Elektronikawzad68

W Ci^ński - ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Część 2: Analiza wpływu zmian temperatury na pra<ę układów półprzewodnikowych

Podstawiając uzyskany wynik do równania (W2.7) otrzymujemy zależność na przyrost prądu kolektora Ale, którą zgodnie z treścią zadania przyrównujemy do zera:

Al, = (/„ +    ) • A0 + (0 +1) • AI_cn + p y^MUn ~ ^2ac/°^ł-    ^2r

A/,

{

A/,

⁼ U,+Iaa)‘AP + tP

l + P — )

R + r )

P

[    2 (R

0 — tf + r

A/,

_CB0)Ap+(P + l)AI_CB0

A/J 3A(/„ - 2A(/

(Ih⁺¹oki)-

Warunkiem spełnienia ostatniej równości jest aby:

L

2

R + r = @--2

<'. + /«o)-A0 + (/J+ DA/,

)    2 (* +

2>AU _n-2AU

f*c

J3AU₀-2AU„) ^P{ 2 (R + r) j

2(/f + r)

• A7

Po podstawieniu danych liczbowych otrzymujemy: 100    ' 2,5 niV/K 40 K '

2 (lmA + 2pA)40-

R + r

50-

I00Q (2.75.4)

100 m V

101 -98pA (40 +10) mA Jest to drugie równanie tworzące wraz z (2.15.1) układ dwu równań o niewiadomych R i r. Rozwiązaniem są wartości rezystancji R = 97,5 Q oraz r=2,5Q, które zapewniają w temperaturze początkowej 25 °C założone wartości prądów' baz i dla których jednocześnie przy zmianach temperatury' w zakresie do 65 °C następuje koinpensacja temperaturowych zmian prądów kolektorów'. Wobec tego. że prąd zerowy fcao przy zmianach temperatury nic zmienia się liniowo (jak pozostałe wpływy) lecz wykładniczo, pełną kompensację uzyskuje się tylko dla temperatury końcowej zakresu (tzn. 65 °C). Prądy emiterów wykazują wtedy tylko małe zmiany, takie jak prądy baz AIe = Alp. Jak wynika z w^fartości wyliczonych w mianowniku wyrażenia (2.15.4) wpływ' zmian prądu zerowego AIcbo w rozpatrywanym przypadku jest czterokrotnie słabszy od liniowego składnika pochodzącego od Aft, a więc zmiany temperaturowe Ale są wyraźnie ograniczone w całym rozpatrywanym zakresie temperatur.

Ceną, jaką płacimy za kompensację jest spadek napięcia na rezystancji r = 2,5 Q włączonej do obwodu emitera każdego z tranzystorów, który przy wysterowaniu wzmacniacza napięciem zmiennym zmniejsza maksymalną możliwą do uzyskania amplitudę napięcia na obciążeniu Ri. Dla każdej z połów-ck wzmacnianego sygnału rezystancja r przewodzącego tranzystora (Tl dla dodatniej, a T2 dla ujemnej połówki sygnału zmiennego) okazuje się bowiem połączona szeregowo z rezystancją obciążenia. Rezystancja R powoduje także spadek napięcia przy przepływie prądu bazy, a więc wprowadza ograniczenie przy dużych prądach bazy, czyli przy małych rezystancjach obciążenia.

Zwróćmy jeszcze uwagę na fakt, że teoretycznie w analizowanym układzie kompensację można byłoby uzyskać włączając pomiędzy bazy tranzystorów tylko 2 a nie 3 diody i przyjmując r = R = 0. Jest to jednak przypadek bardzo wyidealizowany, w którym nie mamy żadnego wpływu na prądy baz płynące przy wystąpieniu jakichkolwiek różnic pomiędzy napięciami na rzeczywistych diodach i złączach baza-cmiter tranzystorów, oraz różnic w ich zachowaniu się przy zmianach temperatury'.

Zadanie 2.16

Dla pokazanego na rysunku 2.I6.I symetrycznego różnicowego wzmacniacza prądu stałego z dwoma identycznymi tranzystorami Tl i T2 mamy następujące dane w temperaturze odniesienia To = 25 °C:

- złącza baza-emiter tranzystorów spolaryzowane w kierunku przewodzenia można zastąpić spadkiem napięcia U be = 0,5 V (tzn. rezystancje dynamiczne złącz baza-emiter można przyjąć jako równe zeru);

prądy zerowe lato tranzystorów równe po l nA;

współczynnik wzmocnienia prądowego dla każdego z tranzystorów wynosi P = 99.

Przy wzroście temperatury otoczenia o 30 "C można przyjąć:

-    przyrost wzmocnienia prądowego każdego z tranzystorów równy Ap = 30; przyrost prądu zerowego każdego z tranzystorów równy AIcbo = 15 nA;

-    współczynnik temperaturowy napięcia U be równy f.be = - 2,5 mV / °C;

-    względny współczynnik temperaturowy źródła prądowego w obwodzie emiterów

równy —=2-10^-3/°C.

[•AT

Przy tych założeniach należy obliczyć:

1.    wartość niesymetrycznego napięcia wyjściowego Uwy w stanie równowagi wzmacniacza, tzn. dla E_?i = E_g2 = 0 w temperaturze Tq\

2.    zmianę tego napięcia odpowiadającą przyrostowi temperatury' otoczenia o 30 °C.

Rozwiązanie 1

Ad 1. Jeśli tranzystory TI i T2 są identyczne, to w sytuacji gdy obydwa sygnały wejściowe E_gt i E_s? są równe zeru prąd / = 200 pA umieszczonego w obwodzie emiterów tych tranzystorów źródła prądowego rozpływa się równomiernie i przez emiter każdego z tranzystorów płynie prąd Iei = If.i = Vt / czyli 100 pA.

Jak wiemy:

l. = (P + !)(/.+/«)

czyli znając prąd emitera i prąd zerowy możemy obliczyć pfąd bazy każdego z tranzystorów jako:

200 pA

1 n A = 999 nA

'    2(P +1)    ^ 2(99 + 1)

Prądy kolektorów wynoszą wtedy:

l_c = p-l. + (fi +1    =L-±-_{[ +} 1_ck = 20|mA _|2_ ₊, _nA_₉₉^ (2.,₆.1)

a poszukiw'ane napięcie wejściowe w stanic równowagi wzmacniacza możemy obliczyć jako: