Elektronikawzad04

w Citfyński - ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Część I: Obliczanie punktów piacy przyrządów półprzewodnikowych

Napięcie zasilające Uzas jest przeważnie znacznie większe od spadku napięcia Uf na złączu krzemowym pn spolaryzowanym w kierunku przewodzenia. Przy prądach w zakresie od mikroamperów do części ampera Uy przyjmuje wartości rzędu 0,5V do 0,7V. Jeśli zatem przy Uzas = 15 V przyjmiemy Uf = 0,6 V, a rzeczywista wartość spadku napięcia na przewodzącej diodzie określona metodą graficzną na podstawie znajomości dokładnej charakterystyki statycznej diody może różnić się od przyjętej o 100 mV, oznacza to że przy obliczeniu wartości płynącego prądu

w Citfyński - ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Część I: Obliczanie punktów piacy przyrządów półprzewodnikowych

popełniamy błąd względny rzędu

a/,

i.

15.0- 0,7

15.0- 0,6

-I 100 % =0,7%

(WIJ}

(WI.H)

Przy polaryzacji diody (złącza pn) w kierunku zaporowym możemy na schemacie zastępczym układu uwzględnić tę diodę jako SPM równą prądowi nasycenia (prądowi nośników mniejszościowych) /, Wynika to z równania (W 1.5) w którym człon wykładniczy dla ujemnych wartości Uo szybko maleje do zera (wobec tego, że napięcie dyfuzyjne Ur=kT/q w temperaturze 300 K wynosi ok. 26 mV, już np. dla napięcia Uo = - 260 mV wyrażenie to ma wartość e ¹⁰ i na pewno może być zaniedbane wobec 1). Często prąd h mający przeważnie wartości w zakresie znacznie poniżej I pA jest w ogóle pomijany, czyli dioda spolaryzowana zaporowo jest w prezentowanych zadaniach traktowana jako przerwa w obwodzie.

Omówienia wymagają także przyjmowane w większości prezentowanych poniżej zadań uproszczenia dotyczące przebiegu charakterysty k wyjściowych tranzystorów. Na rysunku W 1.4 przedstawiono w charakterze przykładu zasilany napięciem U cc szeregowy obwód złożony z (liniowego) rezystora Re i (nieliniowego) tranzystora bipolarnego npn.

Rys. W 1.4. Proste obciążenia na charakterystykach wyjściowych tranzystora hipolamego npn w połączeniu ze wspólnym emiterem (WE)

Także tutaj punkt pracy P, określony tym razem przez wartości prądu kolektora i napięcia kolektor-emiter tranzystora znajdujemy jako przecięcie prostej obciążenia (dla której współrzędne punktów A i B przecięcia z osiami układu współrzędnych pokazano na rysunku) z nieliniową charakterystyką tranzystora. Ponieważ jednak tranzystor jest elementem sterowanym, którego charakterystyka zależy od wartości prądu bazy, to punkt pracy P przy zmianach wartości Ig może przemieszczać się po prostej obciążenia:

•    od położenia A’ dla Ib = 0 czyli dla przerwy w obwodzie bazy (punkt A jest nieosiągalny z tego powodu, żc tranzystor dla Ig = 0 nie stanowi idealnej przerwy i płynie przez niego mały prąd zerowy Iceo. a więc U er. różni się od napięcia zasilania Ucc o niewielki spadek napięcia Iceo• Re)

•    do położenia B’ odpowiadającego nasyceniu tranzystora (punkt B jest nieosiągalny 7 tego powodu, żc dla dużych wartości Ig tranzystor pracujący w stanie nasycenia nie stanowi idealnego zwarcia, występuje na nim pewne napięcie resztkowe Uce*. a zatem prąd kolektora jest nieco mniejszy od wartości Ucc/Re odpowiadającej zwarciu tranzystora.

Liniami przerywanymi narysowano proste obciążenia dla zwiększonej dwukrotnie wartości Re (obniża się wtedy położenie punktu B). oraz dla zwiększonej nieco wartości napięcia zasilającego Ucc (prosta przesuwa się równolegle, gdyż proporcjonalnie do zmiany Ucc przesuwają się obydwa punkty A i B).

Na podstawie rysunku można stwierdzić, żc zarówno wartość płynącego prądu lę (rzędna odpowiedniego punktu pracy P, PI lub P2) jak i wartości prądu zerowego Iceo (rzędna punktu pracy A’, lub odpowiadającego mu punktu na innych prostych obciążenia) i napięcia nasycenia Uce»(odcięta punktu pracy B\ lub odpowiadającego mu punktu na innych prostych obciążenia) zależą w pewnym stopniu od napięcia zasilającego Ucc i rezystancji Re-

Zależności te są jednak w rzeczywistości mniej wyraźne, niż wynikałoby z rysunku i dlatego w rozważanych w tej części zbioru zadaniach (w przypadkach gdy interesuje nas praca tranzystora w stanie aktywnym) zakładamy dla prostoty, żc:

•    spadek napięcia U be na przewodzącym złączu baza-cmiter nie zależy od prądu bazy ;

•    prąd kolektora jest określany podobnie jak w większości podręczników jako:

/c =P ■ la + Iceo , czyli zakłada się żc lc nie zależy od napięcia Uce [co odpowiada temu, żc charakterystyki lc = Ic(Uce) są dla kolejnych wartości prądu bazy Ig liniami prostymi biegnącymi poziomo], przy czym wzmocnienie prądowe w układzie wspólnego emitera ma wartość stałą, niezależną od punktu pracy (charakterystyki przejściowe tranzystora lc = lc(h) dla różnych wartości Uce pokrywają się i mają przebieg liniowy);

•    napięcie Uce, na nasyconym tranzystorze nie zależy od wartości prądu kolektora lc ani od prądu bazy Ig. Najczęściej przyjmujemy, żc granicą pomiędzy stanem aktywnym a stanem nasycenia tranzystora jest sytuacja gdy Ucb = 0, czyli Uce=Ure• W przypadku wzmacniaczy napięciowych, gdy chodzi nam o wyznaczenie maksymalnych amplitud nieznickszlałconego napięcia wyjściowego, możemy bardziej ostrożnie przyjmować większą wartość napięcia Uce,- W układach w których wykorzystuje się stan nasycenia tranzystora, np. w układach przełączających i logicznych możemy przyjmować wartości napięcia Uce> bliższe wartości rzeczywistych, rzędu nawet tylko kilkudziesięciu mi li woltów.