схема все материалы / Лекционные материалы 2012 / 11 Влияние дестабилизирующих факторов на работу транзисторно
.pdfВлияние дестабилизирующих факторов на работу транзисторного каскада
Под влиянием дестабилизирующих факторов возникают следующие изменения параметров транзисторов:
- изменения номинального напряжения база-эмиттер Uбэ;
- изменения коэффициента передачи тока коллектора Δβ; - изменения обратного тока коллектора Iок.
Каждая из составляющих обусловлена двумя независимыми причинами
– изменениями температуры и технологией изготовления транзистора, по-
этому Uбэ= Uбэt+ Uбэт, Δβ= Δβt+ Δβт, Iок= Iокt+ Iокт.
Температурные составляющие этих отклонений можно оценить с помощью следующих соотношений Uбэt=-2,1·10-3·Δt (температурный коэффици-
ент минус 2,1 мВ/градус); Δβ=β·0,005·Δt; I |
=I (ea t-1), где a=0,06 для |
ок |
ок |
кремниевых транзисторов, и a=0,02 – для герамниевых. |
|
Каждая составляющая порождает соответствующие изменения тока кол- |
|
лектора |
|
Iк= I1( Uбэ)+ I2(Δβ)+ I3( Iок).
Задача заключается в том, чтобы, зная составляющие нестабильностей Uбэ, Δβ и Iок, вычислить суммарную нестабильность постоянного тока
коллектора Iк.
Для решения этой задачи воспользуемся теоремой об эквивалентном генераторе, утверждающей, что любую 2-полюсную цепь, содержащую произвольное число резисторов, источников тока и источников ЭДС, можно эквивалентным образом представить в виде одного источника тока с параллельно включенным эквивалентным сопротивлением или в виде одного источника ЭДС с последовательно включенным сопротивлением (рис. 1).
1
Рис. 1
Эта теорема позволяет цепи, внешние по отношению к выводам транзистора представить в эквивалентом виде (рис. 2а).
Рис. 2
С точки зрения анализа действия дестабилизирующих факторов при условии обеспечения положения ИРТ наличие источников постоянной ЭДС на выводах транзисторов не имеет значения, и эквивалентная схема каскада может быть представлена так, как показано на рис. 2б.
Влияние дестабилизирующих факторов на схеме можно отразить с помощью дополнительных источников тока и напряжения (рис. 3), а их действие приводит к тому, что положение ИРТ изменяется по сравнению с тем, что было обеспечено исходной схемой.
2
Рис. 3
Для анализа влияния источников нестабильности на ток коллектора воспользуемся малосигнальными параметрами. Необходимо найти зависимости
I1( Uбэ), I2(Δβ) и I3( Iок).
1. I1( Uбэ). Эквивалентная схема каскада по отношению к источнику Uбэ представляет собой схему ОБ (рис. 4а).
|
|
|
|
|
|
Рис. 4 |
|
Нестабильность коллекторного тока |
|||||||
|
|
|
|
I |
U1 |
UбэKвхобF KобF , |
|
|
|
|
|
1 |
Rк |
Rк |
|
|
|
|
|
|
|||
где KобF |
|
|
g21Rк |
– коэффициент передачи каскада ОБF, а в цепи базово- |
|||
1 |
g11Rб |
||||||
|
|
|
|
||||
го вывода установлено сопротивление Rб; KвхобF – коэффициент передачи входной цепи каскада ОБF, определяемый с помощью схемы рис. 4б:
3
KвхобF |
|
|
RвхобF |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
. |
|||||
RвхобF Rэ |
1 RэGвхобF |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
Входная проводимость схемы ОБF равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
GвхобF |
|
|
|
|
g21 |
|
|
|
|
|
g21 |
|
. |
||||||
1 |
g11RF |
|
1 |
g11Rб |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
В результате |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
KвхобF |
|
|
|
|
1 g11Rб |
|
|
. |
|
|
|
||||||||
1 |
g11Rб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
g21Rэ |
|
|
|||||||||||
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
Uбэg21 |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
g11RбRб g21Rэ |
|
|
|||||||||||||||
2. Нестабильность коэффициента передачи тока Δβ проявляет себя двоя- |
|||||||||||||||||||
ким образом I2(Δβ)= I2.1(Δβ)+ I2.2(Δβ). Первая составляющая обусловле- |
|||||||||||||||||||
на непосредственным влиянием Δβ на ток коллектора |
I2.1(Δβ)= ΔβIб0. Вто- |
||||||||||||||||||
рая составляющая порождается падением напряжения, создаваемым током ΔβIб0 на эквивалентном сопротивлении эмиттерной цепи (рис. 5а).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
U |
|
βI |
|
RэRвхобF |
|
|
|
Rэ |
|
|
βI |
|
|
R |
|
1 g11Rб |
|
. |
|||||||||
э |
б0 R R |
1 R G |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
б0 э 1 g R |
g R |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
э |
вхобF |
|
|
|
|
э вхобF |
|
|
|
|
|
11 |
б |
21 |
э |
|
|||||||
|
Это падение напряжение оказывается приложенным к переходу база- |
||||||||||||||||||||||||||
эмиттер с противоположным знаком и усиливается каскадом ОБF, выделяясь |
|||||||||||||||||||||||||||
на коллекторном сопротивлении. Изменения тока коллектора составят |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
I |
2.2 |
βI |
б0 |
R |
|
1 g11Rб |
|
|
|
g21Rк |
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 g R |
R |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
э 1 |
g |
R |
g R |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 б |
|
|
21 э |
|
|
11 |
б |
|
к |
|
|
|||||
|
|
|
βIб0Rэ 1 g R g R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g21Rэ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
б |
21 |
|
э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
со знаком, противоположным знаку изменения тока |
|
I2.1. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
4
Полная нестабильность коллекторного тока, обусловленная Δβ равна
I2 βIб0 βIб0Rэ |
g21Rэ |
|
βIб0Rэ |
1 g11Rб |
||||
|
|
|
|
. |
||||
1 g R g |
R |
1 g R g |
R |
|||||
|
|
11 б |
21 э |
|
|
11 б |
21 э |
|
Знак "минус" в последнем выражении связан с тем, что рассматривае- |
||||||||
мые составляющие тока имеют противоположные знаки. |
|
|
|
|
||||
3. Влияние нестабильности обратного тока коллектора также проявляет- |
||||||||
ся двояко I3( Iок)= I3.1( |
Iок)+ I3.2( Iок). Первая составляющая – это не- |
|||||||
посредственное протекание |
Iок в выходной цепи I3.1= |
Iок. Вторая состав- |
||||||
ляющая обусловлена протеканием этого тока в базовой цепи транзистора (рис. 5б) и созданием разности потенциалов
U |
|
I |
|
|
|
RбRвхоэF |
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
Rб |
|
I |
|
|
|
|
1 g21Rэ Rб |
. |
||||||||||||
б |
|
|
|
|
|
|
ок 1 |
R G |
|
ок 1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
ок R |
R |
|
|
|
|
|
|
|
g R g R |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
б |
|
вхоэF |
|
|
|
|
|
|
|
|
б вхоэF |
|
|
|
|
|
11 |
б |
|
21 э |
||||||||||
Это изменение оказывается приложенным к перехода база-эмиттер с тем |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
же знаком, оно усиливается схемой ОЭF, в результате чего изменение тока |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
коллектора равно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 g |
|
R |
R |
|
g21Rк |
1 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 э |
|
б |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
I3.2 |
Uб KоэF |
|
Iок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
R |
1 g R g |
|
R |
|
1 g |
R |
|
R |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
б |
21 э |
|
|
21 э |
|
к |
|
|
||||||||
|
|
Iок |
|
g21Rб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 g R g R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
11 б |
21 |
э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
а его направление совпадает с направлением изменения |
|
I3.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
Полная нестабильность тока коллектора, обусловленная 3 фактором яв- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ляется суммой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
I3 Iок Iок |
|
|
g21Rб |
|
|
|
|
Iок |
1 g11Rб g21Rэ g21Rб |
. |
||||||||||||||||||||||||||
1 g R g |
|
|
R |
1 |
g R g R |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 б |
|
|
|
21 э |
|
|
|
|
|
|
11 б |
21 э |
|
|
|||||||||||||
Если учесть, что g21>> g11, а также при условии Rб>> Rэ, то |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I3 Iок |
|
|
1 g21Rб |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 g R |
g R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 б |
|
21 э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Тогда суммарная нестабильность тока коллектора, обусловленная всеми тремя факторами, составит
5
Iк I1 I2 I3
Uбэ |
g21 |
|
βIб0 |
1 g11Rб |
Iок |
1 g21Rб |
|
||||
1 g R g R |
1 g R |
g R |
1 g R |
g |
R |
||||||
|
|
11 б |
21 э |
11 б |
21 э |
|
11 б |
|
21 э |
|
|
|
Uбэg21 βIб0 |
1 g11Rб Iок 1 g21Rб |
|
|
|
|
|
||||
|
1 g11Rб g21Rэ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Заметим, что в многокаскадной схеме с непосредственными связями нестабильность тока коллектора последнего каскада обусловлено не только собственной нестабильностью, но отклонениями токов от их номинальных значений в предыдущих каскадах.
6