Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Базовая схема эмиттерного смещения приведена на рис. 4.16. Через резистор Ве источник отрицательного напряжения Ъее смещает эмиттерный переход в прямом направлении. Коллекторный переход смещается обратно источником положительного напряжения Ъсс. Напряжения источников часто Ъее и Ъсс равны по величине, хотя это и не существенно. Так как Хе 1с = 1ссз, в уравнении (4.14) все параметры, кроме Ве, известны, то можно вычислить Ве. Аналогично, уравнение (4.12) после отбрасывания незначительной дроби Вта(Д имеет вид Ять — 0,7) (4.15) Е = Из уравнения 14.15) находим Ъть (остальные параметры известны).
В соответствии с уравнения (4.10) В2 Ъта = . Ъсс. Есть два варианта выбора сопротивлений резисторов В1 и Вг. Вариант 1. Выбрать сопротивление одного из резисторов, В1 или Вг, равным 3 кОм, 10 кОм или 20 кОм, а сопротивление другого вычислить из уравнения (4.10). Вариант 6. Применить концепцию стабильности.
Коэффициент стабильности для схемы 4.11 можно выразить как Р1Ве + Вть) РВЕ + ВТл) (происхождение уравнения (4.16) см. в примере 4.1). Допустим, для примера, Я = 10, Ве и В уже известны, из уравнения (4.16) вычисляется Втю Вспомним, что ВТЬ = В1В2/(В1 + В2), (А) Д Сумма напряжений во входной цепи (база — эмиттер): 1ВггВ + гВе + хегге = Ъее (4.17) Поскольку 1В = 1с//э = 1е/Д и РВе = 0,7 В, уравнение (4.17) приобретает вид: (ИЕЕ 0,7) 1е = ', (4.18) Для стабильности рабочей точки 1е (следовательно, и 1с) должен оставаться неизменным во всем диапазоне изменений коэффициента передачи тока Д. Следовательно, для стабильности требуется (см. уравнение (4.18)) +Рос Вс ~есе 1в Рис.
4.1В. Схема эмнт- терного смещения ~Е )) .ЙВ/Р. Практическое правило — хорошая стабильность имеет место при ВЕ = — .ВВ. (4.19) Итак, если сделать член ВВ/р пренебрежимо малым, уравнение (4.18) примет вид: — РСС+ 1СПС+ РСЕ+ 1ЕВŠ— РЕЕ = О. (4.21) Теперь, 1гее 7ВВВ (отбросив малое напряжение 0,7 В из уравнения (4.20)), тогда уравнение (4.21) примет вид 1'СЕ(= гСЕя) = 1'СС хсгеС. (4.22) Таким образом можно вычислить номиналы всех компонентов схемы на Рис.
4.16. Пример 4.6. В схеме с змиттерным смещением (Рнс. 4.17) Ъсс = 25 В н 1 ее = = -20 В. Какое должно быть сопротивление резистора Вс, чтобы установить 1сн примерно равным 8 В? Ъде можно пренебречь. 1Е=Р- (4.20) .оЕ Оба значения — 1е( 7с) и Ъсе — на выбранной рабочей точке могут быть получены из величины 1с( р рассмотренного в предыдущем Разделе; т.е. 1сд = (1/2)Хс(т *1 и Рсед = (1/2)рсс где 1с(,) и 1'сс берутся из технических характеристик транзистора. Другой способ— взять их из графиков, подобных изображенным на рис. 4.15.
ВЕ можно Рассчитать иэ уравнения (4.20), а Я — из уравнения (4.19). Сопротивление Вс получим из уравнения (4.22) (дано ниже). Сумма напряжений на выходной цепи схемы 4.16: ~~~~18 Глава ф. Проектирование и анализ схем на постоянном токе Решение. Отбросив малое напряжение Ъее, из уравнения (4.20) получим ток коллектора; л25 В Ес НЕŠ— РВЕ 20 В ёе 2 кОм се Это простое уравнение. Взгляните на потенциалы двух концов резистора Ве. Здесь знак напряжения не имеет значения, он определяет только направление тока.
На одном конце Ле напряжение равно 1'ее, на другом конце— Ъеа О. Закон Ома для участка цепи определяет силу тока через резистор: 1е = Ъ'ке/Ке = 20 В/2 кОм = 10 мА. Теперь, ВС1с + Ъсе = Ъсс, или 2 ксм -20 В Рис. 4.17. Ъсс — 1'се 25  — 8  — — 1,7 кОм. 1с 10 мА Пример 4.7. В схеме на рис. 4.17 транзистор с ф = 100 был заменен транзи- стором с Д = 180. На сколько сместились координаты рабочей точки? Сделайте выводы. Принять Пс = 1,7 кОм. Решение. Координаты рабочей точки — зто 1с и рсе. Из уравнения (4.18) находим 1с: 1'ЕЕ ВЕ + хьВ/О При р = 100 имеем 20 В 1св =, = 20 В/2,1 кОм = 9,52 мА.
2 кОм+ 10 кОм/100 Для транзистора с ф = 180 20 В 1сз = = 20 В/2,05 кОм = 9,75 мА. 2 кОм + 10 кОм/180 Таким образом, изменение коллекторного тока равно 1с = 1сз — 1С~ = 0,23 мА, что составляет 2,5 %. Выход: схема имеет высокую стабильность. Аналогично подсчитаем для двух случаев Исе, используя соотношение 1се = Рсс — 1СПс. Получим Ъсе~= 25  — 9,52 мА 1,7 кОм = 8,82 В и Исег = 25  — 9,75 мА 1,7 кОм = 8,42 В.
Следовательно, изменение Рсе меньше 5 %. Так как изменения 1С и Ъсе малы, схему можно считать устойчивой. 1 с = НВХе + ~кве. Но 1е = 1сХ~, тогда это уравнение приобретает вид: РС = (ХС/Р)ХХВ + 1'ВЕ. (4.24) После приравнивая уравнений (4.23) и (4.24) и соответствующих преобразований получим следующее соотношение: ХС = 1СС РВЕ Нс+ ХХЕ/Р' Оно применяется для расчета коллекторного тока. (4.25) Схема смещения с нояяенторной обратпной связью Схема смещения с коллекторной обратной связью не так устойчива, как схемы с базовым или эмиттерным смещением, но обеспечивает приемлемую стабильность. Схема проста, требует мало резисторов — и это свойство является привлекательным для конструирования большого числа схем, где устойчивость не является главным фактором.
Схема с коллекторной обратной связью широко применяется в логических схемах. Эта схема изображена на рис. 4.18. Один конец базового резистора соединен с базой транзистора, а +кос другой — не с источником питания, а с коллектором (обратите внимание на эту разницу по сравнению со нв нс 1~с схемой с фиксированным смещением). Такое соеди- ~в нение значительно улучшает характеристики схемы. На схеме (рис.
4.18) видим, что не фиксирован- ие ное напряжение Ъсс, как это было в случае с фиксированным смещением, а напряжение коллектора Кс поступает на базу через резистор Ке. В дейСтВИтЕЛЬНОСтн, таКИМ СПОСОбОМ В СХЕМУ ВВОДИТСЯ Рис ада Скенвеоз обратная связь, помогающая снизить влияние изме- со смещением ковлекнешш коэффициента передачи тока на рабочую т~ 1чку тоРной обРаткой свв- зьЮ Сумма напряжений в коллекторной цепи асс = ХсХХс+1с или Рс = асс — ХсНс. (4.23) Если 1с увеличится (по причине, например увеличения Д в действительности причина изменения несущественна), напряжение Рс согласно уравнению (4.24) уменыпается.
Снижение Ъс, в свою очередь, приведет к уменьшению 1е, что остановит рост Хс. Таким образом достигается устойчивость схемы. Увеличение 1с (из-за изменения )3 или по другим пРичинам) изменением Хе компенсируется только частично, что делает схему устойчивой в средней степени. Выведем выражение для тока коллектора транзистора в схеме 4.18. Сумма напряжений в схеме: ( 120 Глава 4. Проектирование и анализ схем на постоянном таоке Просптме соотпнотаения оля расчетна сметиения с коллекторной обратной связью Существуют простые соотношения для выбора резисторов, чтобы транзистор в схеме смещения с коллекторной обратной связью работал в середине рабочих характеристик.
Вспомним, что точка пересечения нагрузочной линии по постоянному току с осью ординат (см. рис. 4.2) характеризуется ~'сс 1с(тая) с Приемлемый ток коллектора должен быть равен 1с(, )/2, чтобы зафиксировать рабочую точку примерно посередине активной области (такой подход тоже был ранее обоснован). Тогда 1с= — )с( я)= —. ~'сс 2 ~~ 2Вс (4.26) Отбросив малое напряжение Ъвн( 0,7 В) в уравнении (4.25) и приравняв его к уравнению (4.26), получаем (4.27) Другими словами, если выбрать Вн в,8 раз большим, чем Вс, то в схеме смещения с коллекторной обратной связью гарантируется 1с = (1/2)1сбпах) и, следовательно, надежная работа в середине активной области.
Это важное соотношение широко используется в промышленности. Рассмотрим для примера схему на рис. 4.19, а. Поскольку )8 = 80 и Вс = 5 кОм, сопротивление резистора Лн = 80 х 5 кОм = 400 кОм гарантирует работу схемы в средней точке. Схема с соответствующими резисторами изображена на рис. 4.19, б. +10 в б) а) +1О В +18 В ком ,Б ком = 80 ~тое ио Рнс. 4.20. Рис. 4.19.
Пример 4.8. В схеме со смещением коллекторной обратной связью (рис. 4.20) найти Хс и )тсв. Принять, что коэффициент передачи тока )3 = 100. решение. Сумма напряжений ва входе 1'С вЂ” 1ВВВ + 1ВЕ. Сумма напряжений в выходной цепи Ис = 1'сс — 1сВс. Приравниваем правые части и, учитывая, что 1В = 1С/ф, можно записать: 1СС 1ВЕ Вс +ВВ/Р' Подставляя данные значения, получаем 15 — 0,7 В 14,3 В 15 кОм + 150 кОм/100 3 кОм Используем это значение Хс в уравнении Ъс = Усс — 1сВс в получим 1'се(= Рс) = 15 — 4,76 мА 1,5 кОм = 7,86 В. Следовательно, 1с = 4,76 мА в Ъсе = 7,86 В. Можно обобщить рассмотренные схемы смещения: Схема фиксированного смещения проста, но недостаточно стабильна.
При изменении температуры или р' рабочая точка смещается. В устройствах на биполярных транзисторах не распространена. Схема смещения с делителем напряжения демонстрирует хорошую стабильность и часто применяется в усилителях общего назначения и других линейных и цифровых схемах, хотя ее реализация требует большого числа резисторов. Схема эмиттерного смещения показывает хорошую устойчивость при изменении окружающей температуры и коэффициента В, но требует двух источников питания. Эта схема широко применяется при наличии раздельных источников питания.
Схема смещения с коллекторной обратной связью имеет приемлемую устойчивость рабочей точки. Простота схемы и потребность в небольшом числе резисторов делает ее популярной в цифровых схемах и в тех линейных схемах, где вопрос стабильности не является главным. ~~~~22 Глава 4. Проектирование и анализ схем на постоянном токе 4.4. Смещение р-в.р-транзисторов (особенно при использовании одновременно с и-р и-транзисторами) р-и-р-транзисторы комплементарны п-р-п-транзисторам, т.е. их напряжения и токи направлены противоположно. Например, на рис. 4.21, а представлена схема со смещением коллекторной обратной связью на р- п-р-транзисторе. В этой схеме, чтобы сместить переход коллектор-эмиттер в обратном направлении, требуется отрицательное напряжение на коллекторе. Не имеет значения, какой полюс источника питания провести по линии Ъсс, если в системе применены только и-р-п- или только р-и-р-транзисторы.
Но часто в одной схеме применяются оба типа транзисторов. На этот случай приведем несколько простых полезных советов. Схему на рис. 4.21, а можно перерисовать, как на рис. 4.21, б, если отрицательный вывод источника питания соединить с землей. И затем можно ориентировать схему так, как показано на рис. 4.21, в. Переворачивание схемы очень полезно и значительно облегчает соединения, если в одной схеме применяются транзисторы различной проводимости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
