Elektronika W Zad cz 2 9

w Ciążynski - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Częić 3 Analiza malosygnalowa układów półprzewodnikowych

Ad 1. Napięcie wyjściowe u_uy jest równe sygnałowi e_ur pomniejszonemu o spadek napięcia wywołany przepływem prądu wejściowego i,„ na sumie rezystancji R, i h_Ur czyli wynosi:

= «»e - ‘w. (*, +*11,)    (3. 18.1)

Z drugiej strony przez rezystor R_E płynie suma obydwu dopływających do emitera prądów, to jest prądu bazy (/„,) i prądu kolektora    Czyli mamy:

= *_£(k, ⁺/>3ic •'«•) = '« 0 + V)^Re    (3.18.2)

Porównując ze sobą prawe strony obydwu powyższych równań mamy:

= '.Jtf, +*n, + (! + V )^f. 1    (i. 75.5j

Wyliczając z ostatniego równania prąd i_w i podstawiając go do (3.18.2) otrzymujemy równanie:

(3.18.4)

0+iiM .

+ *11, ⁺0 + 7tąi,)7?_e

k.=- = -

= 0.984

z którego wynika, że wzmocnienie napięciowe układu dla sygnału e„_y wynosi: (l + V)7?_t.    (1 + 100) 1 kil    _ 101

e„_c R, +h_Ut+(\ + h_2le)R, 0.6tó2 + UQ + (l + I0O)lk£ł 102,6

(3.18.5)

czyli jest dodatnie (co oznacza, że wzmacniacz nie odwraca fazy napięcia wejściowego), ale nieco mniejsze od jedności. Fakt że wzmocnienie to jest prawie równe jedności uzasadnia nazwanie tego układu wtórnikiem napięcia.

Ad 2. Rezystancję w obwodzie wejściowym, od której zależy prąd pobierany ze źródła sygnału e_KC obliczamy wprost z równania (3.18.3) jako równą:

R'„ = — = R-+h_Ue + (] + Ii_2U)R_i: = 0,6kil +1 kil + (1 +100) 1 kil = 102,6ki2 (3.18.6)

L

Rezystancja wejściowa widziana z zacisku wejściowego wzmacniacza nie obejmuje Rj. a więc wynosi:

I?„ = — = l>U' + (( + lh>')R>: =102 kil    (3.18.7)

kr

Na podkreślenie zasługuje fakt. że rezystancja Re pojawia się tutaj przemnożona przez (1 + li2i_r)- Można to wytłumaczyć w taki sposób, że przez tę rezystancję płynie prąd emitera, który jest (1 + /i2/r)-krotnie większy od prądu bazy płynącego przez hut-Rezystancja wejściowa wtórnika napięcia (tranzystora w konfiguracji WK) typowo jest więc o dwa rzędy wielkości wyższa niż dla tranzystora (o zbliżonych wartościach parametrów h_t, analizowanego w zadaniu 3.16) pracującego w konfiguracji WE i o dwa rzędy wyższa od wartości rezystancji występującego w układzie rezystora Re-Jest to wynikiem ujemnego szeregowego sprzężenia zwrotnego występującego w tym układzie.

Teraz moglibyśmy już wyznaczyć wzmocnienie k„. odpowiadające założeniu że sygnałem wejściowym jest u_m> czyli napięcie występujące na zacisku wejściowym wzmacniacza:

k

. ^Uwe ^U«? _ Ryt

7? +

102

■k. = -^-k_u =0,994 k„

“ 102,6 “

k„ = k' /0,994 = 0,984/0,994 = 0,990

(3.18.8)

(3.18.9)

powered by

W Ciątyóski ELEKTRONIKA W ZADANIACH Cztic 3 Annlim malosygn»lowa układów pólprrewodrakowyuh

Mi siol

Odnotujmy że wpływ obciążenia źródła i spadku napięcia na jego rezftefT!f5?^,^"^,,^^“ wewnętrznej (/?, = 600 ii) objawiający się redukcją wzmocnienia (k, w porównaniu z f. \ dzięki dużej rezystancji wejściowej naszego wzmacniacza jest w tym przypadku nieznaczny (0,6 %). Przypomnijmy, że w zadaniu 3.16 odpowiedni współczynnik dla zbliżonych parametrów tranzystora pracującego w konfiguracji WE wynosił 0,625 (czyli spadek wzmocnienia wynosił 37,5%), a w zadaniu 3.17 dla identycznych parametrów tranzystora pracującego w konfiguracji WB spadek wzmocnienia był 62-krotny.

Ad 3- Obciążenie R_E jest podłączane równolegle do rezystancji emiterowej R_E wtórnika, czyli jego wpływ może znaleźć odbicie w powyższych zależnościach przez podstawienie w miejsce R_E wartości R_E = Re II Rl- Rezystancję wyjściową wtórnika obliczymy jako równą tej wartości rezystancji obciążenia R_L. przy której wzmocnienie, napięciowe zmniejsza się o połowę. Na podstawie zależności (3.18.5) możemy

napisać:

k_r 0,984 __Q192_ (l + 7y)fl,i 2    2    ’    R,+h_Uc+(\ + h_2lt)R_fr

czemu odpowiada wartość R_E równa:

0,492 ff, +V finfrn (0,6+1,0) Kł *^r "1-0,492 l+/,_JIt    1 + 100

(3.18.10)

= 15,3 £2

(3.18.11)

Jest to wartość zbliżona do poszukiwanej rezystancji wyjściowej. Dokładną wartość obliczymy zauważając, że Y_E =1 //?£• = 64,36 mS uzyskalibyśmy przez podłączenie równolegle do Y_E = 1 mS admitancji Y_L = 63,36 mS, tzn. rezystancji R_E = 15,5 ił. Przy takiej wartości rezystancji obciążenia wzmocnienie k_r spada o połowę, a więc rezystancja wyjściowa wtórnika wynosi dokładnie 15.5 ił. czyli jest wielokrotnie niższa od odpowiedniej wartości dla wzmacniaczy z tranzystorem o podobnych wartościach parametrów małosygnałowych. pracującym w konfiguracji WE i WB.

Ta korzystna relacja: wysoka wartość rezystancji wejściowej przy niskiej wartości rezystancji wejściowej jest cenną własnością układu ze wspólnym kolektorem (WK). Takie stopnie wzmacniające, mimo że mają wzmocnienie napięciowe rzędu jedności, są stosowane jako stopnie wejściowe wzmacniaczy napięciowych (umożliwiają podłączenie bez straty wzmocnienia źródeł sygnału o dużej rezystancji wewnętrznej R) i we wzmacniaczach wielostopniowych (włączane np. pomiędzy dwoma stopniami WE pozwalają na lepsze dopasowanie impedancji sprzęganych stopni wzmocnienia).

Ad 4. Jeśli parametr /122, nie jest równy zeru (czyli gdy uwzględniamy admitancję wyjściową tranzystora), w schemacie zastępczym z rysunku 3.18.3 prąd SPM równy 7'2/<. i'_Hv nie płynie już w całości przez rezystancję Re, ale rozpływa się na dwie gałęzie równoległe (jego część zamyka się przez /122,).

Jeśli parametr /i/₂, nic jest równy zeru (czyli gdy uwzględniamy oddziaływanie zwrotne w tranzystorze) w schemacie zastępczym z rysunku 3.18.3 szeregowo z hu, pojawia się SEM równa lin, u_n7. czyli schemat ten zawiera już trzy źródła wymuszające.

elne rozwiązanie jest skomplikowane, gdyż wymaga obliczenia każdej zmiennej (prądu lub napięcia) jako sumy trzech składowych pochodzących od kolejnych wymuszeń. Wyniki takiej analizy są zresztą już przedstawione w zadaniu 3.12.

-97-