11) существенно упрощаются, потому что для качественных кремниевых транзисторов вплоть до температур +100 — ". +125' С можно пренебречь величинами 1„о н Л/,.
Это, однако, не значит, по кремниевые транзисторы обеспечивают более высокую температурную стабильность каскадов„так как им часто присущи более сильные зависимости р (Т) и (),е (Т), чем германиевым транзисторам. Оценим относительную роль тех причин температурной несгзбнльносгн, которые характеризуются отдельными слагаемыми в формуле (6-6). Пусть Рзб«» чнй днвпвзон температур состзвляет -~- 9)'С. В этом диапазоне нзмененне теплового тока для гермвнневых транзнсюров может составить Ыке — -40 мкА (для кРемннепых тРанзистоРов значение Ыкк бУдет пРимеРно на Двв поРЯдка меньше.
н км можно цренебречь). Второе слагаемое найдем, полагая И»е =3 кОм " Ь«1»е --зЬТ, где з= — 1.6 мВ/'С; тогда зЬТ)р»е= 60 мкА. Для более точного вычисления третьего слагаемого целесообразно считать. что один нз коэффнцнентов б, стоящих в знаменателе, соотвегствуег нижней, в другой — верхней грвннце температурного диапазона.
Пусть, например, 1 = 2 мА; 1)„= 30; йккк«= 00' тогда М= ВО и ткдр/(4+ ркаидрмвк 44 мкй. 4хак видим, все прирапюния в иашем примере равноненны. Следует, однако, иметь в виду, что роль напрнже. нин 4т,и возрастает с уменьшением сопротивлений, а роль коэффициента р — с увеличением токов. Стабильность типовых схеаь Как уже отмечалось, наибольшее значение в усилителях имеют каскады ОЭ.
Поэтому неи будет уделено главное внимание н в данном разделе. Однако начнем с более простого каскада ОБ (рнс. 6-3). Структура его вполне соответствует обобщенной схеме (см. рнс. 6-2), если под сопротнвленнем )хв понимать только объемное сопротнвленне базы га.
Прн токах эмнттера до 10 — 50 мА, легко выполняется условне (6-9) н стабильность будет весьма высокой. Прн таках в сотня -Е к +Еа Рис. 6-4. Прсстейшаи схема, обеспечнвающан режим каскада ОЭ. Рис. 6-3. Схема, осмспечнвающан режим каскада ОБ. мнллнампер н выше )с, должно быть малым, а так как сопротивление ге — величина заданная, то отношение Й,!ге уменьшается н стабильность каскада падает. Простейшая схема каскада ОЭ показана на рнс. 6-4.
В ней базовый ток задается резистором тсь, а сопротивление )с, = О. Поэтому уа = 0 н стабильность данного каскада оказывается очень низкой ф = (3). На рнс. 6-6 показана типичная схема каскада ОЭ, наиболее часто используемая на практике. Сравнивая ее с обобщенной схемой (см. рис. 6-2), приходны к выводу, что в данном случае Йв — — Рт 2 Йа. Принцип стабилизации в схеме на рнс. 6-6 заключается в том, что делитель )сы тсв з а д а е т потенциал базы н тем самым достаточно жестко фнкснруег потенциал эмнттера, поскольку У,а ж сопи(. В этих условиях ток /„ равный у,/Р„не может сильно меняться. Чем меньше сопротивления делителя, тем меньше завнснт потенциал базы от изменений базового тока н тем лучше стабилизация: Однако Очень ннзкоомный делитель Кы )с невыгоден по двум причинам: возрастает расход мощности от источника питания н шунтнруется входное сопротивление каскада.
Поэтому обычно делают тс, !1 )та и:- Й, нлн больше. Получаемые прн этом значения 8 = 2 —: 5 обес- печиваюг абсолютнуто стабильность, в 5 — 10 раз более высокую, чем в схеме на рис. 6-4. Сопротивление )т, желательно выбирать большим, так как при этом можно повысйть сопротивление делителя. Однако величина Й, ограничена ростом падения напряжения т',)х',. -Е„ Ех Рас. 6-6. Типичная схема, обеспечивающая стабильиый режим каскада ОЭ. Рис. 6-6. Вариант схемы, обеспечивающий повышепяую стабильиость режима в каскаде ОЭ. На рис.
6-6 показана схема, в которой в отличие от схемы на рис. 6-5 напряжение, питающее делитель, меняется при изменении потенциала У„, а значит, и тока 7„. Увеличение последнего уменьшает (по модулю) потенциал У, и соответственно потенциал базы. Поэтому результирующее изменение А7„получается меньше, чем в схеме на рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
