Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (5-е изд.,1998) (1151957), страница 27
Текст из файла (страница 27)
2.01). которое определяет, что 1 = Ь„з1 . Мы рассматривали транзистор как усилитель тока, вход которого работает как лиод. Это приближение является грубым, но для некоторых практических случаев большей точности и не требуется.
Однако для того чтобы понять, как работают дифференпиальные усилители. логарифмические ареобразователи. схемы температурной компенсации и некоторые другие практически полезные схемы. следует рассматривать транзистор как элемент с передаточной проводимасгыа- каллекторный ток вием определяется напряжением между базой и змиттером. Итак, правило 4 в измененном ниле 4 Если правила 1 3 соблюдены (разл. 2.01), та гок 1к связан с напряжением Н ., следующей зависимостью. (ь = )„.„„.
(ехр(Н „, (',1 — 1,', ~ле (/т = ЕТч = 25,3 мВ ари комнатной температуре (20 С). 4 — заряд электрона 1'1,60.10 " Кл). Е постояипая Больцмана 11.38 х 10 -'' Дж'К), Т-абсолютная чеьшерачура в кальвинах К = С' — 'ч73 16:;. 1„.„ — ~ок пт ышшчия .ранчистара (зависи- Т) Тш, таь гягчл кс(а!чьлл также чависич: 1 .... и: жю приблпзп,счьич ачйаз й."ля~ь чза Е =(-Л,,, ; де впч с сеянная» '... абычнс припимаеч чиа кипя г; ~ За л. абба и зависит чраизисчора.
1к. Сх, и температ) ры. 1ок пролетав.чае собой сбрачччьчй чоч: эмит черна~ о перехода. В ак ~ пвнай облас~п !» . 1„,,„и членом — ! можно пренеб- речь 88 Глава к Транзисторы 89 10-3 10-3 10-в 10 -'т 10-8 ц гогу На~рупа" снсиапа шць— 505 Р 300! Е 100 1- 10 'о 0,1 0,2 0,3 ОВ 0,5 0,6 0,7 0,8 субб Рис. 2.32 Зависимоста базового и коллвкторного токов транзистора ат напряжении между базой и эмин тором. Уравнение для 1 известно под названием нуравнение Эберса-Моллав. Оно приблизительно описывает также зависимость тока от напряжения для диола.
если 11з умножается на корректировочный коэффициент т со значением между 1 и 2. Следует запомнить, что в транзисторе коллекторный ток зависит от напряжения между базой и эмнттером. а не от тока базы 1ток базы в грубом приближении определяется коэффициентом Ь„,) Экспоненцнальная зависимость между током 1» и напряжением Ь' . точно соблюлается в большом диапазоне токов, обычно оз наноампер до миллиампер. На рис. ' 32 приведен график этой зависимости, Если измерить юк базы при различных значениях коллекторного гока, то получим 1рафик зависимости Ьт,, от 1к (рис. 2 331 '~ „д Рис 233 1ипивнаааависимссм кскйоисмсв*а аскат ннв по п Ы дла сраиаис.*ори а, ~ от коллектора:, тока Согласно уравнению Эберса -Молла, напряжение между базой н эмиттером «управляет» коллекторным током, однако это свойство нельзя использовать непосредственно на практике усоздавать смещение в транзисторе с помощью напряжения.
подаваемого на базу). так как велик температурный коэффициент напряжения между базой и эмиттером. В дальнейшем вы увидите, как уравнение Эберса — Молла помотает. решить эту проблему. Практические правила для разработки транзисторных схем. На основании уравнения Эберса — Молла получены некоторые зависимости, которые часто используют при разработке схем. 1. Ступенчатая характеристика диода На сколько нужно увеличить напряжение П .„ чтобы ток 1„увеличился в 10 разу Йз уравнения Эберса -Молла следует. что 1',„ нужно увеличить на 1) )оя„10, или на 60 мВ при комнатной температуре. Напру женив на блзв уввличивнвтсл на 60 мВ нри увеличении коллекторного тока в РВ раэ. Эквивалентным является следующее выражение 1„= 1„оган", где А11 измеряется в мнллнвольтах.
2 Импеланс для мало~ о сш нала со стороны эмиттера при фиксированном напряжении на базе. Возьмем производи)ю от Ь'нз по 1к: гз = 81т 1и = 25,1„Ом. гле тсж 1- измеряеусзя в миллиамперах Величина 25'7к Ом соответствчет коклнатной .темпера"'уре Это со1ттвгнног сопроуивление эмиттера г- выступаез в качестве последовательного для эмиттерной цепи во всех транзисзорньы схемах.
Оно ограничивает усиление усилигсля с Заземленным змнп ~ ором. приводи. к тому ч цу коэффнпиен ~ усиленна эмнттерното повторителя имое: Значение чуть мепыле единицы и не по:птоляет выхолном, сопротивлению змнт3соншо повторителя стать равньгм нули Эго3 параметр относится к параметрам ма лот о сиу цала. Оз ме 2 нм. что кру 3 из па зля усилите ~я с заземленным эмиз-гором определяется сзслуаоуцим образом В„-- =1 т., 3 1емпературная зависимость 1'ляля па уравнение Эберса — Молла. можно прели .- ложить„что Пьз имеет положителъньщ гемпературныи коэффициент Однако.
в :,' ~'~~с тем что ток 1„„, зависит от темпе, иапряжение 1мн уменьшается на В) С, В грубом приближении оно -фК~м ~ф~~~~~рционально 11Т.„, тле Т„„— абсотемпература ,-';-.1аа1аоаща ОДНа ЗаВИСИМОСтЬ ПРИГОДнтСЯ .",18)ада пРактике, пРавДа. она не свазана ,* двзатхуянением Эберса — Молла. Речь идет з:й))эййзфекте Эрли, описанном в разд. 2.05, '. внов381рвгй накладывает ограничения на ныхарактеристику транзистора как .:;~йчцика тока ; ~';~Дефект Эрли. 1) э хоть и в слабой меййз.зависит от Ькэ прн постоянном .1к. Этот эффект обусловлен измене' )1~ф~фдффективной ширины базы и описы яледующей приблизительной зави :!$фрйКпуюс й1)вэ — — — аЛ11кэ, тле а = 0,0001 :: фф44гбречислили основные соотношения т,) "ьз", ' могУт быть полезны на пРактике чяуНХНОШЕННЯ, а нЕ СаМИ ураяиения -Молла, используются при разра',:::":~~фиЛранзисторных схем "а~де'раз об эмиттерном повторителе ; )ф~й))028.чем мы еше раз рассмотрим уси „!"!$3$882, с общим эмиттером.
используя ,ь, . еспза новой модели транзистора. ненадолго задержим свое внимание на скромном эмиттерном повторителе. Согласно модели Эберса — Молла эмиттерный повторитель должен иметь ненулевой выхолной импеданс лаже в том случае, когда схемой управляет источник напряжения. так как змитгерный повторитель обладает вполне опрелеленным сопротивлением уэ(см.прелылуший раздел, пункт 2). По зой же причине усиление по напряжению будет немного меньше елиницы, так как г и резистор нагрузки образуют делитель напряжения.
Эти явления нетрудно описать математически. При фиксированном напряжении на базе импеданс со стороны эмиттера есть не что иное„ как Я,„„ = Луна!с)1э, но 1, = 1к„поэтому й,„, = гз - собственное сопротивление эмнттера1г, = 2511к(мА)3. Например, на рнс. 2.34, а импеланс со стороны нагрузки г,= 25 Ом, так как 1к = 1 мА. (Если используется эмиттерный резистор Вэ, то образуется параллельное соединение, на практике К всегда значительно больше. чем г .) На рис. 2.34, б представлена более распространенная снтуапия -источник имеет конечное сопротивление Л„„ 1для простоты в схеме опушены компоненты смешения †базов 90 Глава 2 Транзисторы 91 '70 с делитель и блокировочный конденсатор— эти компоненты присутствуют на рис 2.34, в).
В этом случае выходной импеданс эмип.ерного повторителя -это просто г в последовательном соединении с К .,' 7(Ьзгэ + 1) (опять же в параллельном соединении с несушественным резистором К, если он присутствует). Например. если Я„ь, = ! кОм и 7« = 1 мА, то К,„„= 35 Ом (предположим. что Ь„. = 100). Нетрудно показать, что собственное сопротивление эмиттера г- вносит также вклад во входной импеданс эмиттерного повторителя, как если бы оно было соединено последовательно с нагрузкой (на самом деле не с нагрузкой, а с параллельным соединением резистора, нагрузки и эмиттерного резистора).
Другими словами, для схемы змиттерного повторителя эффект Эберса— Молла состоит прогло в добавлении последовательно подключенного сопротивления эмиттера г к полученным ранее результатам. Усиление по напряжению эмиттерного повторителя несколько меньше единицы из-за наличия делителя напряжения. образованного гэ и нагрузкой. Это нетрудно вычислить. так как выход схемы нахолится в точке соединения г и К,„, . 6, = "Р' образом.
если взять. например„повторитель, ток затухания когт рого равен 1 мА. а наг рузка составляет ! кОм, го его усиление по напряжению будет равно 0,976 Инженерам иногла нравптся считать усиление в единицах сверхпроводимости для получения выражения, полхолягцего гакже лля ОУ (см. разд 3.07). в этом случае (используя выражение Ь„= 1'г,) полу шм 2ЛЗ. Еше раз об усилителе с обшим змиттером Выше мы опрелелили !силенис по напряжению шгя усилителя г обшим эмигтером при условии.
по солротивненис змиттерного резистора равно нулю, но результат получили невернып Де:и' и том. что трав. зистор гзолаласг собсзвенным гмигтерным сопротивлением, равным 25Д„!мА) (выражено в омах!. которос. следует до- бавлять к сопротивлению включенного в эмиттерную цепь резистора. Это сопротивление значительно в тех случаях, кот гда в цепь эмиттера вклзочен небольшой резистор (или когда его нет вообше).
Например, для усилителя. который мы рассмотрели выше, коэффициент усиления по напряжению равен — 10 кОм,'г, или — 400, при условии, что сопротивление эмиттерного резистора равно нулю.Мы преполагали раньше. что входной импеданс Ь . К ггз з равен нулю при Яз = О; на самом деле он приблизительно равен Ьз, гэ и в данном случае составляет около 2,5 кОм (ток покоя равен 1 мА). Мы уже упоминали усилитель с «заземленным эмиттером» и схемы «с обшим змиттером».
Эти схемы не следует путать Усилитель с «заземленным эмиттером г— зто усилитель с обшим змиттером, в котором К = О. В усилительном каскаде с обшим эмиттером может присутствовать эмиттерный резистор; особенность этой схемы состоит в том, что цепь эмигтера является общей для входа и выхода схемы. Недостатки вднвкаскалиого усилителя с заземлеииьви змяттервм.
Дополнительное усиленне. обусловленное отсутствием разистора в эмиттерной цепи Кз = О, мы получаем за счет ухудпгзения некоторых параметров усилителя. Как ни популярен усилшель с заземленным змиттером в учебниках. на практике его следует использоватьь только в схемах, охваченных обшей петлеи отрицательной обратной связи Для тот'о чтобы понять. с чем это связано, рассмотрим рис 2.35 ~ !ф«О !ггьхолиой В»аз«ой гиг.ал 'ис Зз Г язитча г оГгггчм змикером дез отрнса ~санно« оаратиг и связи а неси змиттера м Время В(йдзк Нелинеиныи иызоннои сигнал снимаемые -4~) м)ызвтсла с заземленным змиттером .; Ф~щяявйиость.
Коэффициент усиления 'ф~(р)(КФяется выражением Ь = — д К„= :;,байя/г = — Як7к (мА),'25, т. е. для тока 'г мА он равен — 400. Но дело в том, '":йкьв((Х изменяется при изменении вход,!)г!))ййала. В нашем примере коэффи- 'ф яшеиия может изменяться от — 800 ' тя('9, 2к — — 2 мА] до нуля (Н,„„= О ... 'зйй!Вся!и на входе действует з реуголь- , то сигнал на выходе будет 'гдвкпоказано на рис. 2.36. усили- большие искажения, т. е. облай!йязяой линейностью. Усилитель с эмиттером без обратной ,с, ' )йкяяио использовать лишь для не- диапазонов изменения сигнала дички покоя. Что же касается уси 'Фязйцим эмиттером, то его усиле- Не зависит от коллекторного "'~-,условии что Яз » г.; он обеспе- ...йкяккние без искажений в большом .
! „, «йке' изменения сигнала евирвтивлевие. Входное сопроприблизительно равно Х,„= - ~еик)звзатз:~(25Ьз, Ди(мА)) Ом. Злесь чы :,й!й((!!)91,Мхадкиваемся с тем, что ток 1« ',"ягки!(ЖФвтея при изменении выхошюго сиги!айа("::Вгзиачит меняется и входное сопро- ~$)!)МФие. Если источник. питаюший базу "'~кй)ййяцк небольшим выхолным сопроз!!)(цьФЗПМм! то вы получите нслинейзпьй '(!(зе(!()(!ьтйниьгй лслитсль напрюкения, обра *'"йьь))ВЬЮГОЙ Источником сит!зала и входным пением усилителя. Что касается с общим эмиттером. то он :,'ы!Вйя(такт постоявньцы и высоким вхол- -"Ф )~(!мзкзцротивьтением ля(Ф)кяквиие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
