книги / Стабилизация параметров транзисторных усилителей

г д е

я,го

И M f =

Я21

(5-16)

^ 2 0

"С

2 вхо 20 -с

vDX0t

С учетом

то го ,

ч то

д л я

к а с к а д а

с общ им

эм иттером

î __ M l

®)

Лю

приняв,

ч то а

не

за в и с и т

от тем пера­

J 6 ----------------г----------

т у р ы 1, получим

[Л . 92]:

' к20 'С

= D ,

1 —

' ко 20 °С

D,/,ко*

(5-17)

/ Kf

(1 — а) / к20 оС

гд е

D t =

1 +

M t

-^20 “С

(5-18)

1 -(- м .20 °С

В о б л асти

тем ператур t <

20 °С

1 +

М {—{)

1 и м ож но

^ ( - 0

пренебречь

величиной Z )(_ t)/K0(_t)

в с л е д ст в и е ее м ал о сти .

Т о гд а и з (5-17)

М20 «с

^к20 °С

I + ^20

°С

(5-19)

’Arf-f)

^кого

'с

(1 — а) / к2о*-с

О т с ю д а

с

учетом

сделан н ы х

допущ ений

м ож но

и з

у с л о в и я / к20. с / / K ( - i ) = l

[оп ред ели ть

величину

УИ0ЦТ,

при

р а т у р а х

'б у д ет н есу щ ествен н о о тл и ч а ть с я

о т м и н и м а л ь н о

в о з м о ж н о г о :

М ,опт

’ к20 °С ( 1 - а )

(5-20)

— 1.

’к0 20 °С

К о с в е н н а я

э к с п е р и м е н т а л ь н а я 'п р о в ер к а ф о р м у л ы

(5 -20) м о ж е т

б ы ть

п р о и зв ед е н а п ри /?2,

р а вн о м н е к о т о ­

р ой к о н е ч н о й

в е л и ч и н е,

и R z = o o . В это м

сл у ч а е из (5-17)

At20 «С

^20 *С

_____________ Л(0 20 *С_________

Лсоо

^ +

^20 *С

[_

(1 Н" ^20 °с) (* — “) Лс20 °С

(5-21)

Р езу л ьтаты

такой

'проверки,

вы п о л н ен н ы е

на

к а с к а ­

д е

с

транзистором П 4 Б ,

приведены

в т а б л .

5-1. Н е т р у д ­

но

видеть,

что

п р и /И 30.с «Л4опт

и зм ен ен и е

т о к а

к о л л е к ­

тора

при

Rz— >-оо не

п р евы ш ает 10% .

Э то

зн а ч и т ,

что

при

н ад л еж ащ ем вы б о р е

величины УИ20. С в

о б л а с т и н и з ­

ких

тем п ератур

уход

р аб о чей точки

к а с к а д а з а

с ч е т

и з ­

менения

тока в

цепи

к о л л е к то р а

б у д ет

н е зн а ч и т е л ь н ы м .

Т а б л и ц а

5-1

'кго-с=300 ма, МОПТ=30,5

Л^ОЧ^100 маМопт~12

/?а» ОМ

/коо* ма

fкоо» мм

Щз °с

нзме~ен-

рассчитан­

М20 »с

измерен­

рассчитан­

ный

ный

ный

ный

200

3,08

330

394

2.9

155

132

300

4,62

345

364

4,35

135

123

500

7,7

330

340

7,25

122

114

1000

15,4

315

320

14,5

ПО

108

2000

30,8

310

310

29,0

105

103,5

П рои зведем

ан алоги чн ое

р ассм о тр ен и е

д л я

о б л а с т и

тем п ератур

^ > -j-2 0 °C . П р и н яв,

что

в

это м с л у ч а е

при

стабильной рабочей то ч ке

Z Bxo ~ c o n s t,

п р и

в ы б р а н н о м

типе терм орези стора получим :

Mt

_

R?

(5-22)

4^20 »с

П одставим (5-22) в

(5-18),

то гд а

р. __^20 “С "1" ^го/^т

(5-23)

*

1 +

М2о »с

Из (5-23), (5-17) и (1-32)

‘к2Э вС

А -и)

7Ki+t)

' к020 °С

[1—£>{+*) (22,8— 1,27*+

1,94#*)]

1 —

к20 °С

(5 -2 4 )

Р асч ет

цепей см ещ ения

у си л и тел ьн о го к а с к а д а

с

т е р ­

м оком п ен сац и ей . Д л я

схемы рис. 5-1 [JI. 92]

D

^ВХО [/к ( 1

tt)

U

*

[/к (1 -« )-/к .1 (1 + Z „ ,/ * „ ) '

В

Фабл.

5-2 и

5-3

п р и вед ен ы

р е зу л ь та ты

п оверочн ого

р а с ч е т а ''п о

ф о р м у л е

(5 -25)

и

с р а в н и те л ь н ы е

д ан н ы е,

по ­

л у ч е н н ы е

па

р е а л ь н ы х

у си л и тел ьн ы х

к а с к а д а х ,

при чем :

Т а б л и ц а

5-2

çj

МП13Б М. 1

МП13Б Лрп2

Ръ,

^зр*

^ з р ’

ы - %

д/?'-

Ri.

fi.P’

К'гГ

*/?. %

ДR'.

ком

ком

ком

%

Ком

ком

КОМ

%

1

215

238

21 »

4*8,7

— 18,5

•160

178

127

+ 11,2

—20,6

2,5

по

120

103,5

+9,1

—5.0

96,5

09

79,5

+2,7

-19,7

5,0

64

69

53

+7,8

—9,4

43

44,5

38,5

+3,5

-10,5

7,5

42

30,8

34,8

-5,3

— 17,2

20,5

26,8

24,7

+30,8

-18,5

Т а б л и ц а

5-3

П4Л

П4Б

'к'

R>.

дя.

дя'-

Яз.

^зр* &R. % д/?/. %

ма

*ар.

к*р>

ком

ком

ком

ком

%

%

ком

ком

100

3,9

3,1

2,92

—20,5

—25

3,65

3,72

3,55

+1.9

—2,74

200

_

0,98

_

_

—

2,58

2,18

2,26

—15,5

-12,4

300

1,37

1,04

—28,4

—23

1,75

1.6

1,65

—8,6

-5.7

500

0,71

0,56

0,61

—21

—14

0,95

1.0

1,07

+5,2

+ 12.7

Яь —

р ези сто р

р е а л ь н о й

сх ем ы

в р и

в ы б о р е

р аб о ч ей

то ч ки

н а

ср ед н ем

у ч а с т к е н агр у зо ч н о й

х а р а к т е р и с т и к и ;

Rap — р е зи с то р ,

в е л и ч и н а

со п р о ти в л ен и я

ко то р о го

по ­

л у ч е н а

>при

(расчете

с

учетом

в х о д н о го

со п р о ти в л ен и я

к а с к а д а

н а

ч а с т о т е

1 000

гц;

R'ap —

р е зи с то р ,

в е л и ч и н а

с о п р о ти в л е н и я

к о то р о го

п о ­

л у ч е н а

п р и

р а с ч е т е

с у ч ето м

в х о д н о го со п р о ти в л ен и я

к а с ­

к а д а п о с то я н н о м у то к у :

100

(5-26)

■ * ■ = * ■'*“

* * • 100 V ,-

(5-27)

Т р е б у е м а я в е л и ч и н а

с о п р о ти в л е н и я

со б ствен н о т е р м о ­

ч еск и м с о п р о ти в л ен и ем

при и сх о д н о й

т е м п е р а т у р е м о ­

ж е т б ы т ь о п р е д е л е н а н а

о сн о ве

(5 -20)

и (5 -1 6 ):

R 20 ’ 'BX0

^к20 °С ( 1

°0

(5-28)

' к020 °С

8— 1153

и з

Д л я

окончательного 'вы бора

т е р м о р е з и с т о р а

н е о б х о ­

дим о так ж е оценить

величину

'.потерь

с и г н а л а

з а

счет

ш унтирую щ его

дей стви я

со п р о ти в л ен и я

R 2t

в

о б л а с т и

тем ператур

* > + 2 0 ° С . Д л я

этого

с л у ч а я

^

= (10o.o54_I ) |J+Zr/Zoxotl

’

(5 '29)

где |Z r | — сопроти влен и е

ге н е р а т о р а

с и г н а л а ;

А — д о п у ­

стим ая величина п отерь уси л ен и я, дб .

И з

(5-1)

и

(5-29)

со п р о ти влен и е

т е р м о р е з и с т о р а при

/ = + 2 0 ° С

^20--- '

| £ г |- 1 0 - д/ ‘В т

(5-30)

(10°.0-»Д ■— 1J

1 -f-

'nxof

П ри

стаб и л и зац и и

у си л и тел я в

и н т е р в а л е

'п о л о ж и ­

тельны х и отр и ц ател ьн ы х те м п е р а т у р

д о л ж н о

в ы п о л н я т ь ­

ся услови е i?TO>i?2o.

П отери

ои гн ала в

о б л асти п о л о ж и т е л ь н ы х

т е м п е р а ­

тур м огут бы ть

ум еньш ены

при

п о д ач е

с м е щ е н и я

ч ер е з

Рис.

5-6.

Усилительный

каскад

Рис. 5-7. Усилительный

каскад

с термокомпенсацией и развязы-

с термокомпенсацией и

разви­

вающим

дросселем

в

цепи

сме-

зывающим

резистором

в

цепи

щения.

смещения.

обм отку

д росселя,

к а к

это

п о к а з а н о

н а

с х е м е

р и с .

5-6.

Д а н н а я

схем а

п о

постоян н ом у

то ку

р а в н о ц е н н а

с х е м е

рис. 5-2

при прим енении в ней

в

к а ч е с т в е R 2 т е р м о р е з и ­

сто р а

и

м о ж ет

бы ть

р ассч и тан а

п о п р и в е д е н н ы м

р а н е е

ф о р м у л ам . П о тер и

си гн ал а

м огут

б ы ть

у м е н ь ш е н ы

т а к ­

ж е п р и

п од аче

б азо во го

см ещ ен и я

ч ер ез

д о п о л н и т е л ь н о е

сопроти влен и е,

к а к

это

п о к а за н о

н а

рис. 5-7.

В д а н н о й

схем е

н есколько

у х у д ш аю тся

у сл о в и я

р а б о т ы

к а с к а д а

при о тр и ц ател ьн ы х

т е м п е р ат у р ах

и у в е л и ч и в а е т с я

м о щ ­

ность, п о т р е б л я е м а я от и сточника

п и тан и я .

В ел и ч и н ы со п р о ти в л ен и й

'р ези сторов R 3

и Rrt в

схем е

рис.

5-7 м о гу т

б ы т ь

р а с сч и та н ы

'по ф о р м у л а м :

[/к(1

а) — ?ко] (R* +

^вх020

.

(5-31)

R< =

----------

1 4

RjRn

(5-32)

Ri + Rz0

(10°,°5A

1)

1+

^axot

С о в м е с тн о е

р еш ен и е

(5 -31) и (5 -32) п р и во д и т к

с л о ж ­

ной

ф о р м у л е ,

н еу д о б н о й

д л я

п р а к ти ч е с к и х

р асч ето в .

Б о ­

л е е

п р и е м л е м о о п р е д е л я т ь

с о п р о ти в л ен и е

р ези сто р а

R>,

при

у с л о в и и , ч то

т о г д а

из (5-32)

Я*

2 Г

- R

20*

(5-33)

(10 0,05Д

О

И*

^BXOf

5-2. КОМБИНИРОВАННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИ И ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ

СВЯЗИ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

О ч еви д н о ,

ч то

п р и к о м б и н и р о в а н н о м

п р и м ен ен и и

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 и

те р м о р е зи сто р о в м о гу т

бы ть

в н а и б о л ь ш е й

с те п е н и и с п о л ьзо в а н ы п р е и м у щ е с тв а

к а ж -

Рис. 5-8. Усилительный кас­

кад с термокомпенсацией

и

последовательной

отрица­

тельной

обратной связью.

дого

из р а с с м о т р е н н ы х

м ето д о в

с та б и л и за ц и и р аб о ч его

по с х е м е с о б щ и м э м и т т е р о м

(ри с. 5 -8 ), с п р а в е д л и в о с о :

8*

115

о тн о ш е н и е 1

аЕ

^«"Ь^О.С I

fB~Ь /Уо

/« t =

~ r7

+

/ » t

ч

л«*

+

л .

1 - a - f

Гв“Ч?*О.С

I

Г» Ч~ *Уо

/?.

В рассм атриваем ой схеме

R zt =

R R

R ^ 7 ^ —

П ри м ем ,

что

величины

I Kt, I KOt

и R u п р е д с т а в л я ю т

с о ­

бой н екоторы е

ф ун кц и и

от

те м п е р ат у р ы ,

а

о с т а л ь н ы е

величины , в х о д я щ и е

в

(5 -3 4 ),

от т е м п е р а т у р ы

не

з а в и ­

сят.

И з (5-1)

и

(5-34)

п р и

с = 1

- Ъ

+ Ц

' +

!

(5-35)

/«* =

r . + R'О.С

г» ~Ь R’u

10—'и *в Ч>

1 - «

+

'20

R*

В осп ользовавш и сь

(3 -14),

п р о д и ф ф е р е н ц и р у е м

(5 -35)

по тем пературе,

t

при

за д а н н о м

зн а ч е н и и

A t.

Т о г д а

к о ­

эф ф и ц и ен т реж и м н ой

н естаб и л ьн о сти

в к о м б и н и р о в а н н о й

схем е

Ч

г. +

R'о.с +

( Гз +

^о.о _

^

10_ Д< te «р

R,

-, (5-36)

«к.с = -

1—а-

Гв +

#'о.е_ j0_Aftg<p

r9+ R 'o .

R20

R,

где

I, ■= 2,3 tg f

( / . , -

/ „ , )

( - ^

i - )

(5-37)

П о ан алоги и

с

(4-8) с

учетом

(1 -30)

п р и

Д < о = 1 0 °С и

< о = + 2 0 ° С

— / . . t =

/ жго -с +

/ко» -с {р [2<* 1* ■*’ —

11— 1}

(5-38)

П о д с т а в и в (5-38) и (5-39)

в (5-37),

получим:

}i =

etg<p,

(5-40)

гд е

, _ _ 3 2 g

гр 4~ Я 1 с

2 ~ (о.*/—2)

_^К20°С

1]— i l

Rzo

‘ к020 #С

(5-41)

Е с л и

у ч есть,

ч то

обы чно

,1 0 ~ д' tg<p >

5^

г» ~f- R'о.»

П20

^

R,

из

(5-36)

1 + ( г>Л

Г ° с — ^ ) ' iQ^ AMgip

(5-42)

1—« +

Гв +

/?'°-с . ю - Л' *в »

В с л у ч а е ,

к о г д а с о п р о ти в л е н и е

р е зи с то р а Яг/ в

цепи

с м е щ е н и я

« е

з а в и с и т о т

те м п е р а т у р ы

(tg < p = 0 )

*,

1 +

R'о

+

R\О.С

$х. с — 53

t\20

R»

R'o. с

1 - a - f ~жо.о

Rго

R»

Е с л и ж е т е м п е р а т у р н а я с т а б и л и за ц и я о с у щ е с т в л я е т ­

ся

т о л ь к о

з а

сч ет

п р и м ен ен и я т е р м о р е зи с т о р а

(Я 'о.с=-'0),

то

из (5 -42) к о э ф ф и ц и е н т

р еж и м н о й

н естаб и л ьн о сти

•^Т.с---

l+ ( -

£

r

^ : )

^ l(rД <l“ т,

(5-43)

1—a - f - ^ - H

T ^ t e

<Р'

Х<20

* В схемах подобного рода,

как

правило, выполняется

уело

вне Л 'о.о>г«.

гд е

p / = e 't g

<pf;

/

s ' =

32,9

I—(О,U—2) I ' к20 °C

-f- p [2(0-1<“ a)—

1]— 1

• 2

' k020 °C

Я.

(5-45)

И з

(5-43)

следует,

что

к а с к а д

с

т е р м о к о м п е н с а ц и е й

согласно 'принятом у п р ед ставл ен и ю

о

к р и т е р и и

р е ж и м ­

ной

н е с та б и л ь н о сти

не

о б л а д а е т

п р и зн а к а м и

с т а б и л и з а ц и и . Т а к

к а к

в

б о л ьш и н ств е

с л у ч а е в

п р а к ­

ти ки

r J R 2о~4!0~2- И О - 3,

то

5тл;«

I

------ .

1— а

И н тер есн ы м

в (5 -4 3 )

я в л я е т с я

то, ч то

в

са-мих

'у с и л и те л ь н ы х

к а ­

с к а д а х с о б щ и м э м и т т е р о м к а к

Рис. 5-9. Иллюстрация

бы

за л о ж е н а

в о з м о ж н о с т ь

сам о -

с т а б и л и зац и и

з а с ч е т в н у т р е н н е й

графического

решения

уравнения (5-46).

о тр и ц ател ьн о й

о б р а т н о й

с в я зи

Î —правая часть уравнения;

т р а н зи с т о р а ,

о с у щ е с т в л я е м о й

че­

2 — левая часть

уравнения.

рез

с о п р о ти в л е н и е г0. Т а к к а к

при

'зад ан н ы х

у с л о в и я х

р а б о т ы

к а с к а ­

д а коэф ф и ц и ен т реж и м н ой

н еста б и л ь н о ст и

м о ж е т

б ы ть

рассчитан по

ф о р м у л ам , 'п ри вед ен н ы м

в гл . 3, то

в р а с ­

см атри ваем ом

сл у чае

з а д а ч а сво д и тся

к о п р е д е л е н и ю

в е ­

личины tgtp.

Из (5-40) и (5-42)

6tg<p =

[ l — s ( l - a ) ] . 1 0 ^ tgip

— {s— 1) r^

/ ° -

c •

(5-46)

A20

У равнение

(5-46) н аи б о л ее

п р о с то

м о ж е т б ы ть

р е ш е ­

но граф и чески м м етодом . 'В зяв

п о с л е д о в а т е л ь н о

р я д з н а ­

чений

tg<p,

м ож но

п о стр о и ть

к р и в ы е

д л я п р а в о й

и

л е в о й

частей

дан н ого у р авн ен и я , к а к

это

п о к а з а н о н а

р и с .

5-9.

Т очка

п ересечен и я

у к а за н н ы х

к р и в ы х

д а е т и с к о м о е

р е ­

ш ение.

В случае, ко гд а

sK.c =

l *, из

(5-46)

s t g 9

=

a - 104Metp.

(5-47)

* В схемах рассматриваемого типа легко достижимо условие

Sk.c=S[1. что соответствует

случаю

перекомпенсации, когда h a

с то-

И з

(5-43) — (5-45)

У р а в н е н и я (5 -47) и

(5-48) м о ж н о

р еш и ть тем

ж е сп о ­

собом ,

что и (5 -4 6 ).

П р и в е д е н н ы е ф о р м у л ы п о зв о л я ю т

о п р ед ел и ть

угол н а ­

к л о н а

'к о м п ен сац и о н н о й

х а р а к т е р и с т и к и , которы й

д о л ж е н

с к а д а в к а ч е с т в е те р м о -

р е зи с т о р а 'цепи

см ещ ен и я

вто р о го

к а с к а д а ,

о х в а ч е н ­

ного

(п о сл ед о вател ьн о й

О О С н а

п о сто я н н о м

то к е,

о б е с п е ч и в а е т с я

в

схем е,

и з о б р а ж е н н о й

н а

рис.

Рис. 5-10. Усилитель с непосред­

5-10.

ственной гальванической связью

Д л я

р а с ч е т а

ц еп ей

между каскадами.

т о к а Д I Kt в ц еп и

к о л л е к т о р а т р а н з и с т о р а п р е д ы д у щ его к а ­

с к а д а и т р е б у е м ы м у тл о м

н а к л о н а tgcp ко м п ен сац и о н н о й

х а р а к т е р и с т и к и

п о сл ед у ю щ его

к а с к а д а ,

т а к

к а к в

этом

с л у ч а е с о п р о т и в л е н и е

эм и тте р — к о л л е к то р

тр а н зи с то р а

п р е д ы д у щ его к а с к а д а

о д н о вр ем ен н о я в л я е т с я

э л ем е н то м ,

п о т е н ц и о м е т р а

с м ещ ен и я

п о сл ед у ю щ его ,

к а к

п р ав и л о ,

б о л е е м о щ н о го к а с к а д а .

П у с т ь в о б л а с т и п о л о ж и т е л ь н ы х те м п е р ат у р

/ к* = / к2о»с +

д / к*-

(5-49)

П римем, ч то

соп роти влен и е

эм и ттер — коллектор

тран ­

зи с т о р а п о сто ян н о м у то к у

при

*0 =

+ 2 0 ° С

R эк20 °С

^к20 °С

(5-50)

^к20 “С

а при t = f i t 0

R*Kt

U*t

(5-51)

U t

‘