книги / Стабилизация параметров транзисторных усилителей

а)

при

п р е о б л а д а н и и

о б р а тн о й

свя зи ,

п о с л е д о в а т е л ь ­

ной по н а п р я ж е н и ю (р и с. 4 -5,а ) ,

Ш

0.01

(4-65)

F fJ

-

+

2 '0.сУ

о тк у д а

Z

_ _г.

KyiR'o. 01 .

(4-66)

-=т------ г - 1

О.С1/

-- 1

б)

при

преобладании

обратной

связи ,

параллельной по

т о к у

(р и с.

4 -5,

б),

р п

- 1

1

Kn

R’o v

(4-67)

'

+

2 "о.с/

'

о т к у д а

Z "

~

К п

R,°-e2 ;

(4-68)

о.с/ ~

F " — 1

в) п р и п р е о б л а д а н и и о б р а т н о й с в я зи , п а р а л л е л ь н о й

но н а п р я ж е н и ю

(ри с.

4 -6 ,а ) ,

1 /

1

* \ d /

(4-69)

о т к у д а

7 "

_

.

(4-70)

^

OC.t/~

Р 'у _ 1

’

токе,

охватывающая

нечетное

число

каскадов.

с* — параллельная по

напряжению;

б — последовательная но

току.

■г)

'При

п р е о б л а д а н и и

о б р а т н о й

с в я з и , п о с л е д о в а т е л ь ­

ной п о

т о к у (р и с . 4 - 6 ,6 ),

%П R'o.OlR'o.Ci

1

+

7

~Т’

(4-71)

^ 0X1^

о.с/

о т к у д а

•К/е R'qM WО.Ci

(4-72)

l ? 7 = T

j z

DZ1

ного

сп о

со б а

с т а б и л и за ц и и н а к л а д ы в а е т то о б с то я те л ь ­

ств о ,

что

о н

не п о зв о л я е т о су щ естви ть р аб о ч и е реж и м ы ,

о б р а т н а я 'связь, р е а л и з у е м а я

в

ви д е со ч етан и я м еж к ас -

к а д н о й о т р и ц а т е л ь н о й

о б р а т н о й

с в я зи

с м естн ой

п о л о ­

ж и т е л ь н о й

о б р а т н о й

свя зью .

П о л у ч е н н о е

ф о р м у л ы п о ­

зв о л я ю т «выполнить р а с ч е т п а р а м е т р о в

м н о го к аск ад н ы х

у с и л и те л ей

с м н о го к а н а л ь н о й

О О С . П р и

этом д л я

о с н о в ­

ны х ти п о в

сх е м .р е а л и за ц и и

м е ж к а о к а д н о й

О О С

м огут

п о с р е д с т в е н н у ю с в я зь

м е ж д у

вели ч и н о й в о зв р а т н о й

р а з ­

н ости и

к о эф ф и ц и е н то м р еж и м н о й

н естаб и л ьн о сти ,

что

в а ж н о

при

'реш ен и и

з а д а ч

с т а б и л и за ц и и п а р а м е тр о в

т р а н зи с т о р н ы х у с и л и те л ей п у тем

с о гл ас о в ан н о го

вы б о р а

р а б о ч и х

р е ж и м о в на

п осто ян н о м

и

.перем енном

токе.

Г л а в а

п я т а я

К о м п е н с ац и о н н ы е

м ето д ы

в об щ ем

сл у ч а е

о сн о ван ы

.на

п р и м ен ен и и

э л е м е н т о в

(у з л о в ),

о б есп еч и ваю щ и х

и зм ен е ­

ние

вел и ч и н ы

п а р а м е т р а

эл ек тр и ч ес к о й

цепи,

о б р а тн о е

по

з н а к у

и зм ен е н и ю ,

в ы зы в а е м о м у д ей стви ем

с о о тв етс т ­

ву ю щ и х д е с т а б и л и зи р у ю щ и х ф а к то р о в .

П о

с п о с о б у р е а л и за ц и и

р а з л и ч а ю т

ко м п ен сац и о н н ы е

м ето д ы ,

о б е сп е ч и в а ю щ и е

с т а б и л и за ц и ю

х а р а к т е р и с т и к

си стем

п у т е м

п о д ач и

к р е гу л и р у ем о м у

э л ем е н ту

(у зл у )

ч ер ез

д о п о л н и те л ь н у ю

в е т в ь с и гн а л а

или п ом ехи,

д е й с т ­

ву ю щ и х

в н у т р и с о о тв етству ю щ и х

цепей,

л и б о

п р е д у с м а ­

т р и в а ю щ и е

и с п о л ь зо в а н и е

в н е ш н и х

и сточн и ков к о м п е н ­

си р у ю щ е го

в о зд е й с т в и я .

В то р о й

м ето д

н е

н аш ел

ш и р о ­

кого р а с п р о с т р а н е н и я

в тр а н зи с то р н о й

эл ек тр о н и к е ,

т а к

к а к

он

п р и м ен и м

л и ш ь в

с л у ч а я х ,

к о гд а

им ею т

м есто

д е ­

с т а б и л и зи р у ю щ и е

в о зд е й с тв и я

р егу л я р н о го

ти п а

[Л .

27].

ств и ю н и зк и х

т е м п е р а т у р д а ж е

т р и п р и м е н е н и и

м о р о з о -

с то й к и х и о с о б о -м о р о зо сто й к и х

к о н д е н с а т о р о в

[Л .

92].

Н е л ь з я т а к ж е н е у ч и т ы в а т ь т о г о , ч то у п о м я н у т ы е

к о н д е н с а т о р ы

и м е ю т

с р а в н и т е л ь н о

н е б о л ь ш о й

с р о к

с о з д а т ь у с и л и т е л и и г е н е р а т о р ы б е з

э л е к т р о л и т и ч е с к и х

к о н д е н с а т о р о в . В э т о м с л у ч а е о б е с п е ч и в а ю т с я в е с ь м а

ш и р о к и е в о з м о ж н о с т и . В ч а с т н о с т и ,

м о ж н о о б е с п е ч и т ь

и зм е н е н и е к о э ф ф и ц и е н т а р е ж и м н о й н е с т а б и л ь н о с т и о т О

д о

1

что п о з в о л я е т и с п о л ь з о в а т ь к а с к а д ы с т е р м о -

с т о р а п р и к о л е б а н и я х т е м п е р а ­

ту р ы о к р у ж а ю щ е й

ср еды .

Н а

рис.

6 -2

'п р и вед ен ы д а н ­

ны е, х а р а к т е р и з у ю щ и е и зм е н е ­

н и я с о п р о ти в л е н и я

р е зи с то р а

Rz,

п р и

к о то р ы х о б е сп е ч и в а е тс я

в ы п о л н ен и е у с л о в и я / к= c o n st.

И з м е р е н и я п р о и зв о д и л и с ь п р и

Рис. 5-1. Схема измере­

и зм ен ен и и

о к р у ж а ю щ е й

т е м п е ­

р а т у р ы в и н т е р в а л е о т + 2 5 д о

ния

угла

наклона

ком­

пенсационной

характери­

+ 6 0 °

с ту п ен я м и

ч ер ез

5 ° С .

стики

усилительного кас­

К а ж д а я

из

ф и к с и р о в а н н ы х

када.

т е м п е р а т у р

п о д д е р ж и в а л а с ь

д о у с т а н о в л е н и я

тр е б у е м о го теп л о во го

р е ж и м а

т р а н з и ­

с то р а .

-

к

,

Л

*2é

1,0

-

R'20

0,8

3

^ 9

0.6

0,5

" I

4

О,*

к

L

0.3

— О О О

Г —i

42 <

*

— А

у\

А

К

2,6лат

7

г -

Г~

0,2 _ <

X

X

/К= вU4T

—1с1

• о

4- *4-

■Ц jг

=

7,8м а

» àи

Д

OJ

*

t

30

35

40

К

50

55

25

50°0

Рис. 5-2. Зависимость /?2«//?м=ф(0

Для

транзистора

П13А.

Р а б о ч а я т о ч к а в к а ж д о м из р еж и м о в р а с п о л а г а л а с ь

п р и м е р н о

в ср ед н ей

ч асти

-нагрузочной

х а р а к т е р и с т и к и ,

что

к о н т р о л и р о в а л о с ь

п о

си м м етр и ч н о м у

о гр ан и чен и ю

с и г н а л а .

С о гл а с н о о б о зн а ч е н и я м ,

п р и н яты м

н а

рис. 5-2, Rzо и

х о д н о й

т е м п е р а т у р е и п ри

о тк л о н ен и и от нее.

П р и в е д е н н а я э к с п е р и м е н т а л ь н а я за в и с и м о ст ь п ри л и ­

н ей н о м

м а с ш т а б е п о оси

а б сц и с с и л о га р и ф м и ч е с к о м по

оси о р д и н а т м о ж е т б ы ть

а п п р о к с и м и р о в а н а в ы р а ж е н и е м

Кгt ___ iQ(tec + Л/*еч>)

(5-1)

где

с — кон стан та,

о п р ед ел яем ая

исходной

то ч к о й о т с ч е ­

та

/?2*/#2о;

t —‘текущ ее

зн ачен и е

те м п е р а т у р ы ,

°С ;

to —

н ач ал ьн о е значение тем п ер ату р ы ,

°С; A l —(о— /;

ф — у го л

н аклон а прям ой R z t/R w = xlr ( t ) .

И з

рис.

5-2 видно,

что

д л я

т р а н зи с то р о в

Г И ЗА

tgq> —

= 0,0 2 0 6 ,

причем

н е

н аб л ю д ается

за м е т н о

в ы р а ж е н н о й

зависим ости

от

тока

к о л л е к т о р а .

Д л я

т р а н з и с т о р о в

П 13 — П 15

со гл асн о эк сп ер и м ен тал ьн ы м

д а н н ы м

с р е д н е е

значение tg фср*=г0,0215. П р и

и зм ен ен и и

то к а к о л л е к т о р а

от

100

до

500 м а

у тр ан зи сто р о в

П 201

t g ср в о з р а с т а е т

от 0,0129 до 0,021, у

тр ан зи сто р о в

П 4 Б — о т

0 ,029

д о

0,032

и у

тр ан зи сторов

П 4 А — от

0,03

д о

0,046

И з

излож енного

следует, что з а д а ч а

с т а б и л и з а ц и и

р а ­

бочей

точки

в уси ли тельн ы х

к а с к а д а х

« а т р а н з и с т о р а х

м ож ет

быть

реш ена

путем

п р и м ен ен и я

в к а ч е с т в е

R 2i

рези стора,

сопротивление

которого

и зм ен я е т ся

с

т е м п е ­

ратурой по

закон у, в ы р а ж е н н о м у

соо тн о ш ен и ем

(5 -1 ).

С ледует

о тм ети ть,

что

ан ало ги ч н ы й

э ф ф е к т

м о г

бы

бы ть

достигнут и

в

сл у чае

п ри м ен ен и я

р е зи с т о р а

/?3,

с о ­

противление

ко торого

в о зр а с т а е т

с у в е л и ч ен и е м ,

т е м п е ­

ратуры

прим ерно

по

эксп о н ен ц и ал ьн о м у

з а к о н у .

О д н а ­

ко

данны й способ

в

н асто я щ ее в р е м я

н е

н а ш е л

п р а к ­

тического

прим енения

вви д у тр у д н о сти

п о д б о р а

с о п р о ­

тивления

ç

соответствую щ ей

тем п ер ату р н о й

з а в и с и м о ­

стью.

В

качестве р ези сто р а R u

м огут

бы ть

п р и м ен ен ы т е р ­

мисторы , полуп роводн и ковы е

ди оды ,

р -п

п е р е х о д ы

т р а н ­

зисторов.

С опротивление

тер м и сто р а

к а к

ф у н к ц и я

о т

т е м п е р а ­

туры

м ож ет

бы ть п р ед став л ен о в

ви д е

[Л . 48]

| * = е х р В '^

и л

(5-2)

10

гд е

R T

и R n — сопротивления

р аб о ч его

т е л а

т е р м и с т о р а

соответственно при

те м п е р ату р ах t и to\

В ' — к о э ф ф и ц и ­

ент,

х ар актер и зу ю щ и й

угол

н а к л о н а

з а в и с и м о с т и

/? т /# т о = Ф '(0 к оси абсц и сс

Ô, п р и ч ем

в

п р и н я т о м

в ы ш е

м асш таб е В '—2,33 tg Ô.

Д л я

терм и сторов вел и ч и н а

tg фт

я в л я е т с я

п р и м е р н о

постоянной . Т ак ,

д л я

терм и сторов

ти п а

М М Т -1

tg фт «

м и ст о р о в Т О С -М

tg(p*

« 0 ,0 1 2 .

Н а рис.

5-3

и

5-4

п р е д ст а в л е н ы

эк с п е р и м е н та л ь н ы е

за в и с и м о с т и

о т

т е м п е р а т у р ы

со п р о ти в л ен и й

гер м ан и евы х

п л о ск о стн ы х

д и о д о в

ти п а Д 7 ,

вк л ю ч ен н ы х

в о б р атн о м

Ogt

. *до

<,0

0,8

0,6

Ч " 'г

. I

0,5

О-

О,*

0,3

о,г

о

о,<

25

30

JS

W

*5

SO

É

55 С

20

SS SO

н а п р а в л е н и и , а

т а к ж е

с о п р о ти в л е н и я

эм и ттер — к о л л е к ­

то р т р а н з и с т о р о в П 1 3 Б .

Д л я д и о д о в

Д 7 Г ,

вк л ю ч ен н ы х

в п р я м о м

'н ап р авл ен и и ,

п р и

н а п р я ж е н и и

0,1 — 0,3

в

tgq>T « 0 ,0 2 2 3 ,

д л я д и о д о в

Д 7 Б

tg<pTæ 0 ,0 1 9 5 ,

а

д л я д и о д о в

Д 7

tg<pT« 0 , 0 1 6 — 0,022.

Н а к л о н

кр и во й

R m«l>R™ o=xV" (t)

д л я тр а н зи с т о р о в

П 1 3 Б

з а в и с и т от вел и ч и н ы

п р и р а щ е н и я т о к а к о л л е к т о р а .

Т а к ,

п р и Л /к* =

0,7

м а

t g срт «=0,007,

при

A /h- t = l ,2

м а

tg < p T « 0 ,0 0 9 ,

а

п ри

Д /к< = 2 ,2

м а

tgcpT« 0 ,0 1 3 . П о с л е д н ее

о б с т о я т е л ь с т в о ,

если

у ч и ты в ать,

к т о

п р и р а щ е н и е

то к а

ной

н е с т а б и л ь н о с т и , м о ж е т б ы т ь

эф ф е к ти в н о

и с п о л ь зо ­

в а н о

д л я с т а б и л и з а ц и и

р а б о ч е й

то ч ки п о с л ед у ю щ его к а с ­

к а д а

у с и л и т е л я

з а

с ч е т

со о тв етству ю щ его в ы б о р а

р а б о ­

ч его

р е ж и м а п р е д ы д у щ е го к а с к а д а .

П р и п о с тр о е н и и

у си л и тел ей ,

с т а б и л и з а ц и я

р аб о ч ей

то ч к и к о т о р ы х

о б е сп е ч и в а е тс я

з а

счет п р и м ен е н и я

в ц е ­

И м еется возм ож н ость о су щ естви ть

к о р р е к ц и ю у гл а

н акл о н а х ар ак тер и сти к соп роти влен и й

т е р м о р е з и с т о р о в

л а х ф > ф т,

тд е

ф и фт — соответствен н о

з а д а н н ы й

у го л

н аклон а и угол

н а к л о н а у п ом ян утой х а р а к т е р и с т и к и

д л я

конкретного ти п а тер м о р ези сто р а .

В

частности,

ко р р ек ц и я

в

п р е д ел а х О ^ Ф ^ ф т м о ж е т

бы ть

о сущ ествлен а

путем

п о д клю ч ен и я

к

т е р м о р е з и с т о -

KMt

U0

Озно

Of

о,о

0,6

0,4

0,3

Of

0,1

25

30

36

iO

i5

60

65

60

65

V

20

Рис.

5-4. Зависимость сопротивления

эмиттер—кол­

лектор транзистора П13Б от температуры при раз­

личной степени стабилизации рабочей точки и

./к2о°с=5 ма.

ру ом ического

р ези стора.

Е сли

р ези сто р

с о м и ч е с к и м

сопротивлением

R 'z

вк лю ч и ть

п о е л е д о в а т е л ь н о

т е р м о р е ­

зистору,

то

на осн ове .(5 -1)

п о л у ч и м

(Л . 92]:

i0(igc + A<tgV) _

/?i/^ o

(5-3)

1 _ ю<*® с + д< tB ^

Д л я

.практических

р асчетов

м о ж н о

п р и н я т ь

с « 1 .

С учетом этого

Df _

р

ioA<t** — lOAftg<?I

(5-4)

l _ 1 0 wtg4>

Е сли

п ар а л л е л ь н о

те р м о р ези сто р у

в к л ю ч и т ь

р е зи с т о р

с ом ическим соп роти влен и ем

R r\ ,

то

н а

о с н о в е

(5 -1 ) п о ­

лучи м [Л . 92]:

1 — 10<1вс-4- АМв Ч»

«

ю<1вс+ АНК,) «

а д

, /

k{ — ко эф ф и ц и ен т

делен и я

н ап р я ж ен и й

па

п о те н ц и о ­

м етре.

П р и

наличии

зави си м о сти

£/2î и

ki

от

т е м п е р а т у р ы

(соответствую щ ие

зн ач ен и я о б о зн ач ен ы

ч ер ез

Uzu и

к ц )

получим:

E = U 2 n l( l- h k u )

(l + ’^2t)

(1 + k n t) .

(5 -1 1 )

И з (5-9)

и

(5-11)

П ~W*i) О 4 - ^г) • •• П ~Мгп)

__1

(5-12)

^2nt (1 4“ ^If) (1 +

k2i)

... (1 + /5nt)

П ри

k i = k 2=

= ik n =fo

и 'k u = k 2t =

=

k n t — kt

из (5-12)

U * n t_

0

+

fe)n

(5-13)

Uîn

(1+ ftt)"*

В практических

схем ах

д л я

б о л ьш и н ства

ти п о в т р а н ­

зисторов

коэф ф и ц и ен т

д ел ен и я

н а п р я ж е н и й

н а

э л е м е н ­

тах цепочки п отен ц и ом етров

(k ),

к а к

'п р ави л о ,

н а х о д и т ­

с я в п р ед ел ах 50— 150.

И ссл едо ван и я

о д н о тактн ы х

и

д в у х т ак тн ы х

к а с к а д о в

на герм аниевы х

тр а н зи с то р а х

п о к а зы в а ю т,

что

п ри

с о ­

хранении

п о стоян ства

то ка

в

цепи к о л л е к т о р а

в и н т е р ­

вал е тем п ератур

о т

+ 2 0

д о

+ 6 0 ° С

о тн о ш ен и е

Rzo/Rzi

изм еняется

н е

более чем

в

9

р аз. К а к

у ж е

у к а з ы в а л о с ь

ранее, д л я

терм и сторов

в

у к а за н н о м д и а п а з о н е

т е м п е р а ­

тур R m IR t^ S .

Это

зн ачи т,

что

тр е б у е м а я

к р у т и зн а

и з ­

м енения

н а п р я ж е н и я

см ещ ен и я

п р и

п р и м ен ен и и

т е р м о -

сопротивлений д ан н ого ти п а

м о ж ет 'бы ть

п о л у ч е н а

п р и

наличии

двух -трех

звен ьев

п о тен ц и о м етр а

(п = 2 — 3 ) .

П р и ^ > Л > 1

Vint ^

/

R t \ п _

jqW п tg ч>

(5-14)

U2п

\

/

И з

(5-14)

сл ед у ет,

что

с х е м а ,

и з о б р а ж е н н а я

н а

рис. 5-5,

п р и

п >

1

к а к

'бы

о б л а д а е т

сво й ств о м у м н о ж е ­

ния ком п ен сац и он н ого

эф ф е к та , о б е сп е ч и в а е м о го

т е р м о -

р ези сто р ам и .

О ц ен ка

стаби льн ости

.рабочей

то ч ки

у с и л и т е л ь н о г о

к а с к а д а

с тер м о ко м п ен сац и ей .

Д л я

у с и л и т е л ь н о го

к а с ­

к а д а , с х ем а которого

и зо б р а ж е н а

н а

рис. 5-1,

п р и

^вх 20 *С

^

1 +

^20 »с

и

• Я.

^

1 + A f#

Ri

М20 .с

АГ*

As20 *С

1 + M t

^20 “С

Ait

1 +

-Л^20 *С