Elektronikawzad61

W. CiąłymU ELEKTRONIKA W ZADANIACH

C*ę4Ć 2: Analiza wpływu Tmian tCTnpcrłtwy tu prace układów półprzewodnikowych

(2.11.1)

Zwierając obydwie SEM uz>^rskujemy schemat cząstkowy pokazany na rysunku 2.11.4 pozwalający na obliczenie poszukiwanej składowej Ala" przyrostu prądu bazy dla tranzystora T2 jako:

A/_a =-A/_c (2.1 J.2)

(Zwróćmy w tym miejscu uwagę, że cały prąd Ale płynie przez bazę dzięki zwarciu przez zerową rezystancję dynamiczną diody stabilizacyjnej. W przypadku konieczności uwzględnienia tej rezystancji prąd Ale rozpływałby się na trzy równoległe gałęzie.)

Sumaryczny przyrost prądu bazy tranzystora T2 wynosi więc:

A/„ = A/„ + A/; = ^AŁ'”J^AŁ'»^t - M_c (2.11.3)

^Rf.

Teraz przywołując wyrażenie (W2.7) dla stanu aktywnego tranzystora T2:

A/_c = p • Aln + </, + l_cao) • A/J + (/? +1)• Al_m

wiążące przyrost prądu kolektora tranzystora z jego przyczynami w postaci A# Al_B i Ale bo i podstawiając otrzymaną zależność (2.11.3) otrzymujemy wyrażenie:

Al_c + 1_M)ty + < 2.11.4)

Po prawej stronic ostatniego równania pojawił się ze znakiem ujemnym składnik zależny od poszukiwanego przyrostu prądu Ala- Po przeniesieniu na lewą stronę zwiększy on wartość współczynnika, przez który mnożony jest przyrost Ala. aby zrównoważyć sumę składników pochodzących od poszczególnych źródeł niestałości (Alato, Ap, AUvz i A U be)- Kontynuując przekształcenia mamy:

AMI + P) = <p + l)A/„<,+(/„ + l_m)ifi + f}(^W”-^AU“)

^ke

A/„=■

l+P

—Al +(/ +/

a p k_l

(2.11.5)

Definiując podobnie jak w poprzednich zadaniach współczynnik niestałości prądu kolektora S jako wyrażenie stające przed nawiasem po prawej stronic równania

(2.11.6)

mamy: S = —^— = a

\ + P

Jak widać w tym układzie osiąga się minimalną możliwą do uzyskania wartość współczynnika niestałości S = a = 50/51 = 0,98 , tzn. taką przy której składnik pochodzący od Alęno wchodzi do Alc z wagą 1. Zwróćmy jeszcze raz uwagę na fakt, że rezystancja obciążenia Rc w ogóle nie wpływa na niestałość Ala prądu kolektora.

Do przeprowadzenia obliczeń liczbowych według równania (2.11.5) należy wyznaczyć wartość prądu bazy w temperaturze odniesienia 25 °C:

/ _'r—(0 + U/n.n _ 100mA-(5Q-»-l) 1 pA _A* P 50

oraz wartości liczbowe występujących w tym równaniu przyrostów AIcbo* Afi, AUdz i AUgf odpowiadających zmianie temperatury od 25 °C do 55 °C:

lpA-2⁷'¹ = lpA-2⁴ = 16pA, czyli: A/_CJł()P = l6pA-l pA = 15pA

A/3 = 0,8^--30°C = 24% = 0.24 50 = 12

A U =

1,5^.30‘C °C mV

45 mV

AL', =-2,5 — -30°C = -75mV

Podstawiając tc wartości do równania (2.11.5) otrzymujemy zmianę prądu kolektora wynikającą z przyrostu temperatury o 30 °C:

50 n + 50,_c . , 12 -45+75 mV,

— 15 pA + (2 mA +1 pA)—+——--— | (2.11.7)

Al_f

1 + 50

AI_C = 0,98 (l 5.3 pA + 480 pA + 375 pA)= 853 pA

mVl

n J

Ad 2. Średni współczynnik temperaturowy w tym zakresie wynosi więc:

AI_C _ 853pA _=2a pA AT 30°C °C

lub w wartościach względnych: AI_c2 _ 853 pA

7^ AT ' 100 mA -30°C

0,28 • 10"¹ — = 0,028— = 280^

°c °c °c

Ad 3. Jeśli przyjrzymy się wyrażeniu (2.11.5) i jego postaci (2.11.7) po podstawieniach, zauważymy częściową kompensację zmian prądu kolektora spowodowanych przyrostami AU oz i A U be o tym samym znaku i zbliżonych wartościach.

Przybliżone wytłumaczenie tego efektu na tematowym schemacie z rysunku 2.11.1 jest następujące: jeśli napięcia na diodzie Zenera i na złączu baza-cmiter tranzystora miałyby identyczne współczynniki temperaturowe, to przy zmianach temperatury uzyskalibyśmy stałe napięcie na rezystorze Re. a zatem niezmienny prąd emitera tranzystora (przyrost prądu kolektora Alc miałby wtedy tylko niewielką wartość, taką samą jak przyrost prądu bazy Alg).

Równanie (2.11.5) daje szansę wyznaczenia wartości współczynnika temperaturowego diody Zenera, przy którym następuje całkowita kompensacja wpływów i przyrost prądu obciążenia (czyli prądu kolektora) jest zerowy (Alc = 0):

P ^ke

AU_m = -rĄ*I _cm+</, + /_t;„)^l + AU_M

K ~ l.«ił > p

Podstawiając wartości odpowiadające przyrostowi temperatury równemu 30 °C otrzymamy:

75 mV

:||^15pA + (2mA + lpA)^~j-

AUn = - 80 Cl (15.3 pA + 480 pA) -75 mV = - (39,6 + 75) mV = -115 mV