трусики женские украина

На головну

 Статичний режим транзисторних підсилювальних каскадів - Комунікації і зв'язок

Активний компонент підсилювача (транзистор, операційний підсилювач, електронна лампа) для виконання тієї чи іншої функції повинен мати цілком певні координати статичного режиму: напруги на електродах, струми через висновки. Тут ми будемо аналізувати роботу активних компонентів тільки в лінійному режимі. Координати статичного режиму будуть задаватися за допомогою резисторів, стабилитронов, діодів, джерел ЕРС або струму, що підключаються до висновків активних компонентів; ці елементи називатимемо ланцюгами зсуву.

Параметри елементів ланцюгів зсуву повинні бути визначені на основі розрахунку, який виконується, як правило, на основі рішення системи рівнянь, складеної на основі першого і другого правил Кірхгофа.

Так, для схеми, наведеної на малюнку 1, справедлива наступна система рівнянь:

де UБ- потенціал бази транзистора; IK, IЕ- струми колектора і емітера транзистора відповідно; UКБ, UБЕ- різниця потенціалів між відповідними електродами.

Рис. 1. Схема встановлення статичного режиму біполярного транзистора

Друге рівняння системи (1) можна спростити, якщо виконується умова: IБ << UБ / Rб2, яке, по суті, означає, що струм бази пренебрежимо малий у порівнянні з струмом дільника Rб1, Rб2; тому першим доданком у правій частині другого рівняння системи (1) можна знехтувати.

Для сучасних кремнієвих транзисторів малої та середньої потужності можна вважати, що в активному режимі UБЕ »0,6?0,7 В, а інші параметри - будь-який струм або напруга, опору резисторів - можуть бути невідомими. На практиці найчастіше зустрічаються три основних ситуації.

1. Повністю відсутній або є мінімальна вихідна інформація про координати статичного режиму транзистора. Потрібно здійснити параметричний синтез схеми - розрахувати параметри ланцюга зміщення. Оскільки в цьому випадку система рівнянь (1) містить тільки невідомі величини, допустимо безліч її рішень. У цьому випадку необхідно задатися деякими параметрами елементів ланцюга зміщення і, керуючись інженерними міркуваннями, вибрати розумні координати статичного режиму транзистора.

По-перше, визначають положення робочої точки (РТ) на вхідний і вихідний характеристиках транзистора (рис. 2). Необхідно, щоб РТ (рис. 2а) лежала нижче кривої I = f (PК.МАКС) - так званої кривої рівної потужності; таким чином гарантується відсутність перевищення граничних експлуатаційних параметрів транзистора. Для цього необхідно провести навантажувальну пряму, що перетинає осі координат в точках ЕПІ ЕП / RКтак, щоб вона повністю лежала нижче кривої рівної потужності, і на ній вибрати положення РТ. По суті, навантажувальна пряма показує можливі координати робочої точки при обраному резисторі RКі напрузі ЕПпрі зміні опору проміжку колектор-емітер транзистора від нуля до нескінченності, тобто від режиму насичення до режиму відсічення.

По-друге, для малопотужних транзисторів рекомендується встановлювати типові значення параметрів струмів і напруг, що входять в систему (1.1): IК »1 мА; напруга живлення ЕП- зі стандартного ряду - 3; 4,5; 5; 6,3; 9; 15 [B] і т.д. Напруга колектор-емітер можна вибирати з умови:

UКЕ »(EП- IЕRЕ) / 2.

Рис. 2. Вихідні а) і вхідна б) характеристики біполярного транзистора

У цьому випадку можна забезпечити максимально можливу неспотвореного амплітуду сигналу на виході підсилювача в схемі з загальним емітером або із загальною базою. Якщо передбачається, що амплітуда сигналу на виході підсилювача буде мала (кілька десятків - сотень мілівольт), статичну напругу колектор-емітер повинно вибиратися з умови забезпечення активного режиму роботи транзистора (перехід колектор-база зміщений у зворотному напрямку).

2. Існує деяка вихідна інформація: частина координат статичного режиму задана, визначені номінали деяких резисторів. Природно, розрахунок ведеться з урахуванням заданих параметрів, а інші невідомі в системі (1) вибираються з тих же міркувань, що і в першому випадку. При цьому, можливо, доведеться використовувати декілька ітерацій для отримання раціональних значень невідомих величин.

3. Номінали ланцюгів зсуву задані, необхідно визначити координати статичного режиму. У цьому випадку знаходять в довіднику необхідну інформацію про параметри транзистора і проводять аналіз.

На практиці в різній РЕА застосовується досить велика кількість схем встановлення статичного режиму. Всім їм притаманні певні переваги і деякі недоліки. Найбільш поширені схеми завдання статичного режиму біполярних транзисторів наведені на малюнку 3, польових транзисторів - на малюнку 4.

Як приклад проведемо розрахунок статичного режиму схем рисунка 3. Використовуючи наведену методику, читач може самостійно, в якості вправи, розрахувати параметри елементів інших схем при деяких заданих умовах, а потім перевірити результат розрахунку в процесі моделювання.

При здійсненні параметричного синтезу схеми дуже часто виникає необхідність пошуку компромісу при виконанні іноді суперечливих умов. З одного боку, ланцюга зміщення споживають струм, не здійснює корисної роботи, що знижує ККД пристрою, часто і вхідний опір схеми. З іншого - зменшення струмів в ланцюгах зсуву, як правило, збільшує температурну нестабільність схеми через те, що температурно-залежні напруги і струми транзистора виявляються сумірні з струмами і напругами ланцюгів зсуву.

Так, для схеми малюнка 3а рівняння для завдання статичного режиму виглядає наступним чином:

, (2)

де b - коефіцієнт посилення струму бази транзистора VT1.

Така схема завдання статичного режиму (рис. 3а) підкуповує простотою, але найбільш істотний її недолік - залежність режиму від b транзистора. Наявність негативного зворотного зв'язку з колектора на базу через резистор RБнесколько зменшує нестабільність режиму, в тому числі і від зміни температури. Дійсно, якщо з якої-небудь причини струм колектора починає збільшуватися, росте падіння напруги на резистори RК, знижується потенціал колектора, зменшується струм через резистор RБ, тобто струм бази, що призводить в зменшення струму колектора; таким чином здійснюється в деякій мірі стабілізація режиму по постійному струму. Провести аналіз стабільності режиму схеми по постійному струму при впливі температури - досить складна і громіздка процедура. Температурні залежності b, напруги UБЕ, зворотного струму колектора IКБ.0вліяют на стабільність режиму досить складним чином, але, як правило, з ростом температури струм колектора зростає. Всі ці явища легко дослідити в процесі моделювання. (В кінці розділу будуть приведені контрольні питання, що стосуються температурної стабільності статичного режиму, правильність відповіді на які легко перевірити, спираючись на результати моделювання.)

Рис. 3. Способи завдання статичного режиму

Набагато кращими характеристиками стабільності статичного режиму володіє схема малюнка 3г. Розрахунок статичного режиму такої схеми зручно проводити в припущенні, що коефіцієнт посилення струму бази b >> 1, тобто струм дільника IД, що протікає через резистори R1 і R2, багато більше струму бази транзистора. Поставивши собі ЕП = 9 В, UЕ = 1 В, IК = 1 мА, UК = 4,5 В, UБЕ = 0,7 В, IК »IЕ, b = 65, з системи рівнянь (2) визначимо відсутні номінали елементів:

Вибравши опір резистора R2 = 6,5 кОм, знаходимо, що R1 »10 кому, RK = 3,2 кОм (при струмі подільника IД» 0,26 мА).

Цікаву можливість надає програма схемотехнічного моделювання для зіставлення характеристик двох і більше схем. Якщо створити вхідний файл одночасно для декількох схем, підключивши їх до одного джерела живлення, і глобальними вузлами зробити шини живлення і загальну шину, легко на одному графіку побачити результати моделювання тієї та іншої схеми.

Для ілюстрації результатів моделювання в якості транзистора використаний КТ316В (модель в Spice-бібліотеці має ім'я Q2T316B).

Для розрахунку статичного режиму можна використовувати директиву "Bias Point Detail". Тоді результати у вигляді таблиці будуть поміщені у вихідний файл Examine Output меню Analysis і координати статичного режиму - струмами в галузях або напруги у вузлах можна побачити на графіку схеми при натисканні піктограммиілів графічному редакторі Schematics (див. Розд. 10). Можна також задати варіацію напруги джерела живлення ЄПВ межах ± 10% і побачити результати при використанні постграфіческого процесора Probe. Температурні дослідження схем можна провести за допомогою вкладених циклів за директивою "DC Sweep", але краще, для більшої наочності, провести моделювання двічі - для варіації напруги живлення і для варіації температури.

Результати моделювання схем малюнків 3а і г наведені на рисунках 4 і 5. Стабільність схем при варіації напруги живлення приблизно однакова.

Рис. 4. Залежність зміни струму колектора і потенціалу колектора при зміні напруги живлення

Кірхгоф ток колектор напруга стабільність

При зміні температури навколишнього середовища стабільність схеми г вище, оскільки в ній діє ще один контур негативного зворотного зв'язку через резистор R е, а вплив температурного зміни струму IКБ.0ослаблено засчет наявності резистора R2 [3]. Взявши транзистор з іншим значенням b, можна переконатися, що і в цьому випадку статичний режим схеми малюнка 3г змінюється незначно, на відміну від схеми а. У цьому читачеві пропонується переконатися самостійно.

Досить просто провести оцінний розрахунок схеми одиночного каскаду при двополярного джерелі живлення (рис. 3б). Якщо знехтувати впливом струму бази транзистора, то струм колектора і струм емітера можна вважати рівними. Струм емітера задається за допомогою резистора RЕі джерела живлення Е2:

,

а вибір резистора RБможно рекомендувати з умови:

,

якщо немає інших обмежень.

Потенціал колектора в цьому випадку визначиться як:

(4)

Рис. 5. Залежність координат статичного режиму від температури

Як і в попередніх випадках, потенціал колектора вибирається так, щоб напруга між базою і колектором становило приблизно половину напруги живлення джерела Е1.

Для схеми малюнка 3в в першому наближенні можна вважати, що падіння напруги на діод VD1а струм бази пренебрежимо малий. Тоді колекторний струм визначається струмом емітера:

, (5)

а опір резисторів подільника має бути таким, щоб струм подільника був порівняємо з струмом колектора (для підвищення ККД схеми необхідно струм дільника вибирати якомога менше, якщо це не суперечить деяким іншим обмеженням). Потенціал колектора визначається аналогічно попередньому випадку (4).

Для каскодной схеми включення (рис. 3д) при двополярного харчуванні завдання визначення координат статичного режиму вирішується подібно варіанту малюнка 3б, оскільки струм колектора транзистора VT2 є струмом емітера транзистора VT1:

де-коефіцієнт передачі струму емітера i-го транзистора.

Потенціал бази транзистора VT1 визначається напругою стабілізації UСТстабілітрона VD1, а опір резистора R4 вибирається з умови:

,

де IС. Мін- мінімальний струм стабілізації стабілітрона.

Оціночний розрахунок статичного режиму многокаскадной схеми з безпосередніми зв'язками (рис. Третіми) проводиться наступним чином. Спочатку задаються напругою U вих (якщо воно не задано). Далі, нехтуючи впливом струмів баз, визначають потенціал колектора транзистора VT1:

Визначають струм колектора транзистора VT1:

і за відомим токовому співвідношенню - струм бази транзистора VT1 (для такого способу завдання статичного режиму необхідно знатьтранзістора VT1). Опір резистора R3 вибирається з умови:

.

Оскільки різниця потенціалів на резистори R2 фіксована напругою база-емітер транзистора VT3, струм колектора транзистора VT2 визначається таким чином:

Наведені співвідношення для кожної схеми малюнка дозволяють швидко і з достатнім ступенем точності визначити або координати статичного режиму (при заданих параметрах ланцюгів зсуву), або параметри елементів ланцюгів зсуву при відомих вузлових потенціалах і токах гілок. Переконатися в цьому читач зможе, провівши моделювання наведених схем. Навик, отриманий при розрахунку типових схем завдання статичного режиму, дозволить здійснювати аналіз і параметричний синтез та інших, більш складних схем, так як найважливіше при цьому - правильно визначити напрямки струмів у гілках і знак різниці потенціалів між вузлами.

Аналіз статичного режиму схем на польових транзисторах більш громіздкий, ніж на біполярних. Є істотні відмінності в розрахунку статичного режиму для схем на польових транзисторах з керуючим pn переходом і на польових транзисторах з ізольованим затвором. На малюнку 6 наведено узагальнені схеми завдання статичного режиму польового транзистора з керуючим pn переходом а, польового транзистора ізольованим затвором в і сток-затворна характеристика польового транзистора з керуючим pn переходом б.

Сток-затворна характеристика польового транзистора з керуючим pn переходом досить добре апроксимується квадратичною залежністю виду:

(6)

де IC.НАЧ- початковий струм стоку при UЗИ = 0;

UЗІ- поточне значення напруги затвор-витік;

UОТС- напруга відсічення струму стоку.

Розрахунок координат статичного режиму проводиться за умови, що струм затвора дорівнює нулю, тому напруга на затворі теж дорівнює нулю при будь-якому опорі резистора RЗ (тим не менш, резистор RЗнеобходім, це так зване опір витоку). Тому напруга затвор-витік можна визначити як:

UЗИ = ICRІ. (7)

Отримуємо рівняння, що зв'язує координати статичного режиму з параметрами елементів схеми:

. (8)

Визначення потенціалу стоку при відомому струмі стоку не повинно викликати в читача труднощів. Слід пам'ятати, що сімейство вихідних характеристик польового транзистора виглядає аналогічно біполярному, однак залишкова напруга польового транзистора малої потужності істотно вище, ніж у біполярного. Це звужує діапазон його активної роботи, і при однаковому з біполярним транзистором напрузі живлення максимальна Неспотворена амплітуда вихідної напруги буде менше у підсилювача на польовому транзисторі.

Польовий транзистор з ізольованим затвором і каналом збідненого типу має сток-затворну характеристику, аналогічну наведеній на рисунку 1.6б, з каналом збагаченого типу - близьку до лінійної і розміщену в першому квадранті системи координат (IС- UЗИ). Тому для першого випадку резистор R1 (рис. 6в) не потрібен, а для другого випадку за відомим напрузі затвора розраховується дільник R1-R2, причому резистори дільника можуть мати опір в кілька сотень кіло, тому що струм затвора практично відсутня.

Рис. 6. Способи завдання статичного режиму польових транзисторів а), в) і сток-затворна характеристика польового транзистора з керуючим pn переходом і каналом n-типу б)

Слід зазначити, що параметри польових транзисторів мають вельми великий розкид значень (до 100% і навіть більше), тому на практиці опору резисторів, які задають режим, часто підбирають в процесі налаштування схеми. При проведенні аналізу за допомогою програми моделювання рекомендується спочатку ознайомитися з параметрами моделі польового транзистора, що входить у відповідну бібліотеку, і тільки потім проводити розрахунок схеми.

Можна рекомендувати наступний порядок вивчення і дослідження способів завдання статичного режиму.

1. Вибрати відповідну схему і, керуючись інженерними міркуваннями, за допомогою відомих аналітичних виразів розрахувати параметри елементів схеми. Транзистор вибрати з Spice-бібліотеки програми. Результати розрахунків занести в таблицю.

2. Скласти креслення досліджуваної схеми за допомогою графічного редактора Schematics, звертаючи увагу на наступне. Прийняте напрямок струму в математичних моделях програми PSpice - від "+" до "-". Струм, втікає в транзистор, має позитивний знак, що випливає - негативний. Струм через діод протікає в напрямку від анода до катода. Зауважимо, що, якщо у процес складання опису схеми резистор буде підключений першим висновком до більш негативного потенціалу, струм через нього також буде мати негативний знак. Так як при відповіді на деякі питання необхідно визначити напрямки протікають струмів, наведене зауваження істотно, хоча на сам процес моделювання схеми не позначається.

3. Провести моделювання схеми, визначивши вузлові потенціали і струми гілок. Результати можна отримати як у вихідному файлі, так і на графіку постпроцесора Probe. Якщо результати будуть відрізнятися більш ніж на ± 10%, перевірте правильність розрахунків. Якщо розрахунки вірні, поясніть отримані розбіжності і за директивами завдання на моделювання Parametric підберіть необхідні номінали резисторів для забезпечення раціональних координат статичного режиму.

Найбільш часто зустрічаються помилки - неправильно вибрані абсолютні значення опорів при розрахунку їх відносини, а також помилки в порядках величин.

4. Проведіть моделювання за директивою "DC Sweep" при зміні температури. Зіставте результати моделювання різних схем, оцінюючи відносну температурну стабільність напруги або струму, вказуючи в меню "Add Trace" графічного постпроцесора Probe вираз dy (x) / y (x).

5. Оцініть зміна температурної стабільності для схем малюнків 1 і 3г при однакових струмах колекторів і напружених UК, змінюючи абсолютні значення опорів резисторів R1 і R2 в ланцюзі бази так, щоб потенціал колектора і струм колектив-тора залишалися незмінними. Поясніть вийшов результат і зробіть висновок.

6. Після закінчення моделювання дайте відповідь на питання для самоперевірки.

Бібліографічний список

1. Активні RC-фільтри на операційних підсилювачах / пер. з англ. ; під ред. Г.Н. Алексакова. - М.: Енергія, 1974. - 64 с. : Ил.

2. Алексенко, А.Г. Застосування прецизійних аналогових мікросхем / А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.І. Стародуб. - М.: Радио и связь, 1985. - 256 c.

3. Аналогові та цифрові інтегральні мікросхеми: довід. посібник / Н.А. Барканов [и др.]; під ред С.В. Якубовського. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Радио и связь, 1984. - 432 с. : Ил. - (Проектування РЕА на інтегральних мікросхемах).

4. Анісімов, В.І. Операційні підсилювачі з безпосереднім зв'язком каскадів / В.І. Анісімов, М.В. Капітонов, Ю.М. Соколов, М.М. Прокопенко. - Л.: Енергія, 1979. - 168 с. : Ил.

5. Джерела вторинного електроживлення / під ред. Ю.І. Конєва. - М.: Радио и связь, 1983. - 280 с., Іл. (Проектування РЕА на інтегральних мікросхемах).

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка