Elektronikawzad36

W. Ciązynrici ELEKTRONIKA W ZADANIACH

Część I- Obliczanie pnnktów pacy pfzyutdów pólprecwudmkwych

_f g«-^-P«.12y-5.IV-(WV

R„ + r_z    I2600fi + I0n

Otrzymaną wartość powinniśmy porównać z prądem bazy l&, odpowiadającym granicy stanu nasycenia tranzystora (kiedy jeszcze możemy zastosować zależność Ic = P ' Ib), który możemy obliczyć jako:

, .I*_Ecc-Ucb. 12 V -0,1 V P P-R_c 100 • 1,19 kil

*>0,1 mA    (1.19.2)

Obliczony powyżej prąd Ib jest kilkakromie większy od prądu nasycenia bazy I_Bx, a zatem tranzystor jest w rozpatrywanym stanic głęboko nasycony i dla przyjętych założeń napięcie wyjściowe wynosi Uc& = 0,1 V. Potencjał w punkcie A wynosi:

U_A = Ui + h • r_x+ U be =5,1 V + 0.5 mA • 10 O + 0,6 V = 5,705 V (1.19.3)

Rozpatrzmy sytuację przy podaniu na wejście napięcia U we rozpoczynając analizę od U we ⁼ 12 V. Dioda Dl jest wtedy spolaryzowana wstecznie napięciem = ó,3V. Jeśli prąd wsteczny diody jest możliwy do pominięcia obliczony powyżej potencjał Ua nie zmienia się. Przy przyjętych założeniach do punktu A wpływa dodatkowo 1 jlA prądu wstecznego diody, co zmienia sytuację bardzo nieznacznie (Ib rośnie z 500 pA do 501 pA).

Przy zmniejszaniu napięcia Uwe sytuacja ulega zmianie dopiero wtedy, gdy Uwe spadnie poniżej 5,105 V. W zakresie zmian Uwe ihJ 5,105 V do 5,100 V napięcie na diodzie Zcncra spada wtedy także od 5,105 V do 5,100 V, a zatem prąd tej diody (czyli także prąd bazy tranzystora) spada od wartości 0,5 mA do zera, tranzystor T wchodzi w stan odcięcia, a napięcie wyjściowe rośnie do Uwy -Ea: = 12 V. Prąd płynący przez rezystor Rp zostaje przełączony z diody Zenera na diodę wejściową Dl i wypływa z wejścia bramki. Prąd ten przy oznaczeniu jak na rysunku 1.19.4 ma znak ujemny i wartość zależną od napięcia wejściowego:

/    = -    ~^U» ~^U*^£    (1.19.4)

R_r

Prąd ten osiąga dla Uwf. = 0 największą wartość bezwzględną równą 0,921 mA.

Nachylenie charakterystyki przejściowej Uwy = f (Uwti) w otoczeniu punktu przełączania diody wejściowej (i tranzystora) jest przy przyjętych założeniach upraszczających bardzo duże. Aby dokładniej zbadać przebieg tej charakterystyki przeanalizujmy obw'ód zastępczy jak na rysunku 1.19.4.

Zmiana prądu bazy tranzystora T pojawia się tutaj jako zmiana spadku

napięcia na rezystancji dynamicznej diody Zenera równej 10 Przy /j = 0,5 mA spadek ten wynosi 5 mV, a zatem przy zmniejszaniu Uwe prąd bazy zaczyna opadać przy napięciu wejściowym Uwe- 5,105 V. Tranzystor T wychodzi z nasycenia jednak dopiero przy /_a = 0,l mA, a zatem przy napięciu Uwe * 5.101 V. Przy Uwe = 5,100 V tranzystor jest już całkowicie odcięty. Pełnej zmianie napięcia wyjściowego bramki od wartości 0,1 V dla granicy stanu nasycenia do 12 V dla stanu odcięcia odpowiada zatem zmiana napięcia wejściowego o I mV (od 5,101 V do 5,100 V). Przebieg charakterystyki przejściowej bramki Uwy = f (Uwej) pokazano na rysunku poniżej.

Schemat zastępczy dla zakresu przełączania tranzystora (rysunek 1.19.4) uzasadnia konieczność przyjęcia w temacie zadania jakiejś niezerowej rezystancji dynamicznej w układzie. Przyjęcie rezystancji dynamicznej diody Zenera także jako równej zeru prowadziłoby do nieskończenie dużego wzmocnienia różnicowego w obszarze przełączania tranzystora (pionowego odcinka charakterystyki przejściowej) - gdyż w obwodzie zastępczym decydującym o zmianach prądu bazy występowałyby wtedy wyłącznie idealne SEM. W rzeczywistym układzie nachylenie charakterystyki przejściowej w^f obszarze przełączania zależy od sumy rezystancji dynamicznych diody wejściowej, diody Zenera i złącza baza-cmitcr.

Rys. 1.19.5

Ad 2. Charakterystyka wejściowa fw£ = f (U\vei) dla napięć 0 < Uwe ^ 5,1 V przebiega liniowo co wynika ze wzoru (1.19.4). Prąd wypływający z wejścia bramki równy 0,921 mA dla Uwei = 0V spada do 0,5 mA dla Uwei = 5,1 V, po czym w 5 mV-owym zakresie następuje przełączanie tego prądu z diody Dl do diody Zenera. Zgodnie z przyjętą uproszczoną charakterystyką diody w zakresie napięć wejściowych od 5,105 V do 5,705 V prąd wejściowy nie płynie, a dla napięć większych od 5,705 V do wejścia wpływa prąd wsteczny diody równy 1 pA. Całość charakterystyki wejściowej pokazano na rysunku 1.19.5.

Ad 3. Jeśli obydwa wejścia bramki zostaną połączone ze sobą, to dla kierunku przewodzenia diod nie zmieni się nic (odpowiada to równoległemu połączeniu dwu identycznych SEM o wartości 0,6 V, czyli przy założeniu zerowych rezystancji dynamicznych diod nic możemy powiedzieć, jak wypływający prąd podzieli się pomiędzy dwa wejścia). Dla kierunku zaporowego (Uwe ^ 5.7 V) połączenie takie jest równoważne zastosowaniu dla pojedynczego wejścia diody o prądzie wstecznym równym 2 pA.

Jeżeli drugie wejście bramki zostanie podłączone do potencjału zasilania to w- całym zakresie napięć wejściowych dioda D2 jest spolaryzowana wstecznie i przez nią do punktu A wpływa dodatkowy prąd 1 pA. Omawiane charakterystyki prawie się nie zmieniają.

Podłączenie drugiego wejścia do masy układu powoduje, źc w punkcie A zostaje wymuszony trwale potencjał 0,6 V i w całym zakresie zmian napięcia Uwf.i na pierwszym wejściu tranzystor pozostaje odcięty i napięcie Uwy = 12 V. Nie powinno nas to dziwić, gdyż takiemu podłączeniu w logice dodetniej (tzn. przy przyjęciu konwencji, że stanowi „0” logicznego odpowiada napięcie 0 V, a „1” logicznej odpowiada napięcie 12 V) odpowiada podanie na drugie wejście bramki poziomu „zera” logicznego. Ponieważ bramka realizuje w logice dodatniej funkcję negacji iloczynu logicznego (NAND) stanów obydwu wejść, odpowiada to wymuszeniu stanu