3. Порядок выполнения домашнего задания

Рассчитать УПТ параллельного баланса (рис.3) по следующим техническим данным:

I_ДР = 30 мкА, R_H = 5 кОм, Е_К = 24В, I_{K MAX} = 10 мА, U_{BX MAX} = 1 В, P_ВЫХ.MAX = 100 мВт, T⁰_MAX = 80⁰С, T⁰_MIN = 0⁰С.

1. Выбираем два однотипных кремниевых низкочастотных транзистора, исходя из заданных Е_К и U_{BX MAX}

U_{КЭ MAX} > E_K , то есть U_{КЭ MAX} > 24 В;

P_{K MAX} > P_ВЫХ.MAX , то есть P_{K MAX} > 150 мВт,

а так же имеющих минимальный относительный дрейф нуля в заданном диапазоне температур окружающей среды.

Основной причиной дрейфа тока в нагрузке УПТ, выполненного по балансной схеме, является температурный дрейф коллекторного тока обоих транзисторов. При выборе транзисторов целесообразно применять кремневые транзисторы. Они имеют малые обратные коллекторные токи I_КО (или I_КБО) и их изменения I_КО, особенно в области температур больше +50 ⁰С. Например, для кремниевых транзисторов при температуре меньше 50 ⁰С изменение I_КО составляет 8-12%

на 1 ⁰С.

Выберем транзисторы типа П104 (старое обозначение до 1964 г.) или его аналог КТ104 (новое обозначение с 1977 г.), имеющие при температуре окружающей среды +20⁰С  5⁰С следующие данные:

допустимое напряжение на электродах коллектор-эмиттер транзистора

U_{КЭ MAX} = 60 В;

коэффициент усиления по току

h_{21 Э} =  9.0;

наибольший ток коллектора в режиме усиления

I_{K MAX} = 10 мА;

коэффициент усиления по току

h_{21 б} =  = 0,9 – 0,96;

наибольшая мощность, рассеиваемая на коллекторе

P_{K MAX} = 150 Вт;

наибольшее напряжение эмиттер-база при разомкнутом коллекторе

U_{БЭ MAX} = 45 В;

обратный ток коллекторного перехода

I_КБО = I_КО = 0,005 – 0,5 мкА;

сопротивление базы приводится или вычисляется по входной характеристике

r_б = 200 Ом;

коэффициент усиления по току для схем включения транзистора ОБ

h_{21 б} = 0,92.

2. Подберем практически такие два экземпляра транзисторов, чтобы их относительный дрейф в заданном диапазоне температур

I_{ДР РАС} = I_КБО = I_КБО1 - I_КБО2 (5)

был меньше заданного дрейфа в нагрузке

I_КБО < I_ДР

Для этого рассчитаем процентную разность обратных токов коллекторных переходов транзисторов

I_КБО %= I_КБО1 %- I_КБО2 % (6)

Для любого экземпляра транзистора выбранной серии должно выполняться условие

По типовой зависимости обратного тока коллекторного перехода от температуры окружающей среды с учетом заданного диапазона температур T⁰_MAX и T⁰_MIN , получим

Следовательно

I_КБО % = 3,8%

При отсутствии указанных типовых зависимостей обратный коллекторный ток I_КБО определяется исходя из следующих соотношений: для маломощных кремниевых транзисторов изменение тока составляет 10% на 1⁰С, а технологический 80-процентный разброс его лежит в пределах  8…  12%.

Для транзисторов, приведенных в приложении, значения тока I_КБО при температуре + 25⁰С составляют:

- для серии транзисторов КТ208А…К ток I_КБО = 0,1мкА;

- для серии транзисторов КТ104А…Г ток I_КБО = 0,13мкА;

- для серии транзисторов КТ201А…Д ток I_КБО = 0,5мкА;

- для серии транзисторов КТ203А…В ток I_КБО = 1мкА.

Пусть в результате подбора один экземпляр транзистора имеет температурный разброс (см. приложение)

I_КБО1 % = 2%,

другой –

I_КБО2 % = - 0,52%.

Тогда из (6) имеем

I_КБО %= I_КБО1 %- I_КБО2 % = 2 – (-0,52) = 2,52%,

что удовлетворяет требованию на подбор транзисторов, а относительный дрейф транзисторов в заданном диапазоне температур из уравнения

I_КБО = I_КБО1 - I_КБО2 = (I_КБО %[ )])/100 =

=(2,52(0,794 – 0,0016)/100  20 мкА.

В результате измерений выполнение требований на расчет

(I_{ДР РАС} = I_КБО) < I_ДР

то есть

(I_{ДР РАС} = 20 мкА) < 30 мкА.

3. Рассчитаем режим покоя и определим координаты рабочей точки на семействе выходных характеристик транзистора.

Расчет и анализ удобно проводить с помощью вольт - амперных характеристик (в.а.х.) транзистора: по семейству выходных характеристик (рис.5)

I_K = f (U_K)

при разных токах I_Б базы и входной характеристики (рис.6)

I_Б = f (U_Б)

при разных напряжениях U_K на коллекторе. Последовательность расчета и анализа следующая.

3.1 Выделить из схемы УПТ один каскад, например, на транзисторе VT1 (рис.7)

3.2 Перечертить из справочника семейство типовых выходных и входных в.а.х. для схемы включения с ОЭ выбранных одинаковых транзисторов.

Для рассматриваемого примера эти в.а.х. для транзисторов серии П104 – П106, эксплуатируемых при нормальной температуре окружающей среды ( Т⁰С = +20⁰С  5⁰С), из справочника перенесены на рис.5, рис.6.

3.3 Определить рабочую область допустимых изменений параметров транзистора.

Для этого необходимо показать на семействе входных в.а.х. (рис.5) линии ограничения, соответствующие допустимым условиям изменения следующих параметров:

I_K < I_{K MAX} ; U_K < U_{K MAX} ; P_K < P_{K MAX} ,

где P_{K MAX} – наибольшая мощность рассеиваемая транзистором на коллекторе. Эти условия известны из приводимых в справочнике предельно допустимых эксплуатационных данных транзисторов П104 – П106, которые уже выписаны ранее при выборе транзистора, то есть

I_K < (I_{K MAX} = 10 мА); U_K < (U_{K MAX} = 60 В);

P_K < (P_{K MAX} < 150 мВт),

Значения I_{K MAX} и U_{K MAX} на рисунке отмечены прямыми линиями, а значения P_{K MAX} вычислены по формуле

P_{K MAX} = I_K U_K [мВт] , (7)

где одна из координат кривой мощности, например, U_K задаваемая в интервале напряжений от 0 до U_{K MAX} ; другая, например, I_K – вычисляемая.

рис.5 Выходные вах, линия нагрузки и ограничения по параметрам: