Определения для остаточного тока через транзистор и остаточного напряжения на выходе транзисторного ключа.

Под остаточным током подразумевается ток неосновных носителей через закрытый транзистор. Его величина очень незначительна и чаще всего им пренебрегают, но при повышении температуры, мощности и частоты с ним приходится считаться. Зависимость тока неосновных носителейот температуры (этот ток удваивается при изменении температуры на каждые 10 ^оС у германиевых транзисторов и на каждые 8 ^оС у кремниевых);

Самое ощутимое влияние на работу транзистора при повышении температуры оказывает остаточный ток. За счет этого тока может произойти тепловой пробой.

Остаточное напряжение обозначим через U_ост ─ напряжение на выходе открытого до насыщения транзистора (когда на входе ключа действует отпирающий импульс ). Для получения минимального остаточного напряжения транзисторные ключи работают на крутом участке коллекторной ВАХ транзистора. Минимальное напряжение на выходе насыщенного транзистора составляет 0,05¸ 0,1 В. Такое напряжение на выходе характерно для режима двойной инжекции, когда эмиттерный и коллекторный переходы находятся в прямосмещённом состоянии. Инжекция носителей в базу идёт и из эмиттера, и из коллектора. В базе происходит накопление неосновных носителей, на рассасывание которых потребуется определённое время. Таким образом, в режиме двойной инжекции транзистор приобретает инерционность, и его переключающие свойства ухудшаются. Ухудшается быстродействие ключа в целом, и чем глубже насыщение транзистора, тем оно хуже.

 

Экзаменационный билет № 26

Дифференциальный усилитель: схема симметричного ДУ с общим резистором в эмиттерных цепях, принцип действия, режимы, основные параметры.

Дифференциальный усилитель (ДУ) относится к разряду усилителей постоянного тока (УПТ). УПТ служат для усиления медленно меняющихся сигналов или сигналов, значение которых после изменения остается сколь угодно долго. Нижняя рабочая частота усилителя  f_н = 0, а верхняя определяется назначением усилителя и условиями его работы.

УПТ широко применяются в измерительных устройствах, в системах автоматического регулирования, в различных стабилизаторах.

Особенностью УПТ является непосредственная (гальваническая ) связь между каскадами, Это объясняется тем, что ни конденсатор, ни трансформатор не пропускают постоянную составляющую тока.

Недостатком УПТ является «дрейф нуля» - наличие сигнала на выходе при его отсутствии на входе.

 

ДУ усиливает разницу между двумя сигналами, поступающими на базы транзисторов VT1 и VT2. Фактически ДУ представляет собой два совмещённых каскада усиления. Выходное напряжение снимается между коллекторами VT1 и VT2.

Схема, называется симметричным ДУ: схема усиливает разницу сигналов U_вх1и U_вх2, а на выходе снимается разница напряжений U_вых1и U_вых2.Если на входы ДУ поступают сигналы, совпадающие по фазе, то токи, протекающие через VT1 и VT2, в идеально симметричной схеме одинаковы и равны

 

В схеме ДУ транзисторы, работая в активном режиме, открыты всё время.

В зависимости от характера входного сигнала будет формироваться выходное напряжение. Различают два разных вида входных сигналов:

Синфазный сигнал - на базах обоих транзисторов действуют два напряжения, одинаковые по величине и совпадающие по фазе.

 Потенциалы баз транзисторов меняются одинаково, что вызовет одинаковые по величине изменения потенциалов коллекторов. Если схема ДУ абсолютно симметрична (R_к1 = R_к2), то напряжение на выходе ДУ будет равно нулю («дрейф нуля» отсутствует). В реальном ДУ любые изменения температуры, напряжения питания, появление помех, старение элементов приводят к появлению синфазного сигнала. Только при идеально симметричной схеме ДУ не произойдёт изменения напряжения на выходе в режиме дифференциального сигнала при наличии синфазного сигнала, и «дрейф нуля» на выходе полностью будет отсутствовать.

Дифференциальный сигнал - на базы VT1 и VT2 подаются два одинаковых по величине, но противоположных по фазе сигнала:

 

                  

Возрастание потенциала базы одного транзистора сопровождается одновременным уменьшением базы другого.

Таким образом, под воздействием входного дифференциального сигнала базовые токи транзисторов получают приращения ±∆i_б:приращения тока i_б1будет положительным, а i_б2─  отрицательным. Следовательно, происходят приращения токов коллектора и эмиттера (±∆i_к, ±∆i_э). В результате происходит одновременное возрастание потенциала коллектора одного транзистора (VT₂) и уменьшение потенциала коллектора другого транзистора (VT₁).

В этом случае:

Выходное напряжение ДУ является разностью потенциалов между коллекторами транзисторов (U_вых2 ─ U_вых1), поэтому, при таком характере сигналов на входе, на выходе сигнал оказывается равным 2½DU_к|.

Таким образом, сигналы, действующие на входах, можно представить как сумму двух сигналов ─ дифференциального и синфазного.

Рабочим режимом для ДУ является режим дифференциального сигнала, и из уравнений, приведённых выше, имеем:

для дифференциального сигнала

                                        

длясинфазного сигнала

                                   

Важными параметрами для ДУ являются:

Коэффициент усиления дифференциального сигнала

Напряжения, действующие на входах:

    

В соответствии с первым законом Кирхгофа имеем

В случае полной симметрии схемы ДУ токи эмиттеров VT₁ и VT₂ будут равны где r_э─ сопротивление эмиттерного перехода.

Ток эмиттера и ток коллектора связаны статическим коэффициентом передачи «α». Напряжения на выходе каждого плеча схемы:

где

 

 

Напряжение на выходе ДУ

 

И, окончательно, коэффициент усиления дифференциального сигнала в схеме ДУ будет равен

Чем меньше сопротивление эмиттерного перехода, тем больше коэффициент усиления дифференциального сигнала.

 

Коэффициент усиления синфазного сигнала

Для левой и правой ветви схемы будет справедливо уравнение

Сопротивлением эмиттерного перехода мы пренебрегли, так как по сравнению с сопротивлением резистора R_эоно мало.

В режиме синфазного сигнала при полной симметрии схемы выходные напряжения U_вых1 и U_вых2 будут равны

И, окончательно, коэффициент усиления синфазного сигнала в схеме ДУ будет равен

Из этого уравнения ясно, что чем больше сопротивление резистора R_э, тем меньше коэффициент усиления синфазного сигнала.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала. Пожалуй, это главный параметр ДУ, потому что синфазный сигнал ─это сигнал помех.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала показывает во сколько раз коэффициент усиления дифференциального сигнала больше коэффициента синфазного сигнала

В случае идеального симметричного усилителя уровень синфазного сигнала на выходе равен нулю. Но в реальных схемах ДУ «дрейф нуля» всегда имеет место, так как добиться полной симметрии плеч невозможно. Дифференциальные усилители, схемы которых можно отнести к усилителям самого высокого качества, имеют коэффициент подавления синфазного сигнала около 10⁴…10⁵. Коэффициент подавления синфазного сигнала выражают обычно в децибелах.

Входное сопротивление ДУ в режиме дифференциального сигнала равняется удвоенному входному сопротивлению каждого плеча

Сопротивление r_э обратно пропорционально току покоя I_эп, поэтому, для увеличения входного сопротивления целесообразно использовать ДУ в режиме малых токов ─ в микрорежиме. Кроме того, целесообразно использовать транзисторы с высоким «β»

Коэффициент передачи тока базы такой схемы равен произведению коэффициентов трёх транзисторов

Применение составного транзистора, кроме увеличения входного сопротивления, вызывает уменьшение входного тока, что немаловажно при использовании схемы ДУ в интегральном исполнении.

Входное сопротивление для синфазной составляющей сигнала определяется сопротивлением цепи эмиттера R_э.

Так как сопротивлением цепи эмиттера R_э намного большесопротивления r_э, то r_{вх.синф} >> r_вх.диф

 

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2344; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!