Elektronikawzad24

W Ciąłyńdri Kt-EKTROMKA W ZADAN1ACII

Czętó I Obliczanie panktów pf*cy przyrządów pólpcrewodnikowych

Zadanie 1.13

O *15V

Rys. 1.13.1

Dla pokazanego na rysunku 1.13.1 układu wzmacniacza z parą komplementarną tranzystorów Tl (npn) i T2 (pnp) o idealnie symetrycznych charakterystykach należ)':

1.    wykreślić charakterystykę przejściową Uwr= i(Uwe) dla napięć | Uwe\* 15 V;

2.    narysować przebiegi czasowe sygnału wyjściowego u_n, przy pobudzeniu układu sygnałem sinusoidalnym u_w o częstotliwości 1 kHz i amplitudach kolejno równych 0,5 V; 2 V i 10 V;

3.    obliczyć w jakim zakresie mogłaby w powyższym układzie zmieniać się wartość rezystancji obciążenia Ru jeśli maksymalna dopuszczalna

wartość chwilowa prądu kolektora /c™ każdego z tranzystorów wynosi 2 A. Zakładamy, że:

-    napięcie w stanie nasycenia dla każdego z tranzystorów wynosi I Uces 1= 0,6 V i nie zależ)' od wartości prądu

-    złącze baza-emiter każdego z tranzystorów znajdującego się w stanie aktywnym można zastąpić spadkiem napięcia I Ube I = 0,6 V niezależnym od wartości prądu bazy;

-    prąd wsteczny złącza baza-emiter każdego z tranzystorów spolaryzowanego w kierunku zaporowym jest bardzo mały i może być pominięty;

-    prądy zerowe Iceo obydwu tranzystorów są bardzo małe, możliwe do pominięcia;

-    współczynnik wzmocnienia prądowego p - 100 dla każdego z tranzystorów.

Rozwiązanie

Ad 1. Zauważmy przede wszystkim, że złącza baza-emiter obydwu tranzystorów są połączone równolegle. Dla Uwe = 0 mamy także U wy = 0, obydwie diody baza-emiter są spolaryzowane napięciem Ube = 0, tranzystory znajdują się w stanie odcięcia, a obydwa napięcia Uc.e są równe 15 V. W układzie nie płyną żadne prądy.

Jeśli teraz zmienimy napięcie Uwe na dodatnie, np. równe 0,5 V, będzie to oznaczać zmianę potencjału połączonych ze sobą baz w kierunku odpowiadającym przewodzeniu tranzystora Tl (tranzystor typu npn, baza o charakterze półprzewodnika typu p spolaryzowana napięciem dodatnim). W rzeczywistym tranzystorze mógłby się już pojawić pewien mały prąd bazy Ibi- Przy wykorzystaniu do analizy uproszczonej charakterystyki złącza baza-emiter graniczną wartością jest 0.6 V. Prąd bazy pojawia się dopiero po przekroczeniu tej wartości, a napięcie wejściowe jest równe różnicy napięcia wejściowego i spadku napięcia Ube (przy podanych założeniach równego 0,6 V niezależnie od wartości prądu bazy). Tak więc: dla Uwe >0,6 V mamy Uw = Uwe - 0,6 V    (1.13.1)

Odpowiada temu pobieranie energii ze źródła dodatniego źródła zasilającego + Eęc poprzez tranzystor Tl i przepływ przez obciążenie R(. prądu emitera If.i = Uwy/ Re> podczas gdy źródło sygnału Uwe jest obciążane wielokrotnie mniejszym prądem bazy hi = hi/(P+l)‘ Dla maksymalnego napięcia Uwe = 15 V napięcie Uwy = 14,4 V i tranzystor Tl znajduje się na granicy stanu nasycenia, gdyż Ucei spada wtedy do wartości 0,6 V.

Spójrzmy jednak czy usprawiedliwione jest to, źe nie zajmujemy się w ogóle tranzystorem T2. Napięcie 0,6 V polaryzujące bazę (obszar typu p) tranzystora Tl (typu npn) w kierunku przewodzenia, dla tranzystora T2 typu pnp oznacza polaryzację bazy (obszar typu n) w kierunku zaporowym. Prąd Ib2 nie płynie i tranzystor T2 może dla dodatnich Uwe być całkowicie pominięty.

Jeśli teraz podamy ujemne napięcie Uwe» będzie to oznaczać zmianę w kierunku odpowiadającym przewodzeniu tranzystora T2 (typu pnp). Przy wykorzystaniu do analizy uproszczonej charakterystyki złącza baza emiter graniczną wartością jest napięcie - 0,6 V. Prąd bazy pojawia się dopiero po przekroczeniu tej wartości, a napięcie wyjściowe jest równe różnicy napięcia wejściowego i spadku napięcia Ube (przy podanych założeniach równego 0,6 V niezależnie od wartości prądu bazy). Tak więc:

Uwy=Uwe +0,6\    (1.13.2)

dla Uwe < - 0,6 V mamy Odpowiada temu pobieranie energii ze źródła ujemnego napięcia zasilającego - Ecc poprzez tranzystor T2 i przepły w przez obciążenie R_L prądu emitera /« = - Uwy/ Rl, podczas gdy do źródła sygnału Uwe wpływa wielokrotnie mniejszy prąd bazy tranzystora T2 równy:

ln = Ist/(P+I)

Dla maksymalnego ujemnego napięcia Uwe = - 15 V napięcie Uwy = - 14.4 V i tranzystor T2 znajduje się na granicy stanu nasycenia, gdyż Uce2 spada wtedy do wartości - 0.6 V.

Z powyższej analizy wynika, że dla napięć wejściowych w zakresie - 0,6 V < U we i 0.6 V mamy Uwy=0. Wykres podsumowujący przytoczone rozumowanie pokazuje rysunek 1.13.2.

Ad 2. Pożądane przebiegi czasowe otrzymujemy przyjmując kolejno sygnały wejściowe o podanej amplitudzie i rzutując jc poprzez charakterystykę uzyskaną w punkcie 1. Wyniki pokazano także na rysunku 1.13.2. Napięcia wejściowe o amplitudach mniejszych od 0,6 V w ogóle nic przechodzą na wyjście wzmacniacza. Dla przebiegów o wyższych amplitudach przez czas gdy napięcie wejściowe przybiera wartości pomiędzy poziomami - 0,6 V a + 0,6 V prąd przez Ri. nic płynie, a więc napięcie wyjściowe jest równe zeru. Pozostałe fragmenty przebiegu są na wyjściu zmniejszane o 0,6 V. Jak widać, przebiegi są zniekształcone (lego typu zniekształcenia nazywamy zniekształceniami skrośnymi), przy czym zniekształcenia