Elektronika W Zad cz 2 3

w Cnnyniki - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Cięte 3 Analna maloay||nalow» układów półprzewodnikowych

C„_y oraz C/. są równe zeru (tzn.

Zadanie 3.10

Dla wzmacniacza z rysunku 3.10.I. obliczyć podstawowe parametry charakterystyczne, czyli:

1. wzmocnienie napięciowe k_u\

2. rezystancję wejściową R„\

3. w-zmocnienie prądowe kr,

4. rezystancję wyjściową

5. wzmocnienie mocy k,,;

jeśli zachowanie tranzystora T dla małych przyrostów prądów i napięć w otoczeniu jego punktu pracy w tym układzie opisują parametry małosygnalowe typu h, o wartościach: h,„ = 1,45 kii: h,_2e = - 0.5 • 10^-3:

Ii2ie = 120; h₂2, = 0,16 tnS;

a dla częstotliwości sygnału wejściowego impedancje kondensatorów sprzęgających C_w, kondensatory te można uważać za zwarcie).

Wzmacniacz pracuje w stanie biegu jałowego, tzn. bez zewnętrznego obciążenia (czyli traktujemy rezystor R_c jako jedyne obciążenie tranzystora).

Rys. 3.10.2

Rozwiązanie 1

Postępując zgodnie z zaleceniami omówionymi we Wprowadzeniu (patrz rozdział W3.6) otrzymujemy schemat zastępczy' analizowanego układu dla

składowej zmiennej o postaci jak na rysunku 3.10.2. Stale napięcia zasilające cechują się oczywiście składową zmiemią napięcia równą zeru, a więc podłączone do nich końce rezystorów R_B i Rc na naszym schemacie okazują się połączone z masą układu. Kondensatory sprzęgające C_ne i C»_T są traktowane jak zwarcie. Kondensator Ce zwiera emiter tranzystora do masy powodując, że rezystor R_E zapewniający ujemne sprzężenie zwrotne dla prądu stałego (a zatem poprawiający stałość temperaturową punktu pracy tranzystora) znika w obwodzie dla częstotliwości sygnału i jak się okazuje tranzystor pracuje w konfiguracji WE.

Zastąpienie tranzystora jego schematem małosygnalowym dla parametrów h, prowadzi do schematu jak na rysunku 3.10.3 zawierającego 3 źródła wymuszające («»,, h/2, ■ u,,. oraz h₂u • ii), który może być dla małych sygnałów uważany za liniowy, a więc mógłby być rozwiązany dzięki zastosowaniu zasady superpozycji i podstawowych twierdzeń elektrotechniki.

W C.ąiynsk. - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Część 3: Analiza małosygnałowa układów półprzewodnikowych

Mi siol

Zauważmy jednak, że do tego układu możliwe jest zastosowanie rozwiązania ogólnego naszkicowanego w rozdziale W3.2 Wprowadzenia i jego wyników zebranych w tabeli W3.1. Schemat z rysunku 3.10.3 różni się bowiem od ogólnego schematu z rysunku W3.3 tylko pod dwoma względami:

• na schemacie ogólnym nie ma rezystora R_B. Zauważmy jednak, że rezystor ten stanowi tylko dodatkowe obciążenie źródła zmiennego sygnału wejściowego

a wobec tego że źródło to ma charakter idealnej SEM. włączenie tego rezystora nie zmienia faktu że /<*, = «/, a więc nie wpływa na wartość wzmocnienia napięciowego układu. Uwzględnienie prądu tego dodatkowego obciążenia źródła równego «»*//?« zmniejszy tylko wartości rezystancji wejściowej (gdyż R_B dodaje się równolegle do rezystancji wejściowej samego czwómika) i wzmocnienia prądowego naszego układu w stosunku do wartości obliczonych dla ogólnego przypadku (czyli ze wzorów podanych w tabeli W3.1);

• na schemacie ogólnym (rysunek W3.3) obciążeniem czwómika jest rezystor R_L. Rezystancja wyjściowa czwómika (widziana z jego zacisku wyjściowego) tego rezystora nie obejmuje. Na naszym schemacie dla składowej zmiennej rolę rezystora obciążenia spełnia rezystancja kolektorowa R_c. Rezystancja wyjściowa całego wzmacniacza (widziana z zacisku wyjściowego wzmacniacza) musi uwzględniać rezystor Ra a zatem powinna być obliczona jako równoległe połączenie Rc i rezystancji wyjściowej czwómika obliczonej z ogólnego wzoru podanego w tablicy W3.1. Użytkowe obciążenie R_L (pokazane na rysunku 3.10.3 linią przerywaną) podłączone ewentualnie do zacisku wyjściowego wzmacniacza okazałoby się włączone równolegle do Rc. czyli jego uwzględnienie nie powoduje komplikacji, gdyż zmienia tylko wartość liczbową podstawianą w miejsce Rc-

Ad 1. Podstawiając podane w temacie dane liczbowe obliczymy najpierw wartość wyznacznika macierzy hybrydowej tranzystora:

(3.10.1)

= 1,45 Hi 0.16 m5 +0.5-10"¹ 120 = 0.232 + 0,060 = 0,292

Następnie korzystając z zależności podanej w tabeli W3.I (uwzględniając w niej. że w analizowanym układzie w roli obciążenia Rl występuje rezystancja kolektorową a więc mamy Pc= l//?c = 1/0,5 kii = 2 mS) możemy już obliczyć wzmocnienie napięciowe jako:

*_=^₌ik =—Zhli— ₌--_₌ Z1^ = _37,6 (3.10.2)

u, Ah_r +ł\_uY_c 0,292 + 1,45 kCl-lmS 3,19

Zauważmy jeszcze, że obciążenie użytkowe Rl na schemacie zastępczym okazuje się podłączone równolegle do Rc. a zatem zwiększa równoważną takiemu połączeniu wartość Y_c. Na podstawie równania 3.10.2 możemy powiedzieć, że odpowiada to zmniejszeniu wzmocnienia napięciowego.

Ujemna wartość wzmocnienia świadczy przeciwnym kierunku zmian napięcia wejściowego i wyjściowego, tzn. o tym że przyrostowi napięcia wejściowego odpowiada (37,6-krotnie większe co do wartości bezwzględnej) zmniejszenie się napięcia wyjściowego. Przy zmiennych sygnałach sinusoidalnych możemy powiedzieć, że ujemna wartość wzmocnienia świadczy o przesunięciu fazowym

-47-