Источник тока с заземленной нагрузкой
Источник тока передает в нагрузку постоянный ток только до определенного конечного напряжения на нагрузке. В противном случае источник тока был бы способен генерировать бесконечную мощность. Диапазон выходного напряжения, в котором источник тока ведет себя как следует, называется рабочим диапазоном
Используются:
1. для задания неизменных режимов работы транзисторных каскадов, особенно в ОУ;
2. в качестве эмиттерной нагрузки дифференциальных каскадов с целью их симметрирования;
3. в качестве коллекторной нагрузки каскада с общим эмиттером (с целью увеличения коэффициента усиления).
При заданном Iк, Uбэ базы – эмиттер и h21 эмиттер несколько изменяются при изменении Uкэ.Кроме того, они зависят от температуры F(t).
ΔUбэ=-0.001ΔUкэ – эффект Эрли.
Недостатки источников тока:
При заданном I коллектора Uбэ и коэффициент h21 несколько изменяются при изменении U коллектор-эмиттер. Изменение Uбэ, связанное с изменением Uнагр, вызывает изменение Iвых , так как Uэ (а следовательно, и Iэ ) изменяется, даже если Uб фиксировано. Изменение значения коэффициента h21 приводит к небольшим изменениям выходного Iк при фиксированном Iэ, так как Iк = Iэ - Iб; кроме того, немного изменяется Uб в связи с возможным изменением сопротивления источника смешения, обусловленного изменениями коэффициента h21э (а следовательно, и тока базы). Все эти изменения приводят к тому, что источник тока работает хуже, чем идеальный: выходной ток немного зависит от U и, следовательно, его сопротивление не бесконечно.
Uбэ и коэффициент h21э зависят от температуры. Поэтому, при изменении температуры возникает дрейф Iвых. Кроме того, температура перехода изменяется при изменении Uнагр (в связи с изменением мощности, рассеиваемой транзистором) и приводит к тому, что источник работает не как идеальный.
7. Схема расщепления фазы (фазоинвертор) с единичным коэффициентом усиления. Применение.
Iк = 1mА;
rэ0 = φT/ Iк = 25 Ом;
Ku = Rк/(Rэ + rэ0) ≈ Rк/Rэ = 1.
Может использоваться в двухтактных усилителях.
8. Модель Эмберса – Молла.
Iк = Iэ0(eUбэ/φт – 1)
Начальный ток эмиттерного перехода Iэ0 зависит от мощности транзистора, его конструкции и температуры, а также от ширины эмиттерного перехода.
φT – тепловой потенциал.
φT = кТ/q, где
к – постоянная Больцмана;
q – заряд электрона.
rэ0 = φT/ Iк – внутреннее сопротивление эмиттера.
Тепловой коэффициент Uбэ = 2.1 mВ/ºС. Это означает, что при увеличении напряжения на коллекторе на 1В необходимо уменьшить Uбэ на 1 mВ с целью сохранения тока неизменным.
9. Нелинейные искажения при R э = r э0.
Кu = Rк/ rэ0 = Rк*Tк/ φT = Uп – Uк/ φT.
Кu увеличивается если увеличивается Iк или меньше Uк.
10. Схемы задания общей точки. Недостатки. Применение.
Iк0 = Iб0*h21 = (Uп – Uбэ/Rб)*h21.
Недостатки: зависимость от h21.
R1 осуществляет параллельную ООС по напряжению, что стабилизирует положение рабочей точки. Напряжение на базе определяется напряжением на коллекторе. Если Iк по какой – то причине увеличивается, Uк – уменьшается, а значит изменяется Uбэ и ток вернётся к прежнему.
Недостатки: параллельная ООС уменьшает входное сопротивление.
Делим резистор на два и среднюю точку подключаем к земле через конденсатор.
С устраняет ООС для переменного тока, а значит увеличивает входное сопротивление.
11. Токовые зеркала (эффект Эрли). Недостатки. Применение.
Iпр = Iн.
VT1 и VT2 расположены на одном кристалле в непосредственной близости друг от друга и имеют одинаковые параметры и температуру. То есть имеет место однозначное соответствие между Uбэ и Iк. Задавая ток коллектора на мост транзисторов мы вызываем такое изменение Uбэ, что ток коллектора второго транзистора в точности соответствует току первого.
Недостатки: эффект Эрли.
Эффект Эрли заключается в том, что изменение напряжения между коллектором и эмиттером влечет изменение напряжения между базой и эмиттером.
Уменьшить эффект Эрли можно введением в эмитторные цепи резисторов обратной связи либо путём использования зеркала Уилсона.
Токозадающим является VT1, включённый по схеме с ОЭ.
Uк1 = Uп – 1.2 – подавлен эффект Эрли.
VT3 включён по схеме с ОБ. Усиливает напряжение на Rн таким образом, чтобы обеспечить заданный Iпр.
Токовые зеркала используются в качестве коллекторной нагрузки ДУ и ОУ, что позволяет увеличивать их Кu даже в большей степени, чем при использовании коллекторной нагрузки источника тока. Токовые зеркала и отражатели токов также используются для задания режимов работы сложных электронных устройств и схем в том числе интегральных.
12. Отражатели тока.
Токовые зеркала используются в качестве коллекторной нагрузки ДУ и ОУ, что позволяет увеличивать их Кu даже в большей степени, чем при использовании коллекторной нагрузки источника тока. Токовые зеркала и отражатели токов также используются для задания режимов работы сложных электронных устройств и схем в том числе интегральных.
13. Режимы работы транзисторов: активный (усилительный), инверсный, насыщения.
Основные режимы работы биполярных транзисторов:
1. Активный (усилительный) режим: эмиттерный p-n включён в прямом направлении, приоткрыт, коллекторный в обратном, закрыт. Характеризуется большим KI. Основной режим работы.
2. Инверсный режим: эмиттерный переход смещён в обратном направлении, коллекторный – в прямом. Недостатки: малый Ki и Uбэmax. Достоинства: высокое быстродействие, малое напряжение насыщения. Используется в быстродействующих переключающих схемах
KIинв<< 1/10* KIусил (KIинв< 1/10* KIусил)
UПmax< 7 В
Эмиттерный переход сильнолегирован, коллекторный – слабо (с целью уменьшения UКmax).