В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций (1267369), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Угол, соответствующий моменту прекращения выходного тока, называют углом отсечки и обозначают через

В идеальном режиме В угол отсечки а выходной ток существует в течение половины периода.

В действительности, из-за нижнего изгиба ДХ (рис.2.2) ток покоя в режиме В не равен нулю, а составляет 3…15% от максимального значения а угол отсечки немного превышает . Такой режим называют обычным режимом АВ, подчеркивая этим его промежуточное положение между режимом А и идеальным режимом В.

Для выяснения свойств идеального режима В разложим выходные импульсы тока в ряд Фурье

(2.7)

где - среднее значение (постоянная составляющая) выходного тока; - гармонические составляющие этого тока. Как и в режиме А, КПД в режиме В описывается выражением (2.4), только коэффициент использования выходного тока (как уже отмечалось ранее, для любого режима ). Поэтому для режима В

(2.8)

Таким образом, максимальный КПД в режиме В в 1,57 раза превышает аналогичный показатель в режиме А за счет лучшего использования УЭ по току. Это является достоинством данного режима, которое и объясняет его широкое применение в выходных каскадах усилителей мощности, где вопросы экономичности работы выходят на первый план.

К недостаткам режима В следует отнести высокий уровень нелинейных искажений. Действительно, если учесть только вторую и четвертую высшие гармоники, то будет равен Поэтому режим В нельзя применять в обычных однотактных апериодических усилителях. В этом случае выходные каскады нужно строить по двухтактным схемам, которые компенсируют четные гармоники (вторую, четвертую и т.д).

2.1.3. Режим С

В режиме С, так же как в режиме В, УЭ работает с отсечкой выходного тока. Причем угол отсечки  < /2. Для этого рабочая точка должна располагаться левее точки пересечения спрямленной СДХ с осью напряжения. Режим С имеет более высокий КПД по сравнению с режимом В за счет лучшего использования УЭ по току. При малом угле отсечки КПД каскада приближается к 100%. Однако с уменьшением возрастают уровни как четных, так и нечетных высших гармоник по сравнению с первой гармоникой, т.е. возрастает коэффициент гармоник Причем, наличие интенсивных нечетных гармоник, которые не компенсируются двухтактной схемой, делает неприменимым этот режим в апериодических усилителях.

Режим С широко используется в усилителях мощности радиочастот, которые, как правило, нагружаются на сложные избирательные LC-системы, способные эффективно отфильтровывать высшие гармоники и обеспечивать в нагрузке только ток первой гармоники.

2.1.4. Режим D

В режиме D УЭ работает как электронный ключ, т.е. УЭ или закрыт, или открыт. В первом случае через УЭ протекает незначительный ток, а во втором мало падение напряжения на нем. Поэтому и в закрытом и в открытом состоянии потери в УЭ в режиме D ничтожно малы и КПД каскада приближается к 100%.

Очевидно, что этот режим нельзя непосредственно использовать для усиления гармонических сигналов. Их необходимо преобразовать в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, длительность которых должна меняться пропорционально мгновенному значению гармонического сигнала. После усиления этих импульсов в режиме D, осуществляется их обратное преобразование (демодуляция) в сигнал первоначальной формы.

2.2. Температурная нестабильность режима биполярного транзистора

Температурная нестабильность режима биполярного транзистора (БТ) в основном определяется тремя факторами: изменение обратного тока коллекторного перехода ; изменением напряжения на эмиттерном переходе; изменением статического коэффициента передачи тока базы, .

Зависимость тока от температуры выражается формулой

, (2.9)

где - температура перехода, - значение тока при , a=0,02…0,025 для кремниевого транзистора и а=0,03…0,035 для германиевого.

Поскольку на коллекторном переходе рассеивается электрическая мощность, то температура перехода всегда выше температуры окружающей среды

(2.10)

где - тепловое сопротивление промежутка переход – окружающая среда, а - мощность рассеяния на коллекторе. Сопротивление имеет размерность С/Вm или С/мВm и показывает на сколько увеличится температура перехода по сравнению с температурой окружающей среды на единицу мощности рассеяния на переходе.

, (2.11)

г де - тепловые сопротивления переход-корпус и корпус-окружающая среда.

При охлождении транзистора с помощью радиатора с тепловым сопротивлением

(2.12)

Ток у маломощных кремниевых транзисторов равен примерно 0,02…0,5мкА, а у германиевых по крайней мере на порядок больше.

При изменении температуры меняется ток прямосмещенного эмиттерного перехода (рис.2.3). Характеристика смещается почти параллельно со скоростью приблизительно –2,2 В на 1 изменения температуры перехода, что эквивалентно появлению в цепи между базой и эмиттером напряжения , но без сдвига характеристики. Этот прием избавляет от необходимости пользоваться семейством статических характеристик при разных температурах (очень часто такое семейство просто отсутствует) и производит все расчеты температурных изменений по одной характеристике.

Заменив на - и учтя технологический разброс параметров, получим

(2.13)

где - изменение температуры окружающей среды.

Известно, что у транзистора

. (2.14)

Значит ток изменяется не только при изменении , но и при изменении С повышением температуры перехода параметр увеличивается на (0,3…0,4)% на 1 сверх 25 и уменьшается (0,15…0,25)% на 1 при ее понижении, считая от 25.

С учетом влияния изменения температуры перехода и технологического разброса при 10% отбраковке крайние расчетные значения оказываются равными

,

, (2.15)

и

. (2.16)

Реальный БТ работающий в диапазоне температур, можно заменить идеальным, режим работы которого абсолютно стабилен, а влияние температуры на его режим учесть с помощью трех дестабилизирующих факторов , и (рис.2.4). На этом рисунке генератор тока отображает совместное влияние и на ток коллектора. Выражение для можно получить из (2.14), взяв производную от по и , полагая и , получим

где
(2.17)

Зная величины возмущающих источников и и способ (схему) подачи питающих напряжений на электроды транзистора, можно определить приращение . В общем случае

(2.18)

где , - коэффициенты нестабильности, характеризующие чувствительность тока коллектора соответственно к изменению , и напряжения .

Эти коэффициенты имеют четкий физический смысл: - коэффициент усиления схемы по постоянному току; - проводимость прямой передачи схемы по постоянному току. Чем меньше и , тем стабильнее схема. У высокостабильных схем =1,2…2, =0,1…1мСим.

2.3. Температурная нестабильность режима полевого транзистора

Как у всех приборов, построенных на основе полупроводниковых структур, свойства полевого транзистора (ПТ), а значит и его режим работы зависит от температуры.

С увеличением температуры уменьшается контактное напряжение , возникающее на границе соприкосновения двух сред с разным типом электропроводности. Уменьшение с ростом температуры при приводит к увеличению эффективного сечения канала, т.е. к росту тока . Но с увеличением температуры уменьшается подвижность носителей зарядов из-за сокращения длины их свободного пробега. Это происходит за счет более частого столкновения носителей зарядов с атомами кристалла, у которых с возрастанием температуры возрастает амплитуда колебаний отн осительно равновесного состояния. Уменьшение подвижности носителей зарядов приводит к уменьшению тока . Таким образом, при изменении температуры на ток стока действуют два противоположно направленных дестабилизирующих фактора: один вызывает увеличение тока стока, а второй – уменьшение. Это позволяет путем соответствующего выбора положения рабочей точки добиться их взаимной компенсации (рис.2.5). В точке В происходит взаимная компенсация описанных эффектов и ток стока не меняется. У ПТ с управляющим р-п-переходом точка “В” смещена относительно напряжения отсечки на 0,6 B, а для МДП ПТ- на величину (0,83,9)B. Влияние температуры на проходные характеристики можно приписать некоторому эквивалентному изменению напряжения .

Уменьшение больших значений токов стока, с увеличением температуры обуславливает отсутствие у ПТ вредного явления самоперегрева, характерного для БТ, у которых повышение температуры приводит к росту тока коллектора и к еще большему разогреву коллекторного перехода.

У ПТ с управляющим р-п-переходом ток обратно включенного перехода, т.е. ток затвора составляет , а у МДП-транзисторов - . Поэтому у МДП-транзисторов влиянием температурных изменений тока на режим работы пренебрегают. Для ПТ с управляющим р-п-переходом зависимость от температуры рассчитывается по формуле (2.9). Используя эквивалентную схему на рис.2.6 (для МДП-транзисторов ), можно для любого устройства на ПТ найти приращение (нестабильность)

Рис.2.6. Эквивалентная схема ПТ

(2.19)

где - коэффициенты нестабильности, имеющие тот же физический смысл, что и для БТ.

2.4. Методы стабилизации

Характеристики

Список файлов книги