E - Politechnika Wrocławska

Transkrypt

Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Układy zasilania
tranzystorów
Wrocław 2010
Punkt pracy tranzystora
Tranzystor bipolarny
IC
IB
IBQ
Q
UBEQ
ICQ
CQ
UBE
Q
UCEQ
UCE
1
Punkt pracy tranzystora
Tranzystor unipolarny
ID
IDSS
Q
UGS
IDQ
Q
UGSQ
Up
UDSQ
UDS
Dopuszczalny obszar pracy
(safe operating conditions SOA)
Zniekształcenia nieliniowe
związane z maleniem β dla
dużych prądów
Pmax
IC
IC max
zniekształcenia
przy
wchodzeniu
w nasycenie
przebicie
napięciowe
IC min
UCE
UCE min
UCE max
stan odcięcia
zniekształcenia
nieliniowe
2
Dopuszczalny obszar pracy
(safe operating conditions SOA)
ID
zniekształcenia
związane z różnym
nachyleniem ch-yk wyj.
ID max
Pmax
napięcie kalana
rozgraniczające
obszar liniowy od
nasycenia
przebicie
napięciowe
ID min
UDS max
UDS
stan odcięcia
zniekształcenia
nieliniowe
Dobór punktu pracy
Od doboru punktu pracy zależą prawie wszystkie parametry projektowanego
układu. Optymalny dobór p.p. jest kompromisem pomiędzy wymaganiami
stawianymi układowi:
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
wielkość wzmocnienia
ograniczenia mocy wydzielanej w tranzystorach (stabilność temperaturowa)
poziomy napięć i prądów wyjściowych układu
ograniczenia częstotliwościowe (pasmo pracy)
zniekształcenia nieliniowe
poziom szumów
poziom impedancji wejściowej i wyjściowej
warunki zasilania – stabilizowane, niestabilizowane, bateryjne
3
Dobór punktu pracy
ze względu na zastosowania
Zastosowanie
ICQ
UCEQ
Stopnie wejściowe wzmacniaczy m.cz.
o małym poziomie szumów
(20 – 200) µA
(1 – 5) V
Stopnie pośrednie wzmacniaczy małych
sygnałów (m.cz. I w.cz.)
(0,2 – 2) mA
(3 – 10) V
Stopnie wejściowe wzmacniaczy
operacyjnych
(1 – 10) µA
(0,7 – 5) V
Wzmacniacze szerokopasmowe
(5 – 50) mA
(5 – 10) V
Wzmacniacze akustyczne średniej mocy
(0,1 – 1) A
(5 – 12) V
Wzmacniacze akustyczne dużej mocy
(2 – 10) A
(20 – 100) V
Stopień odchylania poziomego w tv
(3 – 6) A
(800 – 1100) V
Nadajniki w zakresie KF i UKF
(5 – 30) A
(30 – 60) V
Dobór punktu pracy
ze względu na zastosowania
IDQ
UDSQ
Wzmacniacze m.cz. małosygnałowe
Zastosowanie
(0,3 – 5) mA
(5 – 15) V
Stopnie wejściowe wzmacniaczy
operacyjnych
(0,3 – 5) mA
(1 – 10) V
Wzmacniacze w.cz. (kilka – kilkaset
MHz)
(2 – 15) mA
(5 – 15) V
Wzmacniacze mikrofalowe
(8 – 15) mA
(2 – 3) V
Wzmacniacze mocy m.cz.
(2 – 10) A
(20 – 100) V
Przetwornice napięcia dużej mocy
(2 – 20) A
(30 – 500) V
4
Statyczna i dynamiczna prosta pracy
Prosta pracy to linia na charakterystyce wyj. po której przemiesza się p.p. gdy zmieniają
się jego warunki wysterowania.
+ EC
IC
RB
RC
C2
I C = I CQ + ic
C1
UCE
Uwy
RL
Uwe
RE
U CE = U CEQ + u ce
CE
Statyczna prosta pracy dla prądu stałego
+ EC
RB
RC
I CQ (RC + RE ) + U CEQ = EC
ICQ
UCEQ
UBEQ
I EQ ≈ I CQ
RE
I CQ =
U CEQ
EC
−
RC + RE RC + RE
5
IC
prosta statyczna:
nachylenie –1/(RC+RE)
EC
RC + RE
ICQ
Q
UCEQ
EC
UCE
Dynamiczna prosta pracy dla prądu zmiennego
iC
uCE
RC II RL
RB
IC = −
iC (RC RL ) = uCE
U CEQ
U CE
+ I CQ +
RC RL
RC RL
6
prosta dynamiczna:
nachylenie –1/(RCIIRL)
IC
EC
RC + RE
prosta statyczna:
nachylenie –1/(RC+RE)
ICQ
Q
UCEQ
UCE
EC
Stabilność punktu pracy
IC
EC
RC + RE
Q1
∆I C
ICQ
Q
Q2
UCEQ
EC
UCE
∆U CE
7
IC
IC
IWYm+
Q
ICQ
IWYm-
UCEQ
UCEsat
UCE
UCE
EC
UWYm
+
t
UWYmIWYm+ = IWYmUWYm+ = UWYm-
t
IC
IC
IWYm+
Q1
ICQ1
IWYm-
UCEsat
UCEQ1
EC
UWYm+
UCE
UCE
t
UWYmIWYm+ < IWYmUWYm+ > UWYm-
t
8
IC
IC
IWYm+
Q2
ICQ2
IWYmUCEQ2
UCEsat
UCE
UCE
EC
UWYm+
t
UWYmIWYm+ > IWYmUWYm+ < UWYm-
t
Zmiana temperatury ma wpływ bezpośrednio na 3 parametry tranzystora
β 0 (T ) = β 0 (T0 )[1 + γ (∆T )] ;
γ = 0,05
U BE (T ) = U BE (T0 ) − c(∆T ) ;
c = 2 ,3
I CB0 (T ) = I CB0 (T0 )e b (∆T ) ;
b=
1
0
C
mV
0
C
1
14 0 C
Wielkości te decydują o wartości ICQ
I CQ = f (β 0 , U BE , I CB0 )
9
+ EC
IC
ICQ
RC
RB
IBQ
C2
UCEQ
C1
RB
UCE
Uwy
Uwe
RE
UBEQ
RE
+
–
CE
RC
IEQ
EB=EC
+
–
EC
ICQ
IBQ
B
UBEQ
RB
+
EB –
C
I
βIBQ
E
IEQ
RE
(β+1)ICB0
II
RC
+
E
– C
10
Dla oczka wejściowego (I) możemy zapisać
EB = IBQ RB + UBEQ + IEQRE = UBEQ + ICQRE + IBQ(RB + RE)
Wykorzystując zależność
I BQ =
I CQ − (β 0 + 1) I CB 0
β0
otrzymujemy:
I CQ =
(E
B
− U BEQ ) β 0 + (RB + RE )(β o + 1) I CB 0
RB + (β 0 + 1) RE
Dla oczka wyjściowego (II) możemy zapisać
EC = ICQ RC + UCEQ + IEQ RE = UCEQ + ICQ (RC + RE) + IBQ RE
Przekształcając otrzymujemy:

β +1 
β +1
U CEQ = EC − I CQ  RC + 0
RE  + RE 0
I CB 0
β
β
0
0


11
Układy zasilania tranzystorów
układ ze stałym prądem bazy
+ EC
RC
RB
IB =
IC
EC − U BE EC
≈
= const
RB
RB
IB
UCE
P.p. opisany jest równaniami:
UBE
IC = β0
EC − U BE
E
+ (β 0 + 1)I CB 0 ≈ β 0 C
RB
RB
U CE = EC − I C RC
- konieczność stosowania dużych wartości RB
- duże wartości współczynników stabilizacji (mało stabilny p.p.)
układ ze stałym prądem emitera
+ EC
RC
+
_
IC
UBE
IE
EE − U BE E E
≈
= const
RE
RE
UCE
RB
IE =
+
_
RE
- EE
IC =
β 0 E E − U BE
E − U BE E E
+ I CB 0 ≈ E
≈
β0 +1
RE
RE
RE

β + 1  β0 + 1
U CE = EC + E E − I C  RC + 0
RE  +
I CB 0 RE ≈
β0
β0


≈ EC + E E − I C (RC + RE )
lepsza stabilizacja p.p. (wartości współczynników stabilizacji mniejsze)
12
układ ze sprzężeniem kolektorowym
+ EC
RC
IC =
IC
RB
IB
β 0 (EC − U BE ) + I CB 0 (β 0 + 1)(RC + RB )
RB + (β 0 + 1)RC


β +1
U CE = EC −  I C + 0
I CB 0  RC
β0


UCE
UBE
RB pełni rolę sprzężenia zwrotnego N-S. Sprzężenie jest tym silniejsze im
wartość RB jest mniejsza.
Stabilizacja p.p. zależy od RC co powoduje, że układ jest trudny w realizacji
Rola sprzężenia w układzie:
gdy zmaleje IC to zmaleje URC co pociąga za sobą wzrost UCE
wzrost UCE powoduje wzrost URB co pociąga za sobą wzrost IB
wzrost IB powoduje wzrost IC co zwrotnie zwiększa URC
wzrost URC zmniejsza UCE stabilizując jego zmiany
w rezultacie wzrost UCE będzie mniejszy niż w układzie bez sprzężenia
układ potencjometryczny ze sprzężeniem emiterowym
+ EC
+ EC
R1
IC
IB
UBE
tw. Thevenina
IC
IB
RB = R1 R2
UCE
R2
RC
RC
IE
RE
U BB = EC
UCE
R2
R
= EC B
R1 + R2
R1
RB
UBE
IE
RE
+ UBB
13
układ potencjometryczny ze sprzężeniem emiterowym
+ EC
RC
IC
IB
UCE
RB
UBE
IE
RE
IC =
β 0 (U BB − U BE ) + I CB 0 (β 0 + 1)(RE + RB )
RB + (β 0 + 1)RE



β +1
β +1 
U CE =  EC + 0
I CB 0 RE  − I C  RC + 0
RE 
β0
β0




RE pełni rolę sprzężenia zwrotnego P-S stabilizując IE.
+ UBB
Rola sprzężenia w układzie:
gdy zmaleje IE to zmaleje URE co pociąga za sobą wzrost UBE
wzrost UBE powoduje wzrost IB co zwrotnie zwiększy IE
w rezultacie IC zmaleje mniej niż w układzie bez sprzężenia
Najlepsze własności stabilizacyjne ma układ z dwoma źródłami zasilania.
Moc pobierana z dwóch źródeł jest z reguły mniejsza niż w przypadku układu
z jednym źródłem. Wadą tych układów jest konieczność stosowania dwóch
źródeł zasilania.
Dobre efekty daje zastosowanie układu ze SZ (kolektorowym, emiterowym
i z obydwoma na raz).
Ze względów stabilizacyjnych układ ze stałym prądem bazy ma najgorsze
właściwości.
Układ ze stałym prądem emitera charakteryzuje się najkorzystniejszymi
właściwościami stabilizacyjnymi.
14
układ z dwoma źródłami zasilania
U GS = − EG − I D RS
+ED
E D = U DS + I D (RS + RD )
RD
ID
RS stanowi sprzężenie podobnie jak RE
w bipolarnym.
IG
UDS
UGS
Wadą tego układu jest konieczność stosowania
dwóch źródeł zasilania.
ID
RG
RS
-EG
układ z automatyczną polaryzacją bramki
+ED
RD
U GS = − I D RS
ID
UDS
UGS
ID
RG
RS
15
układ potencjometryczny
+ED
RD
R1
U GS =
R2
E D − I D RS
R1 + R2
ID
IG
UDS
R3
R2
UGS
ID
RS
16

E - Politechnika Wrocławska

Transkrypt

Podobne dokumenty

Politechnika Wrocławska

Laboratorium „Konwersja energii”

Zasilanie tranzystorów. - Politechnika Wrocławska

Cenią nas zagraniczni studenci

TRANZYSTOR BIPOLARNY

W12_Klucze analogowe [tryb zgodnoœci]

Wzmacniacze operacyjne. - Politechnika Wrocławska

Politechnika Wrocławska

W1_Historia elektroniki - Politechnika Wrocławska