Обеспечение исходного режима работы транзисторов
Основные способы осуществления исходного режима транзистора. Изменение выходного тока вызванные факторами, действующими при колебаниях температуры окружающей среды. Стабилизация исходного режима. Принципиальная схема каскада с коллекторной стабилизацией.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 27.06.2015 |
Размер файла | 233,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Обеспечение исходного режима работы транзисторов
1. Основные способы осуществления исходного режима транзистора
Исходный режим транзистора характеризуется напряжением питания коллекторной цепи Ек, исходным коллекторным током Iк0, напряжением смещения базы Uбэ0 (Ебэ0) и исходным током базы Iб0.
Напряжение Ек подается от источника питания непосредственно или через развязывающий фильтр. В пределах рабочей области характеристик оно не оказывает существенного влияния на величину исходного коллекторного тока Iк0, которая определяется, в основном, напряжением смещения Uб0 и соответствующим исходным током базы Iб0 (рис. 4.4).
Требуемый исходный режим цепи базы целесообразно осуществлять за счет источника питания коллекторной цепи, так при этом можно обойтись одним общим источником питания каскада. При этом основными способами осуществления смещения базы являются: а) смещение фиксированным током базы; б) смещение фиксированным напряжением базы.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Схема смещения фиксированным током базы приведена для включения ОЭ на рис. 1. Смещение осуществляется здесь посредством резистора R0, образующего для постоянного тока цепь R0 и сопротивление участка база - эмиттер (rбэ0). При этом ток базы
, (1)
транзистор ток стабилизация
где Uб0 - напряжение смещения, создаваемое током Iб0 на сопротивлении база - эмиттер rбэ0 постоянному току. Так как Uбэ0 << Ек, то , т.е. ток базы Iб0 действительно является фиксированным, поскольку он практически не зависит от параметров транзистора.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Схема смещения фиксированным напряжением приведена на рис. 2. Из схемы видно, что в данном случае смешение осуществляется посредством делителя Ra, Rb. При этом
; (2)
. (3)
Так как ток делителя Iдел выбирается значительно большим, чем ток базы Iб0, то
. (4)
Решая (4) и (2) относительно Uбэ0, находим
, (5)
т.е. напряжение Uбэ0 действительно является фиксированным, поскольку оно практически не зависит от параметров транзистора.
2. Дестабилизирующие факторы
Смещение фиксированным напряжением или током в своем чистом виде мало пригодно для использования в серийной аппаратуре, т.к. при изменении температуры окружающей среды, питающего напряжения или при замене транзистора выбранный исходный режим его работы может существенно нарушаться.
Сильное влияние оказывают изменения температуры, что объясняется значительной температурной зависимостью параметров транзистора. Известно, что при повышении температуры выходной ток транзистора увеличивается, а при понижении - уменьшается. Так как изменения температуры окружающей среды происходят весьма медленно, они вызывают изменения исходного постоянного тока и приложенного к транзистору напряжения, что может привести к уменьшению усиления и большим нелинейным искажениям.
Сказанное поясняется рис. 3, на котором представлено положение исходной рабочей точки (р.т.) каскада ОЭ для значений Iк0 и Uкэ0, относящихся соответственно к номинальной температуре t0 (рис.3, а), минимальной tmin < t0 (рис.3, б) и температуре tmax > t0 (рис. 3, в). При этом предполагается, что во всех случаях Ек = const, Rк =const, Iб0 = const. Очевидно, что при тех же пределах изменения входного тока iб в случаях, соответствующих рис. 3, б и в, должны возникать значительные нелинейные искажения из-за отсечки коллекторного тока (рис. 3, б) или коллекторного напряжения (рис. 3, в).
Кроме того, увеличение коллекторного тока при повышении температуры может получить лавинообразный характер, т.к. увеличение тока сопровождается дальнейшим повышением температуры. При этом коллекторный ток превышает допустимое значение и транзистор выходит из строя.
Из сказанного следует, что для стабилизации выходного тока необходимо изменять по определенному закону в зависимости от температуры параметры Iб0 и Uбэ0.
Независимо от схемы включения транзистора (ОБ, ОЭ, ОК) мерой температурной нестабильности его исходного режима является степень изменения выходного тока.
Изменение выходного тока вызывается следующими основными факторами, действующими при колебаниях температуры окружающей среды:
а) изменение начального (теплового) тока коллектора Iкн;
б) изменение падения напряжения на эмиттерном p-n - переходе Uэ;
в) изменение коэффициента усиления по току и .
Указанные дестабилизирующие факторы могут быть определены следующим образом. Начальный коллекторный ток Iкн при температуре t, обусловленный, в основном, концентрацией неосновных носителей, может быть определен для германиевых транзисторов из выражения
(6а)
для кремниевого транзистора
. (6б)
Эти выражения получаются на основе решения диффузионного уравнения полупроводникового диода [1]. Из приведенных выражений видно, что ток Iкн удваивается (для германиевых транзисторов) или утраивается (для кремниевых) при повышении температуры на каждые десять градусов. Для кремниевых транзисторов величина Iкн значительно меньше, чем для германиевых.
При прохождении тока через эмиттерный p-n - переход на его границах устанавливается разность потенциалов Uэ (потенциальный барьер), определяемая соотношением граничных концентраций носителей тока. Эта разность потенциалов препятствует прохождению тока, поэтому она может рассматриваться как падение напряжения на эмиттерном p-n - переходе.
Может быть показано [1], что величина Uэ падает по мере повышения температуры, причем ее изменение происходит приблизительно пропорционально температуре, составляя как для германиевых, так и для кремниевых транзисторов около 2,0…2,5 мВ/град.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Таким образом, в соответствии с [1], температурное изменение напряжения на эмиттерном p-n - переходе
Uэ = (2,0…2,5)10-3t В. (7)
Коэффициент усиления по току значительно увеличивается при повышении температуры, в основном, вследствие увеличения времени жизни неосновных р носителей тока. Соответственно увеличивается и коэффициент усиления
Экспериментально полученные зависимости = F(t) для транзисторов различных типов приводятся в справочниках. Из этих данных следует, что величина / имеет порядок 0,01…0,03 на 1С .
3. Стабилизация исходного режима
При увеличении температуры окружающей среды в первую очередь увеличивается неуправляемый начальный ток коллекторной цепи Iкн. Этот ток, небольшой по абсолютной величине, вызывает значительные изменения (увеличение) тока коллектора в прямом направлении, и, если не предусмотреть никаких мер, то коэффициент нестабильности, представляющий собой в общем виде
,
будет иметь значительную величину, что приведет к лавинообразному процессу роста выходного тока и выходу транзистора из строя. Чтобы этого не произошло, в аналоговой аппаратуре предусмотрена стабилизация исходного режима транзистора.
Стабилизация может осуществляться как за счет линейной отрицательной обратной связи, так и за счет нелинейных цепей, компенсирующих изменение выходного тока, вызываемое дестабилизирующими факторами.
Основными схемами линейной стабилизации являются коллекторная и эмиттерная.
4. Коллекторная стабилизация
Принципиальная схема каскада с коллекторной стабилизацией для включения ОЭ приведена на рис. 4.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Из рис. 4 видно, что коллекторная стабилизация может быть получена на основе схемы смещения фиксированным током базы (рис. 1) посредством переключения резистора R0 с вывода источника питания на коллектор транзистора. Этим достигается зависимость тока в цепи R0 от величины исходного эмиттерного тока, поскольку потенциал коллектора относительно общей точки Uкэ0 = Ек - Iэ0Rк. в соответствии с [1], коэффициент нестабильности
. (8)
Из выражения (8) ясно, что наименьшее значение коэффициент нестабильности будет иметь, если сопротивление коллекторной цепи по постоянному току велико. Идеальный случай, когда S = 1, т.е. Rк , см. выражение (8). Но часто оказывается, что R0 >> Rк и тогда коэффициент
нестабильности получается близким к величине
что соответствует нестабилизированному каскаду, т.к. при = 0,98…0,99 S имеет значения десятков и сотен единиц.
Таким образом, практические пределы уменьшения коэффициента нестабильности S при использовании коллекторной стабилизации крайне ограничены. К тому же в схеме ОЭ применение коллекторной стабилизации приводит к появлению параллельной отрицательной обратной связи по отношению к току базы и для переменного тока, что снижает усиление и входное сопротивление каскада. Обратная связь по переменному току может быть исключена, но это усложняет схему (деление R0 на две части и включение конденсатора между точкой их соединения и землей).
5. Эмиттерная стабилизация
Схема эмиттерной стабилизации для включения ОЭ приведена на рис.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Как видим, схема эмиттерной стабилизации получена на основе схемы смещения фиксированным напряжением базы (рис. 2). Благодаря делителю напряжение URb на резисторе Rb не изменяется, поскольку не зависит от параметров транзистора. Как упоминалось в 1, при увеличении температуры увеличивается выходной ток, и, следовательно, возрастает падение напряжения URэ на резисторе Rэ, включенном в цепь эмиттера. Это означает, что напряжение смещения на базе Uбэ0 уменьшается, поскольку
Uбэ0 = URb - URэ
Последнее обстоятельство приводит к тому, что ток через транзистор уменьшается, и рабочая точка стремится вернуться в исходное состояние (см. рис. 3, а и б). Таким образом, элементами эмиттерной стабилизации являются резисторы Ra, Rb и Rэ. Коэффициент нестабильности выразится как
. (9)
Из (9) следует, что для улучшения стабилизации сопротивления делителя следует выбирать по возможности малыми. Однако уменьшение Ra и Rb ограничивается возрастанием постоянного тока, потребляемого делителем от источника питания, а также - снижением входного сопротивления каскада. Из (9) также следует, что для уменьшения коэффициента нестабильности нужно увеличивать сопротивление резистора Rэ. Но величина Rэ определяется выбором исходного режима транзистора и не может быть увеличена больше, чем это диктуется выбранным режимом работы транзистора по постоянному току. Компромиссным решением является выбор коэффициента нестабильности в пределах S = 3…7, а уже на основе заданного (выбранного) S делается расчет делителя в цепи базы.
Конденсатор Сэ (рис. 5), включенный параллельно Rэ, ставится для исключения внешней отрицательной обратной связи для переменного тока, снижающей коэффициент усиления каскада, и никакого отношения к стабилизации исходного режима работы не имеет.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Графоаналитическое исследование режима работы в классе A. Определение параметров транзисторного усилительного каскада в схеме с общим эмиттером, с одним питанием, с автоматическим смещением и с эмиттерной температурой стабилизацией рабочего режима.
задача [795,6 K], добавлен 18.11.2013Расчет каскада транзисторного усилителя напряжения, разработка его принципиальной схемы. Коэффициент усиления каскада по напряжению. Определение амплитуды тока коллектора транзистора и значения сопротивления. Выбор типа транзистора и режима его работы.
контрольная работа [843,5 K], добавлен 25.04.2013Разработка математической модели сети, основанной на определении ее параметров. Анализ исходного рабочего режима сети, экономичного режима работы до и после подключения нового присоединения. Исследование переходных процессов в линии нового присоединения.
курсовая работа [856,2 K], добавлен 23.06.2014Методика учета потерь на корону. Зависимость потерь на корону от напряжения для линии электропередачи при заданных метеоусловиях. Расчет и анализ исходного режима без учета короны. Схемы устройств регулирования напряжения в электрических сетях.
дипломная работа [7,7 M], добавлен 18.03.2013Общие технические характеристики используемого транзистора, схема цепи питания и стабилизации режима работы. Построение нагрузочной прямой по постоянному току. Расчет параметров элементов схемы замещения. Анализ и оценка нелинейных искажений каскада.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 27.12.2013Расчёт исходного и экономического режимов работы участка электроснабжения региональной энергосистемы. Определение параметров сети относительно точки присоединения. Расчёт параметров линии присоединения и её режима работы. Расчёт переходных процессов.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 03.09.2012Расчёт механики проводов воздушной линии электропередач, исходного режима работы провода. Подбор изоляторов и длины подвесной гирлянды. Проектирование механического привода. Расчет конической передачи. Определение усилий, действующих в зацеплении.
дипломная работа [836,1 K], добавлен 20.05.2011Учет явлений переходных процессов на примере развития электромашиностроения. Определение параметров схемы замещения, расчёт исходного установившегося режима. Расчёт устойчивости узла нагрузки, статической и динамической устойчивости (по правилу площадей).
курсовая работа [843,6 K], добавлен 28.08.2009Расчет теплового режима блока в герметичном корпусе с внутренним перемешиванием. Средняя скорость перемешивания воздуха в блоке. Коэффициенты, зависящие от атмосферного давления окружающей среды. Определение перегрева нагретой зоны и удельной мощности.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 26.02.2015Назначение и параметры электронных ключей. Диодные, транзисторные ключи. Временные диаграммы тока и выходного напряжения идеального ключа. Схема и характеристики режима работы ключа на биполярном транзисторе. Время переключения ключей на транзисторах.
лекция [41,5 K], добавлен 22.09.2008