Elektronikawzad20

w. CiążyAaki - ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Cxę«< I Oblicnuńe punktów pracy \nyrufirm półprzewodnikowych

Zadanie 1.11

W układzie symetrycznego wzmacniacza

różnicowego z rysunku 1.11.1 należy

przyjąć, że:

-    tranzystory Tl. T2 i T3 są identyczne:

-    złącza baza-emiter tych tranzystorów spolaryzowane w kierunku przewodzenia można zastąpić spadkiem napięcia U be- 0.6 V, tzn. zależność spadku napięcia od prądu bazy można przedstawić jak na rysunku 1.11.2 linią pionową. Innymi słowy odpowiada to przyjęciu zerowej rezystancji dynamicznej obwodu baza-emiter;

-    współczynniki wzmocnienia prądowego tranzystorów Tl. T2 i T3 Pi = fh- Pi tranzystorów są na tyle duże, że można przyjąć hi = hz = hi = 0;

-    prądy /c tranzystorów w obszarze aktywnym nie zależą od napięcia Uce\

-    charakterystyka diody Zcncra ma przebieg pokazany na rysunku 1.11.3. Wynika z niej, że dla kierunku przewodzenia spadek napięcia na diodzie wynosi 0,8 V, a dla kierunku polaryzacji zaporowej dioda przebija się przy napięciu U? = 5,6 V. Dla uproszczenia zakłada

się. że rezystancja dynamiczna obydwu części charakterystyki jest równa zeru. a prąd zerowy diody dla napięć mniejszych od napięcia przebicia I, = 0.

Rys. 1.11.1

Dla Tl. T2 i T3:

P»>1 l*e ■ 0)

0.6    u„|V]

Kvs. 1.112

Dla diody Zenera

•W')

•5,67

yir.AJ

0.8 U₀JV1

Przy tych założeniach upraszczających należy:

Rys. 1.11.3

1.    obliczyć wartości rezystancji Ra i Ra odpowiadających największej amplitudzie niezniekszlałconej składowej zmiennej napięcia wyjściowego U*_ym w sytuacji, gdy wzmacniacz różnicowy musi dopuszczać wartości wejściowego napięcia wspólnego w zakresie ! Ecm\ £ 5 V;

2.    ocenić jak zmieni się największa nicznickształcona amplituda składowej zmiennej napięcia wyjściowego U^m, gdy przy dobranych powyżej wartościach rezystancji Ra i Ra każde z napięć zasilających wzmacniacz zostanie zmniejszone o 3 V (do wartości odpowiednio + 12 V i - 12 V).

Rozwiązanie

Ad L Dioda Zcncra umieszczona w obwodzie bazy tranzystora T3 jest spolaryzowana w kierunku zaporowym, a napięcie na diodzie i połączonym z nią szeregowo rezystorze Rn wynosi 15 V. Dioda pracuje więc w obszarze przebicia, spadek napięcia na niej wynosi U z - 5,6 V i płynie przez nią prąd: h = (15 V -5,6 V)/ 5 kH= 1.88 mA

Dla tranzystora T3 możemy napisać:

Uz = Ube + h Re

czyli: 1e=*Wz - Ł/ae) / /?e = (5.6 V - 0.6 V) / 5 kii = I mA, a potencjał emitera tranzystora T3 wynosi:

^ = -^ee+/e-/?e = -15V+ 1 mA - 5 kO = — 10 V W sytuacji gdy obydwa sygnały wejściowe E_t> i E_g2 są równe zeru (czyli Ecu = 0 V) potencjał połączonych ze sobą emiterów Tl i T2 wynosi - U be =-0.6 V, a więc napięcie UcE3 = 9.4 V i tranzystor T3 pracuje w stanie aktywnym. Po podłączeniu napięcia wspólnego Ecst napięcie Ucei będzie zmniejszało się zgodnie z zależnością:

Vce) - 9.4 V + Ecu    (1.11.1)

i przy Ecu = - 5 V wyniesie 4.4 V, a więc tranzystor przy największym ujemnym napięciu wspólnym pozostaje jeszcze w stanie aktywnym. Dodatnim wartościom Ecu towarzyszy zwiększanie się napięcia Uceh. które przy Ecu = + 5 V wyniesie 14.4 V l ak więc w całym zakresie dopuszczalnych wartości napięcia wspólnego Ecu część układu na tranzystorze T3 stanowi źródło prądowe wymuszające przepływ sumarycznego prądu 1 mA przez gałęzie na tranzystorach Tl i T2.

Jeśli tranzystory Tl i T2 są identyczne, to w sytuacji gdy obydwa sygnały wejściowe są jednakowe E_gt = E_g2 = Ecu prąd Icj = hu = I mA źródła prądowego rozpływa się równomiernie i w obwodzie każdego z emiterów płynie prąd hi = hz = 0,5 inA. Ten prąd w stanie równowagi wzmacniacza różnicowego musi wywoływać na rezystorze Ra taki spadek napięcia, żeby spoczynkowy potencjał Ua znajdował się w połowic zakresu zmienności potencjału tego punktu układu przy wysterowaniu wzmacniacza napięciem różnicowym.

Gdy przy odpowiednio dużym dodatnim napięciu E_gi (większym od E_g2) tranzystor Tl przejmie cały prąd źródła, tranzystor T2 wchodzi w stan odcięcia, tzn. lei- 0 a UcB2- 15 V (potencjał kolektora Uc = Ecc= 15 V). Przy odpowiednio dużym ujemnym napięciu E_gl, gdy tranzystor T2 przejmie cały prąd źródła a napięcie Ucr.2 osiągnie najmniejszą wartość, tranzystor ten nic może jeszcze znajdować się w nasyceniu, a co najwyżej może wtedy znajdować się na granicy stanu nasycenia.

Jeśli musimy uwzględnić dodatnie wartości napięcia wspólnego, to trzeba zauważyć, że powodują one przesunięcie potencjałów kolektorów w^r górę. Dla maksymalnej dopuszczalnej wartości Ecu = 5 V potencjał Ua na granicy stanu nasycenia wynosi 5 V (gdyż wtedy Uca = 0,6 V. czyli Ucb = 0 V). Tak więc optymalne wykorzystanie możliwego do uzyskania bez zniekształceń (a więc dla tranzystora w obszarze aktywnym) zakresu zmian potencjału kolektora od 15 V do 5V uzyskujemy dla takiego Rc , przy którym ta zmiana odpowiada zmianie prądu kolektora tranzystora T2 w zakresie od zera do pełnego prądu źródła. Stąd wynika, że optymalna rezystancja Ra = 10 V / 1 mA = 10 kii.

Ponieważ mamy do czynienia z wyjściem niesymetrycznym (tzn. pomiędzy jednym z kolektorów, a masą układu) rezystor Ra może być przyjęty dowolnie w zakresie od zera do 10 kii (nie zmienia to rozpływu prądów pomiędzy tranzystory Tl i T2, a zależny od tej rezystancji potencjał Ua jest tylko sygnałem wewnętrznym układu).

Sygnał wyjściowy na kolektorze T2 jest nałożony na składową stałą 10 V (Ecc czyli 15 V minus spadek napięcia na rezystancji Ra, który w stanie równowagi jest równy 1 kii • 0.5 mA = 5 V). Ta składowa stała odkłada się na kondensatorze sprzęgającym