В.В. Дуркин - Схемотехника аналоговых электронных устройств (1267373), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Стабилизация положения рабочей точки транзистора в схеме
рис. 8.1 достигается благодаря глубокой отрицательной обратной связи по току, создаваемой резистором . Напряжение на базе транзистора равно разности между напряжением , задаваемым базовым делителем, и падением напряжения на резисторе в цепи эмиттера. Падение напряжения на резисторе пропорционально току эмиттера транзистора , который складывается из тока коллектора и тока базы . Поскольку ток базы транзистора в раз меньше тока коллектора, им можно пренебречь и считать, что ток эмиттера равен току коллектора. Таким образом, напряжение база–эмиттер можно определить как

. (8.1)

Из (8.1) видно, что в схеме рис. 8.1 увеличение тока коллектора ведет к уменьшению напряжения на базе транзистора, т.е. к призакрыванию транзистора и, следовательно, к уменьшению тока коллектора. В случае уменьшения тока коллектора, наоборот, напряжение на базе транзистора увеличивается, компенсируя уменьшение тока. Таким образом, введение сопротивления в цепь эмиттера стабилизирует ток коллектора транзистора. Причем стабилизация тем эффективнее, чем больше величина сопротивления . Однако увеличение сопротивления в цепи эмиттера ведет к росту падения напряжения на нем, вызываемого током покоя транзистора. Это повышает мощность, рассеиваемую , и требует увеличения напряжения питания каскада. Обычно компромисс между стабильностью режима и энергетикой каскада достигается, когда на падает 10...15 % от напряжения питания. Эмиттерная стабилизация рабочей точки оказывается эффективной по отношению к таким дестабилизирующим факторам как изменение температуры кристалла транзистора, разброс параметров транзистора, колебания напряжения питания каскада. Чтобы рассмотренная отрицательная обратная связь не снижала коэффициент передачи каскада на частотах усиливаемого сигнала сопротивление шунтируют конденсатором большой емкости.

Расчет элементов задания и стабилизации режима работы транзистора начинается с определения величины коллекторной нагрузки . Величина определяется из полного сопротивления нагрузки каскада по переменному току , которое представляет собой параллельное соединение с активной составляющей нагрузки каскада :

. (8.2)

Полное сопротивление нагрузки каскада по переменному току определяется наклоном нагрузочной прямой на выходных ВАХ транзистора (см. рис. 7.1) и может быть рассчитано как

. (8.3)

Определив величину из (8.2), нетрудно рассчитать сопротивление коллекторной нагрузки . Очевидно, что при чисто емкостной нагрузке .

Далее необходимо определить напряжение питания каскада, которое складывается из падения напряжения на коллекторной нагрузке , падения напряжения на сопротивлении обратной связи и напряжения коллектор–эмиттер в рабочей точке:

, (8.4)

где – коэффициент, определяющий величину падения напряжения на сопротивлении обратной связи . Бо;´льшие значения увеличивают стабильность режима транзистора, но также увеличивают напряжение питания каскада и мощность, рассеиваемую резистором . Полученное по формуле (8.4) значение напряжения питания необходимо округлить до одного из стандартных значений (табл. 10).

Таблица 10

Ряд стандартных значений напряжения питания
ЕП, В	5	6	9	12	16	18	24	27	36	42	60	80	100

Зная напряжение питания каскада, нетрудно рассчитать величину сопротивления :

.

Для расчета сопротивлений базового делителя и необходимо задаться током делителя . Чем больше ток делителя, тем выше стабильность режима работы транзистора, но тем больше мощность, рассеиваемая резисторами , , и тем меньше входное сопротивление каскада. Для получения приемлемой стабильности режима ток делителя должен как минимум в несколько раз превосходить ток базы в рабочей точке. Обычно величина тока базового делителя должна удовлетворять условию:

.

Ток базы в рабочей точке можно найти по семейству выходных статических ВАХ транзистора (см. рис. 7.1). Используя семейство входных статических ВАХ транзистора, по известному току и напряжению находят напряжение база–эмиттер в рабочей точке (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Определение положения рабочей точки

на входных статических ВАХ транзистора

При наличии в справочнике нескольких входных статических ВАХ, соответствующих разным значениям напряжения , следует выбирать характеристику, для которой близко к .

По известному току делителя и напряжению база–эмиттер в рабочей точке не составляет труда найти сопротивления резисторов делителя, обеспечивающих это напряжение:

, .

По рассчитанным параметрам элементов стабилизации режима работы транзистора следует рассчитать величину относительной нестабильности тока коллектора:

,

где – абсолютное изменение тока коллектора при изменении температуры кристалла транзистора; – абсолютное изменение напряжения база–эмиттер при изменении температуры перехода на величину ; – абсолютное изменение обратного тока коллекторного перехода при изменении температуры; , – коэффициенты, учитывающие работу схемы эмиттерной стабилизации тока коллектора транзистора; – общее сопротивление в цепи базы; и – g-параметры транзистора в рабочей точке при комнатной температуре. Порядок расчета максимальной температуры перехода приведен в разделе 7. Минимальную температуру перехода можно определить как:

.

Величину определяют по зависимостям обратного тока коллектора от температуры, которые приводятся в справочниках. Если для выбранного вами транзистора такая зависимость не приведена, то для определения можно использовать типовые нормированные зависимости обратного тока коллекторного перехода от температуры, приведенные на рис. 8.2.

На рис. 8.2 – обратный ток коллектора при температуре перехода ; – обратный ток коллектора при комнатной температуре (обычно указывается в справочнике); зависимость 1 соответствует кремниевым транзисторам малой мощности ( ); зависимость 2 соответствует кремниевым транзисторам средней мощности .

Рис. 8.2. Типовые нормированные зависимости обратного тока
коллекторного перехода от температуры

Для каскадов импульсных усилителей относительная нестабильность тока коллектора транзистора не должна превышать 0.25. Если полученное значение нестабильности превысило эту величину, то можно повысить эффективность схемы эмиттерной стабилизации увеличением тока делителя и/или сопротивления в цепи эмиттера . В некоторых случаях эти меры оказываются неэффективными или приводят к значительному ухудшению энергетических показателей каскада (рост напряжения питания и рассеиваемой мощности). Тогда можно попытаться применить радиатор для снижения температуры перехода или пересмотреть выбор режима работы транзистора. Не исключается также использование других схем стабилизации режима работы транзистора [1–6].

9. Определение низкочастотных
и высокочастотных параметров

транзисторов

Для расчета каскада импульсного усилителя на биполярном транзисторе необходимо знать четыре низкочастотных и три высокочастотных параметра транзистора. В данном разделе рассмотрены основные соотношения для расчета этих параметров.

В качестве низкочастотных параметров транзистора используется система из четырех g-параметров, которые определяются следующим образом:

, ;

, ,

где – входная проводимость; – проводимость обратной передачи; – проводимость прямой передачи (крутизна транзистора); – выходная проводимость; – ток базы; – ток коллектора; – напряжение коллектор–эмиттер; – напряжение база–эмиттер.

Для g-параметров транзистора выполняется условие . Поэтому малой величиной обратной проводимости обычно пренебрегают и принимают .

Входную и выходную проводимости транзистора ( и ) в заданной точке удобно определять по входным и выходным статическим вольт-амперным характеристикам (ВАХ) транзистора, взяв отношение соответствующих приращений токов и напряжений (рис. 9.1). Статические ВАХ транзистора можно найти в справочниках [11, 12] или рассчитать по его математической модели с помощью программы Micro Cap. Методика расчета ВАХ транзисторов, а также их g-параметров с использованием программы Micro Cap подробно изложена в [10].

Крутизну транзистора (параметр ) можно приближенно определить по формуле

.

Для определения g-параметров транзистора в заданной точке можно также воспользоваться справочными (см. табл. 8) значениями g-параметров, пересчитав их к нужному положению рабочей точки транзистора. В первом приближении g-параметры транзистора линейно зависят от величины коллекторного тока. Поэтому для пересчета их значений можно воспользоваться следующими формулами:

, , ,

где , и – справочные значения g-параметров, измеренные при токе коллектора, равном ; , и – значения g-параметров для тока . Следует помнить, что для мощных транзисторов линейное приближение зависимости параметра от тока коллектора, как правило, не работает. Поэтому для определения крутизны мощного транзистора следует использовать справочные зависимости параметра от тока коллектора или воспользоваться методикой расчета, приведенной в [10].

Характеристики

Список файлов книги