Elektronikawzad51

W. r.i**ymki - ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Częii 2: Analirn wpływu zmian temperatury na pratcc układów półprzewodnikowych

lc = P-la+<P+ 1)Icbo= 50 • 0.648 mA + 51 • 100 nA = 32,4 mA;

Ic • Rr = 32,4 mA- 0,1 kft = 3,24V Ie = (P + I) (Mcbo) = 51 • 0,648 mA = 33,1 mA; fe-/?E= 33,1 mA- 0,1 kQ = 3.31 V Taka sama jest też wartość napięcia Uce'.

Uce = Ecc -If. Re- Ic • Rc= (10 - 3,31 - 3,24) V = 3.45 V Tranzystor w temperaturze To znajduje się zatem w stanic aktywnym, w takim samym punkcie pracy jak tranzystor w zadaniu 2.2.

Ad 2. W temperaturze Ti =330 K (57 °Q:

-    „przyrost" spadku napięcia U be będzie będzie ujemny i wyniesie

A Ure = - 30 K • 2,5 mV/K = - 75 mV, ' czyli U_Be= 525 mV

-    prąd zerowy Icbo (podwajający się przy wzroście temperatury co 7,5 K.) osiągnie wartość:

Icbckjm> ⁼ Icbcusiki) '2    = 2 • /cflói.MKi) = 16-0,1 pA = 1,6 pA

czyli jego przyrost wyniesie Mcbo = 1,5 jiA

-    współczynnik wzmocnienia prądowego p przy wzroście temperatury o 30 K wzrośnie o 30% swojej wartości początkowej czyli o Ap= 15, a więc wyniesie:

Pj30=Pm+Ap = 50+ 15 = 65.

Podstawiając tc nowe wartości do wyrażenia (2.4.2) otrzymamy prąd bazy:

/ — ~ ^ be ~ (P ⁺    _

* R_H + <ft+\)R_£

5 V -0,525 V-(65 + l)-l,6-10~⁶A-100f*

(1,69 + 66 0.1) kn

5V-0.525V-0.011V    4,464 V _n .._{0 A}

(1.69 + 6,6) kQ 8,29 kft

Teraz możemy już obliczyć pozostałe prądy i spadki napięcia w układzie: lc= P-Ib+ <P+ DIcbo = 65 • 0.538 mA + 66 • 1.6 pA = 34,97 mA + 0,11 mA = 35.1 mA

Ic ■ Kr =35,1 mA • 0,1 kSi = 3,51 V

Ir=(P+ D(Mcbo) = 66 • 0,539 mA = 35,6 mA:

Ił • Re = 35,6 mA - 0.1 kil = 3.56 V Poszukiwana wartość napięcia Uer. wynosi:

Uce = Ecc - Ie ■ Re - Ic • Rc = (10 - 3.56 - 3,51) V = 2.93 V Punkt pracy tranzystora uległ w podwyższonej temperaturze zmianie w taki sposób, że prąd kolektora wynoszący 32,4 mA wzrósł o 2,7 mA (tj. o nieco ponad 8 %, czyli 0,28 % f K), a napięcie Uce zmalało o 0,52 V. Zauważmy, że są to zmiany kilkakrotnie mniejsze niż w przypadku układu z zadania 2.2.

Rozwiązanie 2

Ad 2. Schemat zastępczy analizowanego układu dla zmian temperatury przedstawia rysunek 2.4.2.

Podobnie jak w poprzednim zadaniu przyjęto, żc napięcie zasilające pozostaje przy zmianach temperatury stałe (AEcc = 0), a zatem końce rezystorów R_n i Rc podłączone w analizowanym układzie do zasilania na schemacie zastępczym dla zmian temperaturowych znajdują się na równym zeru potencjale masy.

W porównaniu ze schematem z rysunku 2.2.2 różnica polega tylko na wartości rezystancji Rb, która jest obecnie mniejsza.

Zachowując w mocy przyjęte w zadaniu 2.2 oznaczenia (2.2.4) i (2.2.5) otrzymujemy wartości współczynników:

= 0,0559

R_ł 0,1 kO. R_B+R_e 1,69 +0,1

oraz

S = -

50

50

= 13,18

1 + )8W_e    1 + 50 0,0559    3,79

Postępując identycznie jak w zadaniu 2.2 otrzymamy wyrażenie na przyrost prądu kolektora w postaci:

M_C=S

+ (/ +1

a ^ ^W ^ R, + R_g J

-AI_r

(2.4.4)

Podstawiając obliczone powyżej wartości:

Mcbo = 1,5 pA; 4)3 = 15; AUbe = - 75 mV; I_B = 0,648 mA; oraz wartość współczynnika S otrzymamy przyrost prądu kolektora:

A/_c =13.18 (—1.5 pA + —648 pA + ⁷⁵ ™^V ) = 13,18 (1,53 + 194,4 + 41,9) pA = 3.1 mA ^c    50    50    ^ 1,79 kfl

Wynik ten różni się tylko o kilka % od wartości uzyskanej w rozwiązaniu 1.

W każdym z układów analizowanych w zadaniach 2.2, 2.3 i 2.4 tranzystor w temperaturze odniesienia T = 300 K znajduje się w tym samym punkcie pracy i oraz jest wystawiony na taki sam przyrost temperatury. Dzięki temu można porównywać uzyskane wyniki. Porównanie wypada na korzyść układu z zadania 2.4. tzn. układu w którym baza jest zasilana z dzielnika rezystancyjnego. Natomiast największe zmiany prądu kolektora występują w układzie z zadania 2.3, tzn. w przypadku zasilania obwodu bazy ze źródła prądowego.

Wytłumaczenie tej prawidłowości jest możliwe przy wykorzystaniu metody schematu zastępczego, z której wynika że w każdym z układów suma trzech składników pochodzących od zmian wywołanych przez AIcbo, Afi i AUbe jest mnożona przez liczbę zależną od rezystancji w obwodzie bazy Rb. Korzystne jest przyjęcie malej wartości rezystancji Rb, gdyż wtedy co prawda rośnie wpływ składnika wywołanego zmianą AUbe, ale zmniejsza się współczynnik 5.

Przy polaryzacji bazy za pomocą źródła prądowego (jak w zadaniu 2.3) składnik wywołany zmianą AUbe znika, ale współczynnik S = /? jest maksymalny i wyniki są najgorsze.

Przy polaryzacji bazy z rezystancyjnego dzielnika napięcia, jak w zadaniu 2.4 uzyskuje się pożądany prąd bazy przy znacznie mniejszej wartości zastępczej rezystancji Rb, a zatem można przy takich samych wartościach Rr i Rc uzyskać znacznie lepsze wartości współczynnika S, czyli mniejszy sumaryczny przyrost Ale-