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

стор разрушается, и кривые предельно допустимой мощности рассеивания приведены на рис. 2-82, а н б соответственно.

Примечание. Построение линии нагрузки и определение положения рабочей точки подробно рассмотрены в гл. 3.

Решение

1. Определяем максимально допустимую мощность рассеивания на коллекторе.

Критическое напряжение регенеративного нарастания температуры (0"хрит. о) 6 зависимости от стабильности и номинальной мощности рассеивания

3. Определяем положение рабочей точки в статическом режиме и строим линию нагрузки по переменному току так, чтобы обеспечить достаточную линейность для больших амплитуд тока базы.

Рабочая точка в статическом режиме должна быть на кривой или ниже кривой, соответствующей мощности рассеивания на коллекторе 2 вт.

Кривые максимально допустимой мощности рассеивания


Чк/Ujtpum

Рис. 2-82. Критическое (пробивное) напряжение, при котором начинается регенеративное нарастание температуры, и кривые максимально допустимой мощности рассеивания для германиевых транзисторов. Значение U = U для транзистора 2N83, так как / при 25° С равно 100 мка.

Крит крито ко к г

а - критическое напряжение регенеративного нарастания температуры в зависимости от стабильности и номинальной мощности рассеивания; б - максимально допустимая мощность рассеивания. Пределы мощности рассеивания определяются, когда транзистор работает при повышенной окружающей температуре. Затем необходимо уменьшить допустимое рассеивание, чтобы предотвратить состояние, известное как регенеративное нарастание температуры. Это состояние, общее для всех германиевых транзисторов, наступает тогда, когда мощность рассеивания, обусловленная произведением UK и Д/к, достаточна, чтобы благодаря самонагреву сравнительно быстро повысить /R и создать неустойчивое равновесие. В результате мощность рассеивания на коллекторе быстро нарастает до значения, превышающего допустимый предел. Кривые А и Б позволяют рассчитать максимально допустимую мощность рассеивания для заданной окружающей и рабочей температуры. А. Определение U по кривой А. Это критическое напряжение на коллекторе (/ = 100 мка), когда начи-

нается регенеративн£>еТ°нарастание температуры при незначительном рассеивании и при 25° С. т0 является

функцией номинальной мощности рассеивания транзистора и стабильности схемы. Коэффициент стабильности dl

$ раЕен -г~, т.е. отношению изменения тока коллектора к изменению тока коллектора при нулевом токе эмит-

тера. 5 приблизительно равен коэффициенту усиления схемы по постоянному току. Б# Определение ит из следующего соотношения:

., ,, 100

%ит - %ит 7K0(W) пРи 25° С.

В. Использование U для определения по кривой Б максимальной мощности рассеивавия в процентах от номинальной мощностирассеивания, допустимой для заданной окружающей температуры, и напряжения на

коллекторе.

Из графика на рис. 2-82, б находим, что максимальная мощность рассеивания на коллекторе при 70° С составляет 40% от номинальной мощности при 25° С, если .. к 0,01.

-крит

Считаем, что это условие выполняется. Номинальная мощность рассеивания на коллекторе транзистора 2N83 при 25° С (принимая типовой теплоотвод) равна 5 вт (см. рис. 2-81); таким образом, максимально допустимая мощность рассеивания Рк. макс будет равна:

Рк. макс = 0,4 • 5 = 2,0 вт.

2. На характеристике транзистора 2N83 строим кривую, соответствующую мощности рассеивания 2 вт, как показано на рис. 2-81.

Для линии нагрузки, показанной на рис. 2-81, рабочая точка определяется значениями /к = 100 ма и 77 к = 20 в. Величина сопротивления нагрузки переменному току Ra определяется как величина, обратная крутизне линии нагрузки по переменному току, т. е.

20 ,,, = 0035 = 571 °М-

4. Определяем необходимый коэффициент стабильности S (S не учитываем).

На основании рис. 2-82,а заключаем, что чем больше значение L7Kplrr, тем ниже должен быть коэффициент стабильности S. Из рис. 2-82, б следует, что чем меньше значение икрИТ, тем меньшую мощность может рассеивать транзи-



стор. Обычно в мощных усилителях считается удовлетворительным такое значение 6крИт> ПРИ

котором j~- соответствует точке перегиба Крит

кривых, изображенных на рис. 2-82, б. Работа в этой точке обеспечивает одновременно максимальную допустимую мощность рассеивания и максимальный коэффициент стабильности для любой рабочей температуры. Поэтому UK 20

крит-001 - 0)01

= 2 ООО е.

Для полученного £/крит и мощности рассеивания 5 вт при 25° С коэффициент стабильности должен быть 5,3 или меньше (рис. 2-82, а). Отсюда выбираем S = 5.

5. Определяем необходимую величину сопротивления в цепи эмиттера Rt.

Из уравнения (2-99)

/?, ! 3(1-R* S-I •

В области рабочей точки изменение тока эмиттера на 100 ма вызывает изменение тока коллектора на 90 ма (рис. 2-83). Поэтому а = 0,9 и

/?, 1-5(0,1)

Чтобы уменьшить нагрузку источника, R3 должно быть приблизительно равно 10RcaT. Пусть Re = 1 000 ом, тогда /?, = 125 о.«.

= 0,125.

h -650ма

Мощность рассеивания 2вт 5вдма


20 30 40 50 Напряжение коллектора, в

Рис. 2 83 Коллекторные характеристики мощного транзистора 2 N83 для схемы с общей базой.

6. Определяем напряжения источников питания £\ и £2.

Так как характеристики эмиттер-база для транзистора 2N83 не даны, принимаем, что напряжение между эмиттером и базой, необходимое для получения условий, соответствующих рабочей точке в статическом режиме, равно нулю. При этом ошибка будет не больше 0,1-0,2 в для германиевого транзистора и около 0,6 в для кремниевого транзистора.

По характеристике рис. 2-81 находим условия работы в статическом режиме:

/к = 100 ма; /5=7 ма; UK = 20 в.

Так как найденные токи много больше, чем /kd, то можно считать, что

/, = /б + /к = 107 ма.

Пользуясь схемой, изображенной на рис. 2-79,а, и учитывая, что Ск является напряжением коллектора по отношению к базе, можно написать следующие два уравнения для статического режима (направление токов показано на рис. 2-79.а).

Ei = /эй, + 16R2,

откуда

£2 = 20 + 1 000 (-7 • 10~s) = 13 в; Ei = 125 (-107 • 10 s) + 1 000 (-7 • 10~3) = = -20,4 в.

7. Определяем мощность, потребляемую от источников питания,

Ро = EJK + EJb = = 13 • 0,10 + 20,4 • 0,107 = 3,48 em.

8. Определяем выходную мощность и к.п.д.

р (Uk Лс.мин) (к.макс At) .

*н- 2 -

(20 - 0,5) (0,135 - 0,100)

= 0,341 вт;

0,341

3,48

= 9,:

Полная схема усилителя дана на рис. 2-84,6. Эта схема требует двух источников питания с разными напряжениями. Изменяя значения Rt и R2 при сохранении постоянства их отношения и, следовательно, постоянства коэффициента стабильности S, можно подобрать более подходящие значения £, и £2. Если R2 нельзя уменьшить по величине, то любое изменение Rt и R2 приведет к уменьшению к.п.д. из-за увеличения мощности потерь на так как его величина увеличилась. Схема на рис. 2-84,6, где £2 уменьшено до нуля, иллюстрирует возможный предел изменения напряжения источника питания при постоянном значении S. Напряжение £t можно дальше увеличивать до любого значения при одновременном увеличении Ri, чтобы сохранить напряжение эмиттер-база примерно равным нулю. Сопротивление R.,, равное 2 857 ом, нельзя изменить без изменения напряжения источника питания в цепи коллектора. Поэтому увеличение Я, и Ri снизит S, увеличив стабильность схемы по постоянному току за счет возрастания мощности рассеивания на Rt.

Пример 2-5

Рассчитать мощный усилитель в режиме класса А по схеме с общей базой на транзисторе



$ 2-9]

1 ранзи стары


2N83 (п-р-п). Источник сигнала имеет сопротивление 100 ом и связан с эмиттером через конденсатор. На выходе включен трансформатор. Сопротивление первичной обмотки трансформатора мало и им можно пренебречь. Определить Rt, RB, £i,£2, максимальную мощность на выходе и мощность рассеивания. Считать, что максимальная рабочая температура равна 70°С. Характеристики транзистора 2N83, включенного по схеме с общей базой, даны на рис. 2-83. Решение

1. Определяем максимальную мощность рассеивания на коллекторе.

На основании п. 1 предыдущего примера максимально допустимая мощность рассеивания на колекторе равна:

1кЧ00ма

Ег=13в

Рис. 2-84. Схемы усиления для примера 2-<i.


. = 2,0 вт при

: 0,01.

Крит

2. На характеристике транзистора 2N83 строим кривую, соответствующую мощности рассеивания 2 вт, как показано иа рис. 2-83.

3. Строим линию нагрузки и определяем положение рабочей точки так, чтобы обеспечить хорошую линейность для больших амплитуд тока эмиттера.

Для линии нагрузки, показанной на рис. 2-83, рабочая точка (точка касания с кривой, соответствующей мощности рассеивания 2 вт) определяется значениями /к = 62,5 ма, UK = = 30 в. Тогда

=ода=480 ож-

4. Определяем необходимый коэффициент стабильности S. Значение £/крит (см. п. 4 примера

2-4) равно:

Крит

: 3 000 в.

0,01 0,01

Для полученного 7/крит и мощности рассеивания 5 вт при 25° С коэффициент стабильности должен быть 3,5 или меньше. Для схемы с общей базой при внешнем сопротивлении в цепи базы, равном нулю (Rn = 0), S = 1 [см. уравнение (2-99)]. Таким образом, стабильность обеспечивается

5. Определяем величину сопротивления Rt. Схема показана на рис. 2-85. Чтобы уменьшить нагрузку источника, Rt должно быть

10RC

или больше. Примем

приблизительно Ri = 1 000 ом.

6. Определяем напряжения источников питания £t и £2.

На основании схемы, изображенной на рис. 2-85, и учитывая, что напряжение между эмиттером и базой очень близко к нулю, можно написать уравнения для определения напряжений Ei и £2 (направление токов показано на рис. 2-85):

£, = - /э/?,; Ea = UK.

находим :

Из характеристик на рис. 2-83 = 0,067 а. Таким образом,

Et = - 0,067 • 1 000 == - 67 в; £2 = + 30 в.

7. Определяем мощность, потребляемую от источников питания:

Р0 = £8/к + £,/, = 1,88 + 4.49 = 6,37 вт.


Рис. 2-85. Схема с общей базой для примера 2-5.

8. Определяем выходную мощность и к.п.Д.

Рн =

н) (Ас.макс " к)

(30 -0) (0,125-

- 0,0625)

= 0,94 вт;

0,94

= 14,8 %

Пк~ Р0~~ 6,37

Сравнение результатов, полученных при решении примеров 2-4 и 2-5, иллюстрирует преимущества каждого типа схемы:

Параметр

Общая база

Общий эмиттер

Линейность

6,37 вт 0,94 вт 14,8»/,, Отличная

3,48 вт 0,34 вт 9,8о/0 Хорошая

Следует отметить, что применение RC-связи и значение сопротивления связи 1 000 ом приводят к значительному уменьшению к.п.д. схемы. Трансформаторный вход с этой точки зрения гораздо экономичнее.

2-9и. h-параметры транзистора. Чтобы дать полную характеристику транзистора, включенного по схеме с общей базой, общим эмиттером или общим коллектором, необхо-



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