Исследование дифференциальных параметров

Транзистора в точке покоя

Для определения дифференциальных параметров транзистора:

в стационарной точке схемы ЭП необходимо провести опык короткого замыкания в выходной цепи и исследовать АЧХ комплексной крутизны –

и входной проводимости

в диапазоне частот 10 кГц-100МГц.

Схема эмиттерного повторителя в режиме короткого замыкания нагрузки приведена на рис.4.

 

Рис.4

На рис.5 приведены АЧХ комплексной крутизны и входной проводимости, соответственно верхний и нижний график.

Из первого графика на частоте f=10 кГц определяем значение крутизны S₀=33 мА/В. Далее находится частота f_T, при которой модуль крутизны S₀ уменьшается в величину . Активируя пиктограмму CURSOR MODE, определяем частоту f_T,Которая оказалась равной f_T,=18,8 МГц. Отсюда находим постоянную входной цепи транзистора

Из второго графика с помощью той же пиктограммы находим значение входной проводимости g₁₁ транзистора на частоте f=10 кГц.g₁₁=0,164 мсм.- практически в области средних частот, что соответствует дифференциальному сопротивлению равному в этой области частот величине R=1/g₁₁=6 кОм.

Определим,наконец, значение приведенной емкости обратносмещенного перехода транзистора в точке покоя.

 

Рис.5

Активируя курором изображение транзистора Q1 в схеме эмиттерного повторителя в среде МС7, получаем таблицу значений его параметров и, в частности, величину емкости CJC= 36,35 пФ при величине контактной разности потенциалов U₀=0,75В. Далее, зная что стационарное напряжение между коллектором и эмиттером U₂₀ ~10,7 В (см. рис 2а), производим пересчет этой емкости по известному выражению и получаем

Наконец, следует ввести в рассмотрение «дважды приведеннную емкость» коллектор –база согласно соотношению

Таким образом «дважды приведенная емкость» коллектор-база в стационарной точке оказалась равной 41,26 пФ.(см.1.ч1 с.).

По окончании измерения диффенциальных параметров транзистора необходимо исключить режим короткого замыкания, исключив конденсатор С4 в схеме эмиттероного повторителя!

Определение параметров выходной и входной

Цепей повторителя

Знание дифференциальных параметров транзистора позволяет провести расчет частотных характеристик выходной и входной цепей повторителя и сравнить их с расчетами, полученными с помощью программы схемотехнического моделирования МС7.

5а. Расчет выходной цепи без обратной связи

1. Коэффициент усиления выходной цепи без обратной связи К₀.

Значение этого коэффициента при моделировании с помощью программы МС7 оказалось равным 160)

5б. Верхняя граничная частота

Значение верхней граничной частоты при моделировании равно 225 кГц.

При введении обратной связи коэффициент передачи напряжения повторителя определяется известным выражением

При моделировании этот коэффициент в области средних частот также практически равен единице.-см. Рис.3.

Верхняя граничная частота повторителя должна увеличиться по сравнению с f_В(гр)= 222кГц в глубину отрицательной обратной связи равную

и составить f_B(гр, ЭП) =22,2 МГц. Результат машинного моделирования указывает большее значение этой частоты-36,36 МГц. Такое расхождение может быть объяснено тем, что в окрестности этих частот находится область слабого резонанса (см рис.3), что приводит к увеличению усиления в этом диапазоне частот.

 

5в. Исследование входной цепи повторителя.

Для этого исследуем входную проводимость эмиттерного повторителя IB(Q1)/V(2) и входную проводимость схемы без обратной связи в прежнем диапазоне частот 5 кГц-100МГц. На рис.6 представлены эти зависимости полученные с помощью программы МС7

Рис.6

Полагаем, что входная проводимость в обоих случаях при переходе от области средних к верхним частотам приближенно может быть записана в виде параллельного соединения резистора и емкости, т.е.

 

Из первого графика рис.6 с помощью навигатора программы CURSOR MODE получаем в области средних частот величину проводимости эмиттерного повторителя равную 0,01 10^-3 См или величину резистивной составляющее равную R_ЭП=100 кОм. С помощью навигатора из этого же рисунка определяем частоту f_ЭП, при которой проводимость повторителя увеличивается в 1,41 раза: f_ЭП,=2,18 МГц. Тогда входная емкость эмиттерного повторителя находится из очевидного соотношения

Из второго графика аналогичным образом находим величину входной проводимости схемы без обратной связи g₁₁=0,197 мСм или соответствующее сопротивление

.

Частота f(без ООС), на которой рассматриваемая проводимость увеличиается в 1,41 раза оказалась равной f(без ООС) =19,42 кГц. Отсюда входная динамическая емкость схемы без обратной связи С_ВХ(дин без ООС)

,

Таким образом, входная динамическая емкость схемы без обратной связи оказалась существенно больше и составила

С_ВХ(дин. без ООС)= 1,:64 нФ.

Расчетное значение этой емкости согласно [1,ч1.с 87] составляет:

Что дает очень близкий результат к полученному при компьютерном моделировании с помощью программы МС7.

 

Увеличение входного сопротивления эмиттерного повтори теля в области средних частот и уменьшение его динамической емкости по сравнению с резисторным каскадом с учетом шунтирующего влияния резисторов R₂ и R₃ делителя в базовой цепи, как правило приводит к расширению полосы пропускания его входной цепи. Из графиков рис.6 следует, что предположение о структуре входной проводимости в виде параллельного соединения резисторов и емкости носит приближенный характер и справедливо в области перехода от средних к верхним частотам, поскольку при повышении частоты в области верхних частот зависимости проводимости от частоты имеют более сложный характер.

 

Выводы

Ис следование эмиттерного повторителя с помощью программы схемотехнического моделирования позволяют более глубоко исследовать устройства аналоговой обработки сигналов, в частности повторителей на биполярных транзисторах.

 

Список литературы

1. Теряев Б.Г. Схемотехника аналоговых электронных устройств ч.1, ч 2. М. МИРЭА 2005.

2. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью

MICRO-CAP 7. М. Горячая Линия-Телеком. 2003.