Elektronikawzad58

W CUtymki FT.FKTRONIK A W ZADANIACH

Częić 2: Aralia wpływu zmian fcmpemury im p<»cc układów półprzewodnikowych

Fo prawej stronic ostatniego równania pojawił się ze znakiem ujemnym składnik zależny od poszukiwanego przyrostu prądu A!n. Po przeniesieniu na lewą stronę zwiększy on wartość współczynnika, przez który mnożony jest przyrost Ala, aby zrównoważyć sumę dwu składników pochodzących od źródeł niestałości (A Je bo i A fi). W len sposób (oprócz pełnej kompensacji zmian napięcia Use) przejawia się rachunkowo działanie dodatkowego tranzystora poprawiające stałość prądu kolektora. Kontynuując przekształcenia mamy:

A/_c (1 + p₂) = (p₂ + l)A/ _CK2+(I_B2 + I_at>2 )Afi₂

P₂

l + ft

nK^ta + f,

A j

CB021 ~n~

(2.9.6)

Definiując podobnie jak w poprzednich zadaniach współczynnik niestałości prądu kolektora S jako wyrażenie stające przed nawiasem po prawej stronie równania

mamy:    5 = - —■ = a,    (2.9.7)

\ + p₂

Jak widać w tym układzie osiąga się minimalną możliwą do uzyskania wartość współczynnika niestałości S = a = 0,99 , tzn. taką przy której składnik pochodzący od Ateno wchodzi do przyrostu Ale z wagą 1.

Zwróćmy jeszcze uwagę na fakt, że rezystancja obciążenia Ręw ogóle nie wpływa na niestałość Alę: prądu kolektora. Wpływa ona oczywiście na niestałość napięcia kolektor-emiter AU aa, gdyż rezystor obciążenia R_c przetwarza zmiany prądu kolektora na zmiany tego napięcia.

Obliczmy wartości liczbowe występujących w tym równaniu przyrostów AIcbo i Aft. W wyniku zmiany temperatury od 20 °C do 50 X) mamy:

w-łp

/_<rjfM=5nA-2 ¹⁰ = 5 nA • 2³ = 40 n A,    czyli:

A/_cmłj = 40nA - 5nA = 35n A

oraz.: A0 = 1 — • 30° C = 30% = 0,3 • 100 = 30 ^H °C

Podstawiając te wartości do równania (2.9.6) otrzymujemy zmianę prądu kolektora wynikającą z przyrostu temperatury o 30 °C:

A1_C2 =_^[ł±^35 nA + (9,90 pA + 5 n A)—1 = 35 n A + 2,94 pA = 2,98 pA

^C2 1 + 100[ 100    100J

Średni współczynnik temperaturowy w tym zakresie wynosi więc: A/_Cł_2,98pA_ nA AT 30°C ’ °C

lub w wartościach względnych:

±=100 °c °c

^ł — = 0,01 °c

- = 10

2,98 pA

AT

0,99mA-30°C

Jest to wynik dobry-, a w każdym razie znacznie lepszy niż w układzie z pojedynczym tranzystorem w układzie WE (gdzie S=fi). Nawet jeśli założenie w temacie zadania dokładnej równości współczynników temperaturowych i przyjęcie w (2.9.3), że AU bp.) - AUgtt = 0 jest zbyt optymistyczne, to na pewno fakt że o stałości prądu decyduje różnica tych napięć dla dwu tranzystorów (które w układzie scalonym mogą znajdować się dokładnie w takiej samej temperaturze) jest bardzo korzystny.

Zadanie 2.10

W układzie z tranzystorem germanowym T jak na rysunku 2.10.1 można przyjąć w temperaturze

To = 300 K:

spadek napięcia U be- 0.5 V niezależnie od wartości prądu bazy Ia\

-    prąd zerowy Icbo = 100 nA;

-    współczynnik wzmocnienia prądowego w układzie wspólnego emitera P = 100;

-    rezystancja Rt ma wartość R_]V = I kQ.

Przy zmianach temperatury otoczenia w zakresie ± 10 K wokół To można przyjąć, że:

-    spadek napięcia Ubf. maleje o 2,5 mV przy wzroście temperatury o 1 K;

-    temperatura podwojenia prądu zerowego Icbo wynosi T^P- 10 K;

-    współczynnik wzmocnienia p przy wzroście temperatury o 1 K rośnie o 1 % swojej wartości w temperaturze To',

-    Rt jest dwójnikiem, którego rezystancja zmienia się liniowo z temperaturą według

zależności R_T - R_ro |l+a(T-7*₀)J;    (2.10.1)

-    rezystancje Rc i Rj nie zależą od temperatury.

Należy:

1.    wyznaczyć temperaturowy współczynnik rezystancji a dwójnika Rt, przy którym prąd kolektora tranzystora Ir nie zależy' od temperatury.

2.    z rezystorów stabilnych temperaturowo i termistora NTC o współczynniku temperaturowym równym a-rat = - 5 % l K zbudować dwójnik Rt o rezystancji zależnej od temperatury zgodnie ze wzorem (2.10.1) i o wartości a wyliczonej w punkcie I.

Rozwiązanie

Ad 1. Przy oznaczeniach jak na rysunku możemy dla przyjętych założeń obliczyć wartości prądów w temperaturze T₀:

h = Ube/Rw = 500 mV / I kfl = 0,5 mA , oraz. h = (Ums- Ube)/Ri = (6,5 V - 0.5 V) / 10 kft = 0,6 mA czyli Ib = h - h = 0,6 mA - 0,5 ntA = 0.1 mA

lc = Ph+(P+l)lcBO = 100-0,1 mA +101-10 nA ~ 10 mA Napięcie Uc& wynosi:

Ucf. = Uzas - Ic ■ Rc = 6.5 V - 10 mA • 0,3 kfi = 3,5 V czyli tranzystor znajduje się w stanic aktywnym, co potwierdza słuszność obliczeń.

W tym miejscu zauważmy, żc dla stałego napięcia zasilającego Uzas i stałych wartości rezystancji R,< i Rt przy wzroście temperatury wobec zmniejszania się wartości napięcia U be. - prąd li rośnie, a h maleje. Z tych dwu powodów rośnie prąd bazy l_n = li- h, a ponieważ rośnie także współczynnik wzmocnienia P (i prąd zerowy lato), tym silniej rośnie wartość prądu kolektora Ic- Widać więc wyraźnie, że