Elektronika W Zad cz 2 6

w Ciąiyrtski - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Część 3 Analiza małosygnałowa układów półprzewodnikowych

przy

Zadanie 3.21

W przedstawionym na rysunku 3.2l.l układzie tranzystorowego stabilizatora napięcia stałe napięcie wejściowe Uwe= 10 V uzyskiwane z pełnookresowego prostownika sieciowego ma nałożone tętnienia u, o częstotliwości 100 Hz. kształcie zbliżonym do trójkątnego i amplitudzie U,_m = 0,5 V. Należy:

1. obliczyć amplitudę U, _m tętnień zawartych w napięciu wyjściowym stabilizatora;

2. zaproponować sposób zmniejszenia tych tętnień do poziomu ok. 10mV_pwykorzystaniu odpowiednio dobranego kondensatora.

Zakładamy, że:

- dioda stabilizacyjna (dioda Zenera) pracująca w obszarze przebicia może być zastąpiona stałą SEM równą U oz = 5,6 V i rezystancją dynamiczną roz = 10 fi;

- znane są parametry małosygnałowe typu h_c tranzystora w punkcie jego pracy:

hiir = 5 fi; h/2, = 0; = 50; = 0;

Rozwiązanie 1

Rys. 3.21.3

Zgodnie z zaleceniami omówionymi we Wprowadzeniu (patrz rozdział W3.6) pomijając stałe wartości napięcia wejściowego i spadku napięcia na diodzie otrzymujemy schemat zastępczy analizowanego układu dla składowej zmiennej o postaci jak na rysunku 3.21.2. Diodę Zenera zastąpiliśmy rezystancją dynamiczną, gdyż (jak zainteresowany Czytelnik zechce sprawdzić, zakładając U be = 0,6 V i wartość P ~ h₂i_e) przy zmianach napięcia zasilającego o 0,5 V i przy podanej wartości rezystancji obciążenia punkt pracy diody pozostaje na liniowym odcinku jej charakterystyki o nachyleniu wynikającym z roz. Z rysunku wynika, że żadne z wyprowadzeń tranzystora nie znajduje się na potencjale masy, czyli mamy do czynienia z ogólnym przypadkiem włączenia tranzystora.

Wrysowanie pomiędzy wyprowadzenia

tranzystora jego schematu zastępczego dla podanych w temacie parametrów małosygnałowych h_r doprowadza nas do schematu jak na rysunku 3.21.3. Schemat ten zawierający 2 źródła wymuszające (u, oraz hiu ■ i/) może być dla małych sygnałów uważany za liniowy, a więc może być rozwiązany przy zastosowaniu zasady superpozycji i podstawowych twierdzeń elektrotechniki. Przy tym podejściu każdy prąd i każde napięcie w układzie należy obliczać jako sumę dwu składowych pochodzących od rozpatrywanych oddzielnie wymuszeń. Bylibyśmy zmuszeni do 'ang. peak-lo-peak vnltage, Izn. wartość iniędzyszczytowa, podwójna amplituda

W Ciążyraki FJ.KKTRONIKA W ZADANIACH

M-

Mi siol

Czcić 3: Analiza malosygnałuwa układów półprzewodnikowych

pokonania takiej drogi gdyby w podanym zestawie parametrów malosyg wystąpiły niezerowe wartości hi₂, i/lub li₂₂, (co prowadziłoby do odpowiedniego skomplikowania schematu zastępczego, w stosunku do rys. 3.21.2).

Ad 1. Dla podanego zestawu parametrów malosygnalowych, który odpowiada pominięciu oddziaływania zwrotnego i admitancji wyjściowej tranzystora możemy wvkorzystać wnioski płynące z kilku poprzednich zadań, w których rozpatrywano taki sam uproszczony model tranzystora. I tak. jeśli zaważymy że dla panującego na bazie napięcia tranzystor pełni rolę wtórnika emiterowego, można powiedzieć że rezystancja wejściowa tego wtórnika widziana od strony bazy wynosi: ń//,+ (1 + /i₂/,) Rl- Możemy więc analizowany układ sprowadzić do prostego układu dzielnika rczystancyjnego pokazanego na rysunku 3.21.4. Obw'ód kolektorowy tranzystora został wyeliminowany ze schematu, ponieważ wpływ' SPM (wymuszającej prąd równy prądowi płynącemu przez hu,, pomnożonemu przez wzmocnienie h₂i,) uwidacznia się tylko poprzez fakt, że rezystor R_l jest przemnożony przez czynnik (1 + h₂i,). Prąd SPM obciążający napięcie u, nie zmienia wartości tego napięcia, gdyż jego źródło ma charakter idealnej SEM.

Na podstawie tego schematu możemy napisać dia napięcia panującego na bazie tranzystora:

^r«z\|\| l^Ile ■*■(! ⁺ ^2lt )RlI _t	(3.21.1)
R ⁺rDZ i f^l le ⁺ (1 ⁺ ^21 e 1	(3.21.1)
Po podstawieniu wartości liczbowych mamy:
0 + h₂JR_L =(1+50) lOfi = 510 fi	(3.21.2)
/«ii_c +(! +h_2le)R_L = 5fi + 510fi = 515fi	(3.21.3)
. 10-515
r„_zI Vh„ + O + )R_l] = « = 9.81 fi	(3.21.4)

Z ostatniej zależności wynika, że rezystancja pomiędzy bazą tranzystora a masą układu zależy głównie od rezystancji dynamicznej diody Zenera r_Dz = 10 fi. a wpływ pozostałych parametrów ma znaczenie drugorzędne. Napięcie na bazie wynosi:

9,81 fi

200fi + 9,81 fi

u, = 0.0468 u,

(3.21.5)

Napięcie wyjściowe u, wynika z podziału napięcia «/, na dwu rezystancjach hu, oraz (1 + hu,) Rl i wynosi:

, ₌ - (^]+h2i')^RL— ₌ £!££ _o₉₉₀.o0468u, = 0,0463u, (3.21.6)

A„+(l + h₂„)R_L 515fi "

Kształt napięcia tętnień zostaje w warunkach zadania zachowany, a ich amplituda na wyjściu stabilizatora wynosi:

U_lwym =0.0463(7,„ = 0,0463 • 500 mV = 23,2 mV (3.21.7)

czyli innymi słowy można powiedzieć, że na wyjściu stabilizatora występują tętnienia o wartości międzyszczytowej (podwójnej amplitudzie) ok. 46 mV_pp.

W tych obliczeniach nie występują żadne parametry dynamiczne (schemat zastępczy jest czysto rezystancyjny, oraz nie uwzględniamy zależności wzmocnienia h₂i, od

-111-

Elektronika W Zad cz 2 6

Elektronika W Zad cz 2 6

Elektronika W Zad cz 2 6

Elektronika W Zad cz 2 6