Elektronika W Zad cz 2 6

w Ciązynski FJ-EKTRONIKA W ZADANIACH Część 3- Analiza malosygnałuwa układów półprzewodnikowych

Zadanie 3.25

Rys. 3.25.1

Na rysunku 3.25.1 pokazano symetryczny wzmacniacz różnicowy prądu zmiennego, na który podawane są dwa sygnały sinusoidalne e, i e₂ o częstotliwości I kHz. Napięcia zasilające o wartościach średnich Ecc i Eee równych 10 V zawierają tętnienia o kształcie trójkątnym pochodzące z dwupołówkowego prostownika sieciowego. Zachowanie tranzystorów dla małych przyrostów prądów i napięć w otoczeniu ich punktów pracy w tym układzie opisują parametry małosygnałowe typu y o jednakowych dla obydwu tranzystorów wartościach:

V//=lmS; yn = 0 mS; y₂/=100mS; y₂₂ = 0mS;

a dla częstotliwości zarówno sygnału wejściowego jak i tętnień sieciowych impedaneja kondensatora sprzęgającego C„, jest równa zeru (tzn. kondensator ten można uważać za zwarcie).

Dla tego układu należy:

1. obliczyć wzmocnienie napięciowe k/ dla sygnału ey

2. obliczyć wzmocnienie napięciowe k₂ dla sygnału e₂\

3. obliczyć współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (ang. CMRR¹) wzmacniacza:

4. wyznaczyć dopuszczalną amplitudę tętnień sieciowych zasilacza obwodu kolektorów «_/r. przy której wynikające z nich tętnienia zawarte w sygnale wyjściowym mają amplitudę nic przekraczającą 10 mV;

5. wyznaczyć dopuszczalną amplitudę tętnień sieciowych zasilacza obwodu emiterów u,„ przy której wynikające z nich tętnienia zawarte w sygnale wyjściowym mają amplitudę nie przekraczającą 10 mV.

Wzmacniacz pracuje w stanie biegu jałowego, bez zewnętrznego obciążenia (czyli traktujemy rezystor Ra jako jedyne obciążenie tranzystora T2).

Rozwiązanie 1

Analizowany układ możemy rozpatrywać jako wzmacniacz o czterech zmiennych sygnałach wejściowych o charakterze SEM: dwóch użytkowych sygnałach sinusoidalnych e₂ i e₂ oraz dwóch zakłócających sygnałach tętnień sieciowych u,_c i «*• o kształcie trójkątnym. Dla małych amplitud wszystkich tych sygnałów wzmacniacz możemy uważać za układ liniowy i zgodnie z zasadą superpozycji obliczać wzmocnienie dla każdego sygnału działającego oddzielnie, przy pozostałych SEM zwartych. W każdym przypadku (zarówno dla częstotliwości sygnału I kHz jak i dla częstotliwości tętnień równej 100 Hz) kondensator C„, zwiera zacisk wyjściowy wzmacniacza z kolektorem tranzystora.

4d 1. Schemat zastępczy analizowanego układu dla siennego sygnału e_t ma postać jak na rysunku 3.25.2. po wrysowaniu pomiędzy wyprowadzenia tranzystorów ich schematów małosygnałowych wynikających z podanych wartości parametrów admitancyjnych dla konfiguracji WE otrzymujemy schemat pokazany na rysunku 3.25.3. Widzimy na nim, że napięcie e/ jest sumą napięć u,,,, i u_H2) występujących pomiędzy bazą a emiterem każdego z tranzystorów. Będziemy dążyć do obliczenia w jaki sposób napięcie e/ dzieli się na te dwa napięcia ui<d i “iah gdyż ten podział decyduje o podziale prądu dopływającego do zwartych ze sobą emiterów.

Schemat zawiera trzy źródła, a więc każdy prąd i każde napięcie może być obliczone jako suma trzech składowych pochodzących od tych źródeł działających osobno. I tak pierwsza składowa uj<₂) pochodząca od e_t (przy wyłączonych czyli rozwartych obydwu SPM) wynika z podziału e_t na rezystancji (Myu) = 1 k£2 i szeregowo z nią połączonej rezystancji zastępczej

(l/v/y)||/?£ =1 kii|| 1 kii = 0,5 kii:

0,5 kQ e,

=-e. =— (3.25.1)

"²⁾ lHi + 0,5Aii 3

Rys. 3.25.3

(

....... u A

ii ^T1

l’"<

3 j 5

^r

w CtąiyAski - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Część 3 Analiza malosygnałowa układów półprzewodnikowych

Mi sio!

Druga składowa un₂₎ pochodząca od SPM równej yaUi(i) (przy wyłączonych pozostałych źródłach, czyli przy zwartej SEM i rozwartej drugiej SPM) wynika z przepływu prądu tej SPM przez rezystancję zastępczą trzech równolegle połączonych rezystancji o wartości 1 kil każda:

1 kil 1 kil ,

^umi~ o ^iUko ~ -i 3'n(^ei Uj(2>) (3.25.2)

Trzecia składowa ui_l2) (obliczana przy wyłączonych pozostałych źródłach, czyli przy zwartej SEM i rozwartej poprzednio rozważanej SPM) pochodzi od prądu SPM równego y_2i u_ll2) płynącego przez rezystancję zastępczą tych samych trzech równolegle połączonych rezystancji o wartości 1 kii każda.

^uH»=-~yn“_H2) (3.25.3)

Ujemny znak tej składowej wynika z tego. że napięcie jest przyłożone do wejścia tranzystora T2 przeciwnie niż na schematach zastępczych definiujących parametry y. Na rysunku 3.25.3 było to powodem odwrócenia kierunku rozważanej SPM.

Ostatecznie obliczamy napięcie tti_l2i przykładane do obwodu wejściowego tranzystora T2 (równe napięciu na emiterach tranzystorów) jako sumę trzech składowych:

1 kił ’ , . 1kil

*1(2) ^+ul(2) ^+ul(2) ~ j ,^V2l(^CI ^Ul(2)) 3

2kQ

,0+-

₃ ^:y2i) = y0 + l*n-y₂₁)

(3.25.4)

(3.25.5)

-131 -

ang. CMRR = common modę rejection rado, współczynnik tłumienia sygnału wspólnego