Elektronikawzad40

W. Cnźyński - ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Czttó 1: Obliczanie punktów pracy przyrządów półprzewodnikowych

Dla tranzystora Tl przy założeniu, że znajduje się on się w stanic aktywnym (założenie to zostanie później zweryfikowane) można teraz już napisać „równanie koła napięć" z którego łatwo można obliczyć prąd bazy, a następnie prąd kolektora:

■R,

(1.21.1) (1-21.2)

(1.21.3)

(1.21.4)

(1.21.5)

(1.21.6)

(1.21.7)

(1.21.8)

⁺ V*e\ ⁺ ^ei ‘ Re - 1 b\ *z, ⁺ U be} ⁺ (Pi ⁺ W si ' Re

gzi

-=10pA

3 V-0,6 V

/?_z,+(/J,+l)/?_c I20kn + 1001.2kn /_CI = A-/ci =99-10 łiA =0,99 mA Można już też obliczyć potencjały emitera i bazy tranzystora TI:

U_rA    +l)/_łn-/?*.=(99 + l)IOpAI.2kn = l,2V

U_n-U_n+U_m-\_t 2V + 0,6V = I.8V Zauważmy, że:

lei⁼ 0,99 mA = Jg2

co pozwala nam już obliczyć prąd bazy tranzystora T2:

Ib: = 1ei/(P2+I) = 0,99 mA / (98+1) = 10 *tA Tak więc potencjał bazy tranzystora T2 można wyznaczyć jako: ^ub2^=ezj-¹bi /?_Z2=5V-10pA100kfi = 4V

a potencjał punktu CI, w którym łączą się kolektor Tl i emiter T2 jako:

U_CI = U_n - U_aE1 = 4 V - 0,6 V = 3,4 V Okazuje się więc, źe tranzystor Tl rzeczywiście znajduje się w stanie aktywnym, gdyż jego prąd la = 0,99 mA. a napięcie kolektor-emiter wynosi:

U_CBl =U_cl~U_El = 3,4 V -1,2 V = 2,2 V    (1.21.9)

Teraz możemy już obliczyć prąd kolektora tranzystora T2 jako: l_C2 “ Pi ^fB2 = W■ 10 pA = 0,98 mA oraz potencjał w punkcie C2 jako:

^ua ^=Ecc-^jc2 /?_c=^15v-0,98mA 5kfi = 10,l ^v    (1.21.10)

i napięcie kolektor-emiter tranzystora T2 jako:

V_Cr.i = dci-U _R = 1°, 1^v—3,4 V = 6,7 V co potwierdza, że tranzystor T2 także pracuje w stanic aktywnym.

Ad 2. Przyłożenie poprzez kondensator sprzęgający C_wr napięcia wejściowego powoduje, że prąd bazy' tranzystora Tl oscyluje wokół stałej wartości 10 ^lA, co z kolei w-ymusza odpowiednie zmiany prądów lę i h obydwu tranzystorów w-okół ich wartości spoczynkowych w punktach pracy. Zastosowanie kondensatora Ce o dużej pojemności wsączonego równolegle do rezystancji Re powoduje, że pomimo zmian prądu Igi potencjał emitera Uei pozostaje stały (opisano ten mechanizm dokładniej w zadaniu 1.12). Zastosowanie kondensatora Cg o dużej pojemności włączonego pomiędzy bazę (B2) a masę powoduje, że pomimo zmian prądu 1b2 potencjał bazy' tranzystora T2 pozostaje stały. Ponieważ napięcia na przewodzących złączach emiterowych mogą zmieniać się tylko w zakresie kilkudziesięciu miliwoltów, to można powiedzieć, że tranzystor Tl pozostaje zawsze w stanie aktywnym. Aby określić amplitudę niezniekształconcgo napięcia wyjściowego wystarczy zatem prześledzenie zakresu zmian potencjału kolektora, przy których tranzystor T2 pozostaje w stanie aktywnym.

Spoczynkowy potencjał kolektora tranzystora T2 wynosi (jak to obliczono powyżej) 10,1 V. Potencjał bazy tranzystora T2 wynosi 4 V i nie zależy od wysterowania wzmacniacza ze względu na zastosowanie kondensatora C_B

Tak więc przy ujemnych wartościach chwilowych przemiennego sygnału wejściowego odpowiadających zmniejszeniu prądu la do zera, potencjał kolektora może wzrosnąć do wartości Eqc = 15 V, czyli o 4,9 V. Wynika z tego, że maksymalna dodatnia amplituda zmiennego napięcia wyjściowego (za kondensatorem sprzęgającym C_w-, ), przy której nie wystąpią jeszcze zniekształcenia wynosi 4,9 V.

Z kolei przy dodatnich wartościach chwilowych przemiennego sygnału wejściowego odpowiadających wzrostowi prądu la potencjał kolektora spada i jeśli wzrost la jest wystarczająco duży, tranzystor może wejść w stan nasycenia. Odpowiadałoby to obniżeniu się potencjału kolektora T2 do wartości:

U_Cs = Ua + Uce,=3,4 V + 0,6 V = 4,0 V    (1.21.11)

czyli o 6,1 V. Wynika z tego, że ujemna amplituda zmiennego napięcia wyjściowego (za kondensatorem sprzęgającym C_uv) przy której nie wystąpią jeszcze zniekształcenia może wynosić 6,1 V. Przy wybranej wartości Rc obydwie połówki sygnału wyjściowego pozostają zatem nicznickształcone w zakresie amplitud do 4,9 V, a przy próbie większego wysterowania zniekształcane będą najpierw górne (dodatnie) połówki sygnału wyjściowego w wyniku wchodzenia T2 w stan odcięcia.

Ad 3. Zwróćmy uwagę na fakt, że wartość Rc nie występuje w^r obliczeniach potencjałów na bazach tranzystorów', ani ich prądów w stanic aktywnym. Zmiana wartości Rc wpływa więc tylko na potencjał w punkcie C2, który teraz wyniesie:

U_C2 = Eęc - 1_C2 • /?_f: = 15 V -0,98mA 6kn = 9,!2V    (1.21.12)

i napięcie kolektor-emiter tranzystora T2 równe:

U ca = (/_C2 - (/_£2 = 9,12 V - 3,4 V = 5,72 V    (1.21.13)

co potwierdza, żc tranzystor T2 także teraz pracuje w stanic aktywnym.

Potencjał kolektora tranzystora T2 może wzrosnąć do wartości Ec.c = 15 V, czyli o 5,88 V, i obniżyć się do wartości 4,0 V czyli o 5,12 V. Obydwie połówki sygnału wyjściowego pozostają zatem niczniekształcone w zakresie amplitud do 5,12V. a przy próbie większego wysterowania zniekształcane będą najpierw dolne (ujemne) połówki sygnału. Zmiana okazała się korzystna, rezystor Rc = 6 kii jest bliższy wartości optymalnej Rc,_vt, którą można byłoby obliczyć jako:

r_c,-&^₌i^iy₌₅,_6kn

2 l_C2 2 0,98mA Przy takiej wartości Rc spoczynkowa wartość napięcia Ua = 9,5 V leży dokładnie w środku zakresu zmian odpowiadającego pracy tranzystora T2 w stanie aktywnym, a napięcie wyjściowe nic jest zniekształcone w zakresie amplitud do 5,5 V.

(1.21.14) ^{2 1}

1

jako źródło prądowe z. SPM równą 1 i taką samą, ale włączoną równolegle, rezystancją wewnętrzną /?, (ten sposób wybieramy racżej do żródęł dją którjtćłt uzyskujemy R. > A'*,),

prży cąip dhs danego ir$&k.zalężjuyść ponńędżj::^apięcient prądem

2

Rzeczywiste źródło zasilające (źródło sygnału) -- 2 sutnohy przedstawienia

Każde rzeczy wiste ziódló zaśiląjące (aie także źródło sygnału. siąję_: ^^ienpc): stosownie do potrzeb można w obw odzie z obciążeniem R; przedstawić: i)    ż^ó ^ięciowc z SliM równą £ i..Wręgową re^stancją ^ew-nętr^ą/?*

(ten sposób wybieramy raczej do źródeł, dla któr>ćh htainy R>< fti). albo '