Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [23] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

и из уравнения (2-91)

с к Ri + Rs f 2-99

Уравнение (2-98) можно написать через S: Ei (S -1)

к - Sko +

(2-100)

Из уравнений (2-100) и (2-99)

Rs (к- (2-101)

S- 1 £,(S-1) .

к °ко £,[l-S(l-a)]

(2-102) (2-103)

Из уравнений (2-94) и (2-97)

flap*-1)1 Язко

-UK. (2-104)

Мощность, потребляемая от источников питания, определяется из уравнения (2-105):

Р0 = EJa + E3iK =

-+E,iK- (2-105)

Мощность рассеивания в транзисторе при повышенной температуре, равна UkIk- Выбор величины S производится с учетом допустимого изменения тока коллектора, максимально допустимой мощности рассеивания „и допустимой мощности рассеивания в стабилизирующей цепи. Значение S от3 до5 соответствует увеличению температуры на 80° С при использовании германиевых транзисторов.

Так как для кремниевых транзисторов ток коллектора при нулевом токе эмиттера значительно ниже, чем для германиевых транзисторов, то в схемах, где применяются кремниевые транзисторы, можно допустить большую величину S. Однако и в том и в другом случае нет общих правил, каждая схема должна рассчитываться в индивидуальном порядке.

Для схемы, изображенной на рис. 2-79,6, получаем следующие уравнения:

R2R,

R=TRS g(E - UK - RRiK)

(2-108)

(2-109)

Мощность рассеивания в транзисторе приблизительно равна UKtK.

Уравнения для S, iK, Ru R2, Ег и £2 взаимосвязаны, так как независимыми из этих величин являются только четыре. Следовательно, нужно знать значения четырех параметров, чтобы определить оставшиеся два. Например, для заданного типа транзистора и величины S значение Ei можно определить из уравнения (2-101) для любого нужного значения R2, так как гк0 можно найти по характеристике транзистора, а нужным значением iK можно задаться. Кроме того, по характеристике транзистора можно определить а, а значением UK можно задаться. Остается определить Rt из уравнения (2-103) и £2- из уравнения (2-104). Мощность рассеивания в транзисторе равна UKiK, а общая мощность, потребляемая от батареи, определяется из уравнения (2-105). При уменьшении значения S от батарей потребляется дополнительная мощность для стабилизации.

С увеличением температуры ток коллектора при нулевом токе эмиттера увеличивается на величину Ыко. Поэтому общий ток коллектора гк при повышенной температуре равен:

1к = iK + SMK0, (2-106)

где гк - начальный ток коллектора.

Установив значение гк при максимальной рабочей температуре, можно определить значение Uk, т. е. напряжение между коллектором и базой при максимальной рабочей температуре. Для схемы, изображенной иа рис. 2-79, а, Uk находится из уравнения (2-107):

Uk = Е, - ik[RB + /?(ДВ~1)-] -. (2-Ю7)

где 1щ - ток коллектора при нулевом токе эмиттера и при повышенной температуре.

Rz =

(1-S + aS) (/.-*„) iK-SiK a(E-UK-RviK) E

n g(S-l)

*<* - : q; i

lk ojk0

•; (2-110)

(2-111)

к - ко +

(2-112)

-«.[*l(S„ 1}+SRn]; (2-113)

Po = EiK +

(Uk + RJk) («к - Sko)

(2-114)

Так же как и для схемы, показанной на рис. 2-79, а, расчет обычно начинают с установления нужной величины S и с определения по характеристикам транзистора требуемых значений UK и iK. По характеристикам транзистора определяют также значения а и iK0. Величина нагрузки Rn определяется по заданному усилению. Пользуясь уравнениями (2-109) и (2-110), устанавливают соотношения между Е и Ri и между Е и R2. Задавшись значением Ru определяют величины Е и R2. Значение Rs определяют из уравнения (2-111). Напряжение между коллектором и базой при повышенной температуре определяется из уравнения (2-113), если заменить iK0 через гк0-

Значение S, большее, чем единица, возникает в результате изменения тока гк0 в цепи базы, что вызывает изменение постоянного напряжения на переходе эмиттер-база из-за наличия сопротивления Rg в цепи базы. Это увеличение прямого постоянного напряжения с увеличением температуры вызывает увеличение /э. Часть этого тока (1-а) /э протекает в цепи базы в направлении, противоположном



AiKa. В результате изменение постоянного напряжения на переходе эмиттер-база оказывается почти компенсированным, но за счет увеличения токов /э и /к. Включение сопротивления R3 в цепь эмиттера приводит к тому, что возросший за счет 4гК0 ток /э создает иа R3 напряжение противоположной полярности, что также компенсирует первоначальное изменение напряжения, вызванное током AiK0, протекаю-

щим через 7?g- Так как Мэ в

раз больше,

чем изменение тока в цепи базы, то наличие сопротивления в цепи эмиттера сильно уменьшает изменение тока, которое требуется, чтобы постоянное напряжение на переходе эмиттер- база приняло свое первоначальное значение. Коэффициент стабильности S зависит только

Яб л .

от отношения -~ и от а и для любой схемы

определяется уравнением (2-115):

1 +(i - *)-

(2-115)

где Re

действующее сопротивление постоянному току в цепи базы, т. е. параллельно соединенные /?2 и Rs на рис. 2-79,6;

действующее сопротивление постоянному току в цепи эмиттера.

Следует отметить, что большое значение R6 уменьшает S [см. уравнение (2-116)} и увеличивает S [см. уравнение (2-115)]. Вообще говоря, только в случаях применения маломощных кремниевых транзисторов необходимо вычислять S и определять изменение тока коллектора при изменении U3 g- Для других транзисторов гораздо более сильное влияние оказывает изменение iK0.

Методы стабилизации. Как уже было отмечено, мощность рассеивания в цепи питания увеличивается по мере уменьшения коэффициента стабильности. В мощной выходной ступени усилителя переменного тока очень часто мощность, которая должна быть рассеяна в цепи питания, оказывается настолько большой, что приходится применять другие методы стабилизации. Часто для температурной стабилизации целесообразно использовать дополнительный транзистор (который также дает дополнительное усиление) или какой-либо нелинейный элемент, например диод или тер-мистор.

В схеме, изображенной на рис. 2-80, а, для стабилизации транзистора Т2 добавлен транзистор Ti. При увеличении температуры отрицательное напряжение на коллекторе Tt и на коллекторе Т2 уменьшается, если рассматривать каждый транзистор в отдельности. Однако благодаря связи между Т, и Г2 изменение напряжения на коллекторе 7Л усиливается Ts и




Рис. 2-80. Схемы температурной стабилизации.

Коэффициент стабильности S. Коэффициент стабильности S равен отношению бесконечно малого изменения тока коллектора к бесконечно малому изменению напряжения между эмиттером и базой. Из уравнения (2-98) следует:

#6(1-+

(2-116)

где /?б и 7?э - те же, что и в уравнении (2-115).

Изменение тока коллектора при изменении напряжения 77» « определяется из уравнения (2-117):

MK=SKbT, (2-117)

где 4Г - изменение температуры, °С; К = -0,0018 в/°С для кремния и - 0,0014 в/°С для германия.

оказывается с отрицательным знаком на коллекторе Г2. Если Ti и Т2 имеют одинаковые характеристики, то это напряжение обычно с избытком компенсирует положительное напряжение, появляющееся на коллекторе Г2 за счет увеличения температуры. Если последовательно между каскадами включено переменное сопротивление, то можно экспериментально установить оптимальное значение сопротивления, необходимое для температурной стабилизации. Недостатком этого метода стабилизации является ограниченный диапазон температур, в пределах которого можно получить удовлетворительную стабильность. Важно отметить, что когда два транзистора р-п-р или п-р-п соединены по постоянному току, то температурную стабилизацию можно получить только в одном из следующих сочетаний схем включения транзисторов.



1. Общий эмиттер с общим эмитте- где F

ром.

ром. ром.

2. Общая база с общим эмиттером.

3. Общий эмиттер с общим коллекто-

4. Общая база с общим коллекто-

5. Общий коллектор с общей базой. Хорошую температурную стабилизацию можно получить с помощью нелинейных элементов. В схеме, изображенной на рис. 2-80, б, цепь связи между каскадами состоит из диода и соединенного с ним последовательно активного сопротивления. Если применить плоскостной диод р-п, то его температурный режим можно точно приблизить к температурному режиму плоскостного транзистора и получить, таким образом, лучшую компенсацию. Для получения оптимальной стабилизации значение сопротивления Rs подбирается экспериментально.

Другой пример использования нелинейного элемента для стабилизации показан на рис. 2-80, в. Если диода нет, то с увеличением температуры создается отрицательное приращение напряжения на базе по отношению к общему электроду и положительное приращение напряжения на коллекторе по отношению к общему электроду. При включении плоскостного диода увеличение температуры вызывает увеличение обратного тока диода и, следовательно, появление положительного приращения сигнала на базе. Положительное приращение напряжения на базе уменьшает ток коллектора, что компенсирует увеличение тока коллектора при нулевом токе эмиттера.

2-9е. Шумы в транзисторах. Беспорядочное движение электронов и дырок в транзисторе является причиной слабых флуктуации токов в его цепях. Эти флуктуации называются токами шума. Величина тока шума зависит от среднего значения тока в транзисторе, от частоты, а также от ширины полосы пропусканий измерительного устройства. Когда в цепях транзистора не протекают токи, шум на выходе транзистора равен тепловому шуму, который создало бы сопротивление равной величины. Когда в цепях транзистора протекают постоянные токи, шум транзистора на низких частотах может увеличиться примерно в 104 раз по сравнению с тепловым шумом эквивалентного сопротивления. Мощность шума на единицу ширины полосы пропускания изменяется примерно обратно пропорционально рабочей частоте вплоть до частоты порядка 100 кгц, на которой мощность шума имеет в несколько раз большее значение, чем тепловой шум сопротивления. Мощность шума остается относительно постоянной на более высоких частотах и всегда в несколько раз превышает тепловой шум.

Шумовые свойства транзисторов оцениваются с помощью коэффициента шума (см. § 7-23). Коэффициент шума транзистора обычно измеряется для ширины полосы пропускания 1 гц на частоте 1 ООО гц. Эту величину можно экстраполировать на другие частоты согласно выражению

дд-коэффициент шума транзистора, дб, для ширины полосы пропускания 1 гц на частоте f; Fi ооо - коэффициент шума транзистора, дб, для ширины полосы пропускания 1 гц на частоте 1 ООО гц; f -- частота, на которой вычисляется коэффициент шума, гц. Коэффициент шума плоскостных транзисторов значительно ниже, чем точечно-контактных. Коэффициенты шума некоторых плоскостных и точечно-контактных транзисторов приведены в табл. 2-6 и 2-7. Пример 2-4.

Рассчитать мощный усилитель в режиме класса А по схеме с общим эмиттером на транзисторе 2N83 (п-р-п). Использовать тип схемы, изображенной на рис. 2-79, а. Источник сигнала имеет сопротивление 100 ом и связан с базой через конденсатор. На выходе включен трансформатор вместо сопротивления, показанного на рисунке. Сопротивление первичной обмотки трансформатора мало и им можно пренебречь. Определить Rlt Ra, полное сопротив-

7 у- 1

у40ма

г- 120ма~\-

1 -1---

80ма

г- \

SOmo

щность ро

ссеибанш>2вт 40ма

" \

3,0ма

*-

Лит/

ч нагрузки

па У*

переменному току" IgU*-~~

Напряжение коллектора, в

FdgFiooa + W lg-

(2-118)

Рис. 2-81. Характеристики мощного транзистора 2N83 при температуре 25° С для схемы с общим эмиттером.

Предельно допустимые значения Напряжение коллектора (при 25° С): постоянное напряжение в схеме с общим

эмиттером............. . 30 в

постоянное напряжение в схеме с общей

базой .................. 45 в

мгновенное значение напряжения..... 60 в

Ток коллектора........... 1 000 ма

Напряжение эмиттера......... 6 в

Общая мощность рассеивания при 25° С при использовании радиатора F-1:

без обдува............... 2,0 вт

с обдувом............... 5,0 вт

при типовом отводе тепла...... 5,0 вт

при неограниченном отводе тепла . . 10,0 вт температура перехода макс)..... 100° С

/ (при - 10 в и 25° С)........ 100 мка

ко v

ление нагрузки переменному току, £2, Еи максимальную мощность на выходе и мощность рассеивания. Считать, что максимальная рабочая температура равна 70° С Характеристики транзистора 2N83 для схемы с общим эмиттером даны на рис. 2-81. Кривые критического напряжения с7крит, при котором транзи-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [23] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0101