Elektronika W Zad cz 2 1

W Ciąjryński - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Czptć 3 Analiza małosyynałowa układów półprzewodnikowych

Rys. 3.12.1

Zadanie 3.12

Obliczyć podstawowe wielkości charakterystyczne wzmacniacza z rysunku 3.12.1, czyli:

1. wzmocnienie napięciowe k„\

2. rezystancję wejściową

3. wzmocnienie prądowe kr,

4. rezystancję wyjściową R_uy:

/i22, = 0,16 mS,

a dla częstotliwości sygnału wejściowego impedancje kondensatorów sprzęgających C„_r, oraz C_ny są równe zeru (tzn. kondensatory te można uważać za zwarcie).

5. wzmocnienie mocy k_p. jeśli zachowanie tranzystora T dla małych przyrostów prądów i napięć w otoczeniu jego punktu pracy w tym układzie opisują parametry małosygnałowe typu h, o wartościach:

/>„,= 1,45 kśi; hut = - 0,5 • lO^-3; h_2le=nO;

Wzmacniacz pracuje w stanie biegu jałowego, tzn. bez zewnętrznego obciążenia, czyli traktujemy rezystor Re jako jedyne obciążenie tranzystora).

Rozwiązanie 1

l_ .

i-*o

”'6>0

100 k

^u,

^U2

«_E r

500

Rys. 3.12.2

Postępując zgodnie z zaleceniami omówionymi we Wprowadzeniu (patrz rozdział W3.6) otrzymujemy schemat zastępczy analizowanego układu dla składowej zmiennej o postaci jak na rysunku 3.12.2. Stałe napięcie zasilające Ecc cechuje się oczywiście składową zmienną napięcia równą zeru. a więc podłączony do niego koniec rezystora Rb oraz kolektor tranzystora na naszym schemacie okazują się połączone z masą układu. Kondensatory sprzęgające C,„ i C„, są traktowane jak zwarcie. Z rysunku wynika, że tranzystor pracuje w konfiguracji WK.

Zwróćmy uwagę na fakt, że gdyby w obwodzie kolektora przewidziano rezystor Rc (zwarty dla składowej zmiennej dużym kondensatorem) to także ten układ dla prądu stałego byłby identyczny z układem z zadania 3.10. W tematowym układzie takiego rezystora brak. gdyż jego zastosowanie nie ma żadnego uzasadnienia, w przeciwieństwie do układu wzmacniacza WB. gdzie analogiczny rezystor Re jest pożądany (patrz zadanie 3.11).

Zastąpienie tranzystora jego schematem małosygnałowym dla parametrów /?,. prowadzi do schematu jak na rysunku 3.12.3 zawierającego 3 źródła wymuszające

w Ciązynski ELEKTRONIKA W ZADANIACH Częić 3 Analiza mafosygnalows układów półprzewodnikowych

Mi sio!

(«»,i hisc ■ Hm oraz I121, • ii). który może być dla małych sygnałów iUBuiiśżŁti— liniowy, a więc mógłby być rozwiązany dzięki zastosowaniu zasady superpozycji i podstawowych twierdzeń elektrotechniki.

Zauważmy jednak, że do tego układu możliwe jest zastosowanie rozwiązania ogólnego naszkicowanego w rozdziale W3.2 Wprowadzenia i jego wyników zebranych w tabeli W3.1. Schemat z rysunku 3.12.3 różni się bowiem od ogólnego schematu z rysunku W3.3 tylko pod dwoma względami:

• na schemacie ogólnym nie ma rezystora R_B. Zauważmy jednak, żc rezystor ten stanowi tylko dodatkowe obciążenie źródła sygnału wejściowego u„, a wobec tego że źródło to ma charakter SEM, włączenie tego rezystora nic zmienia faktu że u,„ = 11/. a więc nie wpływa na wartość wzmocnienia napięciowego układu. Uwzględnienie dodatkowego obciążenia źródła prądem równym u_m/Rg zmniejszy tylko wartości rezystancji wejściowej (gdyż R_B dodaje się równolegle do rezystancji wejściowej samego ezwórnika) i wzmocnienia prądowego naszego układu w stosunku do wartości obliczonych dla ogólnego przypadku (czyli ze wzorów podanych w tabeli W3.1):

• na schemacie ogólnym (rysunek W3.3) obciążeniem ezwórnika jest rezystor 7?/.. Rezystancja wyjściowa ezwórnika (widziana z jego zacisku wyjściowego) tego rezystora nic obejmuje. Na naszym schemacie rolę rezystora obciążenia spełnia rezystancja emiterowa Re. a użytkowe obciążenie Ri. (pokazane na rysunku 3.12.3 linią przerywaną) podłączone ewentualnie do zacisku wyjściowego wzmacniacza okazałoby się włączone równolegle do Re- Rezystancja wyjściowa całego wzmacniacza (widziana z jego zacisku wyjściowego) musi uwzględniać rezystor Re. a zatem powinna być obliczona jako równoległe połączenie Re i rezystancji wyjściowej ezwórnika obliczonej z ogólnego wzoru podanego w tablicy W3.1.

Ad 1. Podstawiając podane w temacie dane liczbowe obliczymy najpierw wartość wyznacznika macierzy hybrydowej /i, tranzystora:

(3.12.1)

^A/l. =Ai_t =

=1.45kil 0,16 wS-l C-121)=0.232+121 = 121,2

Następnie korzystając z zależności podanej w tabeli W3.I (uwzględniając w niej, że w analizowanym układzie w roli obciążenia Ri występuje rezystancja emiterowa, a więc mamy Ye = I /Re = I /0.5 kO = 2 mS) możemy już obliczyć wzmocnienie napięciowe jako:

-/i,

-121

120

121.2 + 1.45K2-2/»S 121,2 + 2,9

=0,967 (i. 72.2)

Zauważmy jeszcze, że ewentualne obciążenie użytkowe Ri_ na schemacie zastępczym okazuje się podłączone równolegle do R_B. a zatem zwiększa równoważną takiemu połączeniu wartość admitancji Ye- Na podstawie wyrażenia 3.12.2 (gdzie Y_t: znajduje się w mianowniku) możemy powiedzieć, że odpowiada to zmniejszeniu wzmocnienia napięciowego. Spostrzeżenie to daje zresztą szansę obliczenia rezystancji wyjściowej wzmacniacza, jako tej wartości Ri, (i odpowiadającej jej wartości Ye) przy której wzmocnienie napięciowe spadnie do połowy wartości wzmocnienia dla wzmacniacza nieobciążonego. czyli do wartości 0.483. Zainteresowanemu Czytelnikowi pozostawia się ewentualnie sprawdzenie, czy otrzymana tą drogą wartość pokrywa się z wynikiem /?,,, = 11.7 £2 uzyskanym poniżej w punkcie 4.

-61 -