Elektronikawzad31

W. Olszyński PlFiKTRONlKA W 2ADAMACII

Część 1: Obliczanie punktów pr*ey przyrządów półprzewodnikowych

W. Olszyński PlFiKTRONlKA W 2ADAMACII

Część 1: Obliczanie punktów pr*ey przyrządów półprzewodnikowych

Zadani© 1.16

Dla pokazanego na rysunku 1.16.1 układu sterowanego napięciem źródła prądowego z parą komplementarną tranzystorów Tl (pnp) i T2 (npn) o idealnie symetrycznych charakterystykach należy:

1.    wyznaczyć zakres napięć wejściowych Uwf, dla którego obydwa tranzystor)' mogą znajdować się w stanie aktywnym:

2.    dla wyznaczonego powyżej zakresu Uwe podać zakres wartości rezystancji obciążenia Rt, dla którego obydwa tranzystor)' pracują w' stanie aktywnym;

3.    wykreślić charakterystykę przejściową Iwy — 1 (Uwe) dla napięć | Uwe15 20 V.

Zakładamy, że:

-    napięcie w stanic nasycenia dla każdego z tranzystorów' wynosi | Ucei I = 0,7V i nie zależy od wartości prądu Ic\

Rys. 1.16.2

-    złącze baza-emiter każdego z tranzystorów znajdującego się w stanie aktywnym można zastąpić spadkiem napięcia I Un-1 = 0,7 V niezależnym od wartości prądu bazy;

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

-    współczynnik w^rzmocnienia prądowego każdego z tranzystorów' /J » I, co pozwala w obliczeniach pomijać wartości prądów baz tranzystorów (zakładać Ig = 0).

Rozwiązanie

Ad 1. Dla Uwe ~ 0 (jeśli możemy pominąć prądy baz tranzystorów), na rezystorze R w każdym z dzielników rezystancyjnych R-3R występuje napięcie równe jednej czwartej napięcia zasilającego

Ur = ‘A E_CC = 5 V    (1.16.1)

a więc potencjały baz tranzystorów Tl i T2 wynoszą odpowiednio Unt = + 15 V, oraz U_B2 = - 15V. Dla każdego z tranzystorów możemy napisać:

Ur =1f.Re+ \Ube\

(1.16.2)

(1.16.3)

czyli

Ie^UIr-WreD/Re

Po podstawieniu wartości liczbowych daje to:

Je = (5 V -0.7 V)/ 1 kl2 = 4,3mA

Gdyby układ na tranzystorze T1 pracował oddzielnie na obciążenie Rr. jak to pokazano na rysunku 1.16.2, to wtedy do obciążenia R_L wpływałby prąd la = If.i = 43 mA, niezależnie od wartości Rr. zmieniającej się w zakresie od zera do pewnej wartości maksymalnej Ri.m*x przy której tranz)'stor Tl w-chodziłby w nasycenie. Tak więc ten fragment układu stanowi źródło prądu wpływającego do rezystancji obciążenia /?*..

Rys. 1.16.3

Podobnie, gdyby układ na tranzystorze T2 pracował oddzielnie na obciążenie Rt_ jak to pokazano na rysunku 1.16.3, to z potencjału masy przez /?/. do tranzystora T2 wpływałby prąd lęz - If2= 4,3 mA, niezależny od wartości R_t. zmieniającej się w tym samym zakresie. W tematowym układzie każde źródło prądowe stanowi obciążenie dla tego drugiego i prąd 4,3 mA wypływający z górnego źródła jest pochłaniany przez dolne źródło**, a wobec równości prądów lęi = Ic2 prąd obciążenia Iwy = 0, a zatem U wy = 0. Dla idealnej symetrii układu tego stanu równowagi nie zakłóciłoby nawet odłączenie rezystancji obciążenia Ri (czyli przyjęcie R_t. = •»).

Przyłożeniu dodatniego napięcia Uwe odpowiada zmniejszenie różnicy napięć na górnym dzielniku rezystancyjnym R-3R, czyli zmniejszenie napięcia Ur dla górnego źródła prądowego na tranzystorze Tl od wartości 'A Ecc do wartości 'A (Ecc - UwfJ « odpowiednie zmniejszenie wartości prądu la■ Napięcie Ur dla dolnego źródła prądowego na tranzystorze T2 zwiększa się od wartości ’A Ecc do wartości ^lA(Ecc+ Uwe) • następuje odpowiednie zwiększenie wartości prądu la■ Aby suma prądów w węźle wyjściowym mogła być równa zeru. przez obciążenie Ri musi wtedy płynąć różnica prądów Iwy = la - Ic2■ Przy oznaczeniach jak na rysunku prąd Iwy ma znak ujemny. Przyłożeniu ujemnego napięcia Uwe odpowiadają zmiany od położenia równowagi zachodzące w przeciwnym kierunku, czyli kierunek prądu Iwr (znak różnicy prądów la - lei) jest dodatni.

Omówione powyżej zjawiska można opisać następującymi zależnościami:

y,,-(^£“ ^u” u„,)' ° 4 Rs	(1.16.4)
E^+Ł',,,, 1 C2 4 ^BE RE	(1.16.5)
I-I I ~ ~^UwE»> a ci 2Re	(1.16.6)

Zależności te obowiązują w zakresie zmian Uwe, w którym obydwa tranzystory znajdują się w stanie aktywnym. Przy dodatnich Uwe granicą stanu aktywnego dla tranzystora Tl będzie sytuacja, gdy napięcie wejściowe wzrośnie na tyle, że Ur zmniejszy się do 0,7V. Wtedy Iei • Re = 0, prąd la spada do zera i tranzystor Tl wchodzi w stan odcięcia. Tak więc :

Ur - V* (Ecc - UwEmax) = U be = 0,7 V    czyli

U WE nu* = E_cc - ⁴ u BE = 20 V - 2.8 V = 17,2 V    (U6.7)

Analogicznie, gdy Uwe spadnie poniżej Uwe min = - Ecc + 4 U be = - 17,2 V, do zera obniży się prąd la i w stan odcięcia wejdzie tranzystor T2. Podsumowując rozważania w tym punkcie możemy powiedzieć, że przy małych wartościach ’’ W literaturze anglojęzycznej rozró2nia się termin „curreni source" (określający źródło prądu wypływającego) i termin „curreni sink" (określający źródło prądu pochłanianego).