Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Решение. Сумма напряжений на выходной стороне 1с(— = 1'сл) = 1сс — 1сВс ( гс — это напряжение на коллекторе относительно земли. Так как в данном случае змиттер звземлен, то $с = гсв). Твк как Вс = 800 Ом, Ъс = 4 В, я асс = 12 В, получим псе (Ъсс — Ъс) (12  — 4 В) Вс 800 Ом Далее имеем 1В = $- = ш1оно~ = 0,1 мА. Сумма напряже- ний во входной цепи равна Рис. 4.8. Схема фиксированного смешения с ОЭ 1 сс = 1ВВВ + гВВ или ВВ (1сс — гВВ)(1В. Следовательно, ВВ = (12  — 0,7 В)/0,1 мА = 113 кОм. По сравнению с есс 'йве мало (0,7 В у кремни- +иве евых транзисторов и 0,3 В у германиевых), и им часто можно пренебречь. Уравнение (4.5) показы- Вс 1~с вает, что ток базы постоянен и не зависит от 1с.
Ясно, что в уравнении (4.4) член д1В/е(1с равен Вв нулю. В результате В =,9, а величина )3 обычно + иве большая. Это означает, что схемы с фиксированным смещением имеют плохую стабильность. Ток коллектора в такой схеме меняется при любом изменении как Д, так и обРатного тока 1сВС. Суммирование напряжений коллекторного конту- Рис. 4.7. Входная цепь ра в рис. 4.6, в или 4.7 дает следующее выражение: схемы, изображенной на рис. 4.6, в гсе = 1'сС 1сВс.
(4.6) Уравнение (4.6) определяет зависимость йсе от 1С, так как ЕСС— постоянно. Если Хс меняется, 1 се тоже меняется и точка Я смещается. Схема может начать работу в рабочей точке, находящейся посередине нагрузочкой линии, а закончить в точке ф смещенной или к области насьпцения, если ток коллектора увеличится, или к области отсечки, если ток коллектора уменьшится. Изменение температуры на 50 — 60 'С вЂ” нередкий случай. Также из-за различных допусков при изготовлении возможен разброс Д от 50 до 100 % у приборов из одной упаковки.
В подобных случаях схемы с фиксированным смещением не дают удовлетворительных характеристик. И поэтому схемы с фиксированным смещением биполярных транзисторов почти не применяются. На практике применяются три типа схем смещения: Б Базовое смещение. Наиболее популярное, так как оно высокостабильное. 2. Эмиттерное смещение. Имеет такую же стабильность, как и базовое,но требует отдельного источника питания. 3, Автоматическое смещение (с коллекторной обратной связью). Менее стабильное по сравнению с базовым и эмиттерным, но привлекательное с точки зрения простоты схемы. Для реализации схемы требуется меньше резисторов. Обсудим подробно эти схемы смещений.
Базовое смещение На рис. 4.9 показан пример базового смещения. Обратите внимание на дополнительный резистор Ве в цепи эмиттера транзистора. Напряжение (сс смещает эмиттерный переход через резистор Вв в прямом неправлении, а через резистор Вс — коллекторный переход в обретном. Применив закон Кирхгоффа к входному контуру, получим ХВВВ + 1 ВЕ + ХЕВЕ = тСС. (4.7) Теперь, зная, что 1е — 1с, 8 = 1с/1В или Хв = Хс/В Хе/,О, уравнение (4.7) можно переписать следующим образом: (Хе/Р) . Вв+ Рве+ 1ВВВ = Исс или Хе(м 1с) = . (4.8) (1'СС 1 ВЕ) (Ве + Вв/Ф) ' Из уравнения (4.8) ясно, что, если Ве » Вв/ф, можно получить Хе (и следовательно 1С) независимым +кос от Р.
Следовательно, по каким бы причинам не изменялся ~3, эти изменения будут иметь незначительное влияние на величину коллекторного тока, т. е. он ста- вя (.~в новится стабильным, точка Я тоже стабильна. Пока Вв/Р пренебрежимо мало по сравнению с Ве, уравне- + ние (4.8) сокращается до ВŠ— ~ ~Е (рсс — ~ве) (4.9) ВЕ На практике член Вв/,8 можно уверенно отбросить, если Вв/8 ( (1/10)ВВ, или, другими словами, если Ве > 10ВВ/ф. УРавнение (4.9) шиРоко пРименЯ- Обратите внимание ется для расчета тока коллектора. Запомните, если Ве = О, то схема, изображенная "" зииттвРа на рис.
4.9, вернется к крайне нестабильной схеме с фиксированным смещением (см. рис. 4.8, в). ~~( 112 Глава 4. Проектирование и анализ схем на постоянном токе рта = рсс (4.10) Рис. 4.11. Преобразованная эквивалентная схема рис. 4.10 Ътл и Ятл — эквивалентное напряжение н эквивалентное сопротивление соответственно Рис. 4.10. Схема смещения делителем налряжения Вть равен сопротивлению параллельно соединенных В1 и В2 (обычно зто записывают так: Вта = В1 ~ ~В2), т. е. Вть = В1В2 (4.11) ( 1+ 2) Для схемы на рис.
4.11 уравнение для 1е, соответствующее уравнению (4.8), можно записать так: (Ъть — 0,7) (ВЕ + Вта(Я При Ве» Вта(0, уравнение (4.12) упрощается до ('еть — 0,7) ТЕ = Схема с делителем напряжения (рис. 4.10) имеет два преимущества по сравнению со схемой на рис. 4.9: (4.13) Стабильность в схеме базового смещения достигнута вследствие отрицательной обратной связи через резистор Ве. По каким бы причинам не увеличился 1с, падение напряжения на Ве увеличится, а это уменьшит ток базы (см.
уравнение (4.7)), уменьшение тока базы вызовет уменьшение тока коллектора. Более широко применяется схема базового смещения, называемая «смещение делителем напряжения», которая показана на рис. 4.10. Эту схему можно преобразовать для простоты анализа в схему на рис. 4.11, применяя теорему Тевенииа-Гельмгольца об активном двухполюснике, где напряжение эквивалентного источника Ътл 1. Вть = Вя = В1 ~~В2 меньше, чем В2 или В2. Параллельное соединение двух резисторов дает общее сопротивление, по величине меньшее, чем у любого из них (это свойство часто используется при анализе схем).
Следовательно, условие стабильности (Ве > Вть/Я удовлетворяется в этой схеме лучше. 2. Сопротивление источнику питания Ъ'сс теперь равно В1+ В2, что больше по сравнению с Вя. Это уменьшает нагрузку на источник и увеличивает время работы батареи в батарейных схемах.
В2 ) 5 кОм20 В Ъта= В В ~ Ъсс= 35 Π—— 2,85В=Ъ'вв В2 -~- В2~ 35 кОм н Вта = В2 ~(В2 = (дед- — — 30 кОм х 5 кОм/(30 кОм+ 5 кОм) = 4,28 кОм. Вспомним, что 1ь н~ 1с, тогда уравнение (4.12) дает Хя— (Ъ'та — 0,7) (2,85 — 0,7) В (Ве + Вта//Хпс) (2 кОм+ 4,28 кОм/100) Применяя закона Кирхгофа к выходной зоне, получаем Ъсс — ХеВс + 1еВе + Ъсе Ъсе = Ъсс — 1е(Вс + Ве) = 20 — 3,15 = 16,85 В (Точно). Следовательно, точные значения 1с и Ъ'се — 1,05 мА н 16,85 В соответственно. Чтобы получить приближенные значения (котоРые применимы в большинстве случаев), опустим член Вта/6 в выражении для Хе. Тогда из уравнения (4.13) имеем +20 В с ксм (Ъта — 0,7) (2,85 — 0,7) В Ве 2 кОм исе Е2 5 ксм Е ком з УРавнениЯ Ъсе = Ъсс — 1е(Вс + Ве) получим: Ъсе = 20  — 1,075 мА х 3 кОм Рис.
4.12. Схема смещения делителем напряжения нли ~се = 16,77 В. Пример 4.3. Оцените приближенно и точно значения тока коллектора 1с и напряжения Ъся в схеме на рис. 4.12. Принять, что у транзистора Ъве = 0,7 В и 6 = 100. Решение. Если пренебречь малым током базы в схеме на рис. 4.12, то напряжение между базой и землей и сопротивление Вта можно записать как ~~~~14 Глава 4. Проектирование и анализ схем на постоянном токе Итак, приближенное (с отброшенным членом ф) и точное значения 1с находятся в пределах 2,5 % и значения 1 се — 1 %.
Однако, если коэффициент передачи тока ф мзл или Вв очень велико, погрешность может быть болыпе, чем в рассматриваемом примере. Пример 4.4. Оцените в схеме на рис. 4.13 сопротивление резистора Вс, требуемое для установки напряжения коллектор — эмиттер 1'се = 4,5 В. Коэффициент в кремниевого транзистора равен 200, кве = О, 7 В. Решение. Вычислим напряжение между землей и базой (то же, что и падение напряжения на резисторе 3 кОм) (нть — иве) (3  — 0,7 В) Вя 2,3 кОм Сумма напряжений на выходной стороне равна 1БВс + 1'се + 1еВЕ = ксс или 1 мА х Вс + 4,5 В+ 1 мА х 2,3 кОм = 9 В.
Получаем Вс = 2,2 кОм. +99 кос ~с ~е я, 6 кОм псе 3 кОм яз 2,3 кОм Рис. 4.13. Рис. 4.14. Пример 4.5. Вычислить сопротивление резистора Ве в схеме на рис. 4.14 необходимое, чтобы установить $се = 3,0 В. Вычислить ток коллектора. Ьсс —— = 10 В, Вс = 2 кОм, Вк — — Вз = 5 кОм, Д = 100 и Рве = 0,7 В. Решение.
Падение напряжения на резисторе Вз(кк Ъть) кю= В В ксс= 5 О 10В=5В. Из уравнения (4.13) получаем (Ъть — 0,7) В (5 — 0,7) 4,3 В 1Е— ВЕ Ве ВЕ Применив закон Кирхгофа к ксллекторной цепи, имеем 1е . 2 кОм+ 3 В+ 1ейе = 10 В или (2 кОм+ Ве)1е = 7 В. Подставив в зто уравнение вместо 1е — 1е = 4,3 В/Ве, находим требуемое значение Ве: Ве = 3,2 кОм, и так как 1ь = 4,3 В/Яе, получим 1С(= 1е) = 1,43 мА.
Полная меитодика расчегпа схемы смещения с делишелем наирлзРсенил Задача — для любой схемы с общим змиттером (например 4.10 или 4.14) рассчитать все сопротивления резисторов В1, Вз, Вс и Ве. Сначала на семействе коллекторных характеристик транзистора, выбрав подходящие величины Рсс и 1с( ), нарисуем нагрузочную линию и выберем где-то на середине характеристик рабочую точку Я.
Определим по графику значения Хсо и Ъсе0 (рис. 4.15). Рис. 4.15. Нагрузочпая линия /с по постоянному току па семействе кояяекторпых характеристик С ОРРР) трянзястера. Значения Хсо, Ъ'с я о, я ХСР„Р~ опредеяякРтся пз графика Есео исс НСЕ Ю Затем имеем Хс(, ) = Ъсс/Вс. Определив из графика рис. (4.15) 1с(„, ), можем получить сопротивление резистора Вс(= Рсс/Хсбя, )). Если выходных характеристик транзистора в нашем распоряжении не окажется, тогда можно взять параметры рабочей точки Хсс = (1/2)Хс( *) и ~'сес = (1/2)1Рсс Этот критерий важен и часто применяется на практике.
Закон Кирх"оффа для выходной цепи схемы 4.14: 1 СС = ХСВС + РРСЕ + ХЕВЕ. ( 1 ) 6 Глава 4. Проектирование и анализ схем на постоянном тоне (4.16) а из уравнения (4.10) Ъ'та Вг (В) 1'сс В1 + Вг Из системы двух уравнений (А) и (В) находим неизвестные В1 и Вг. Эмиттерное смещение При наличии в схеме двух отдельных источников постоянного тока, обеспечивающих положительное и отрицательное напряжение по отношению к земле, широко применяется другая схема смещения. Во многих операционных усилителях (ОУ, например, 741 серии) и других современных схемах используется эмиттерное смещение. По характеристикам эмиттерное смещение не уступает схеме с делителем напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
