Elektronikawzad43

W. Ciwylukj - ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Cifie 2. Analiza wpływu oman trmpcramn- im pracę układów półpi/c wodniku wy eh

•    wykładniczą zmianę prądu zerowego spolaryzowanego w kierunku zaporowym złącza baza-kolektor lego Jego temperatura podwojenia definiowana jak dla każdego innego łącza pn zależy od materiału tranzystora.

•    zmianę współczynnika wzmocnienia prądowego p. Przy zmianach temperatury o kilkadziesiąt stopni można odnosić tę zmianę Aft do Po (czyli do wartości współczynnika wzmocnienia prądowego w temperaturze To) i przyjmować że jest to przyrost proporcjonalny do przyrostu temperatury. Najczęściej będziemy przyjmować względną zmianę /? na poziomic I % / K:

AP J__l%

Po *T~ K

czyli zakładać, że dla np. dla przyrostu temperatury AT- 30 K odpowiada to przyrostowi względnemu Afi/($o = 30 % .

Rys. W2J. Wpływ zmiany temperatury na charakterystykę przejściową tranzystora potowego.

Dla tranzystorów unipolarnych (potowych) nie można podać prostych reguł określających ich zachowanie przy zmianach temperatury. Powiedzmy tylko na przykładzie charakterystyki przejściowej tranzystor polowego złączowego z kanałem typu n (j-N FET) pokazanej na rysunku W2.3, żc ze wzrostem temperatur)' maleje wartość prądu Ipss> a rośnie wartość napięcia odcięcia kanału tranzystora Up. Wartości liczbowe współczynników charakteryzujących te zmiany są zależne od wielu czynników. Trudno jest sformułować w tym zakresie proste zadania obliczeniowe, i dlatego nie ma takich zadań w tym zbiorze. Zwróćmy tylko uwagę na fakt, żc charakterystyki przejściowe dla kilku temperatur przecinają się w jednym punkcie (lub w małym obszarze) i dlatego dążąc do zminimalizowania wpływu temperatury na położenie punktu pracy tranzystora polowego powinniśmy w miarę możności wybierać (co jest możliwe przy znajomości pełnych danych katalogowych tranzystora) ten charakterystyczny punkt jako punkt pracy tranzystora.

Uwzględniając podane powyżej informacje o zachowaniu się elementów przy zmianach temperatury możemy sformułować następujące 3 metody postępowania umożliwiające ocenę dryftu temperaturowego punktów pracy przyrządów półprzewodnikowych w układach, oraz pozwalające na sformułowanie wniosków na temat dróg poprawy stałości temperaturowej tych punktów pracy:

1_. Metoda dwukrotnego obliczania punktów pracy

Jeśli potrafimy obliczyć punkty pracy przyrządów półprzewodnikowych w układzie uwzględniając parametry tych przyrządów w temperaturze T₀ (takie jak Uo, U z, I„ lam, P, U be), to możemy powtórzyć te obliczenia dla wartości tych parametrów w innej, np. wyższej temperaturze 7/ i zmianę punktu pracy, np. przyrost prądu kolektora tranzystora AJc, wyznaczyć jako różnicę wyników uzyskanych dla tych dwu temperatur.

2. Metoda różniczkowania wyrażenia na poszukiwany prąd lub napięcie w układzie:

Jeśli potrafimy wyprowadzić ogólne wyrażenie na poszukiwany prąd lub napięcie w układzie, w funkcji zależnych od temperatury parametrów, np.

In - /(Ud. Uz 1* Ubei, Ubei, Pi. P2. Icaoi. Icbo2) to obliczając różniczkę zupełną takiej funkcji wiciu zmiennych i przechodząc następnie do przyrostów skończonych, możemy wyznaczyć zmianę tego prądu (czyli w tym przykładzie Alei) wywołaną przyrostem temperatury'.

3. Metoda schematu zastępczego dla zmian temperatury

Punktem wyjścia tej metody jest wykorzystanie poniższego równania (W2.6) słusznego dla każdego przypadku, gdy tylko tranzystory) znajduje(ą) się w stanie

aktywnym.

I_C=P-'a+tf+lWco    (W2.Ó)

W równaniu tym wielkościami zależnymi od temperatury' są p, Iran, oraz (pośrednio, najczęściej poprzez zależność od U be) prąd bazy I_B tranzystora w punkcie pracy. Różniczkując to równanie względem temperatury i przechodząc do przyrostów skończonych otrzymujemy wyrażenie na przyrost prądu kolektora, będący najczęściej wykorzystywaną miarą niestałości temperaturowej punktu pracy tranzystora:

M_c - P ■ Alg + /„ • Ap + (P +1) • A+ l_CB0 ■ AP, czyli po uporządkowaniu A/_c = P • Al, + (I_B + l_CB0) • A/* + (p +1) A/_cn    (W2.7)

Jeśli dane są parametry tranzystora P i Icbo i wyznaczony został punkt pracy w temperaturze To (tzn. znany jest prąd bazy Ir w tej temperaturze), oraz określona jest zależność P i Icbo od temperatury (czyli można obliczyć przyrosty AP i AIcbo). po prawej stronie tego równania nieznane będzie najczęściej jeszcze tylko Ais. Brakujące równanie najczęściej mające postać zależności pomiędzy przyrostem prądu Alp a poszukiwanym Ale (oraz AUbf. i innymi przyrostami) możemy uzyskać właśnie z analizy schematu zastępczego badanego układu dla przyrostów temperatury.

Przy tworzeniu tego schematu zastępczego obowiązują następujące zasady:

-    stałe, niezależne od temperatury źródła zasilające są wyłączane, tzn. stałe SEM są na schemacie zastępczym zwierane, a stałe SPM są rozwierane. Źródła zmieniające się z temperaturą pojawiają się jako określone przyrostowe SEM lub SPM;

-    elementy rezystancyjne (za wyjątkiem termistorów) pojawiają się bez zmian;

-    diody prostownicze (i inne, np. diody świecące LED) spolaryzowane w kierunku przewodzenia, oraz diody Zenera w obszarze przebicia uwzględniamy jako SEM o wartości równej przyrostowi spadku napięcia na diodzie AU o = £ AT z włączoną ewentualnie szeregowo rezystancją dynamiczną (przyrostową);

-    diody prostownicze (i inne) spolaryzowane w kierunku zaporowym uwzględniamy jako SPM o wartości AI„ czyli różnicy prądów wstecznych obliczonych dla dwu temperatur granicznych;

-    tranzystory bipolarne zastępujemy elementarnymi schematami pokazanymi na rysunku W2.4. Zwróćmy uwagę na fakt, że w schemacie dla tranzystora npn wszystkie trzy zmienne przyrostowe: Alp. Ale, AUrf. mają zwrot w kierunku