Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

При наличии отрицательной обратной связи уменьшение тока t'K и, следовательно, тока іэ приводит к уменьшению падения на­ пряжения uR. Напряжение Пбэ становится более отрицательным (больше по абсолютной величине), а ток і5 'растет, ослабляя тем самым уменьшение тока стабилизатора (At вместо Аі', как это было-ранее). Рабочая точка перемещается при этом на кривые, соответствующие большим значениям тока базы, и описывает траекторию QP, являющуюся вольтамперной характеристикой ста­ билизатора с отрицательной обратной связью. Таким образом, вольтамперная характеристика становится более пологой, прибли­ жаясь к идеальной горизонтальной прямой.

о)

Для нахождения величины коэффициента нелинейности стаби­ лизатора при наличии обратной связи воспользуемся линеаризо­ ванным уравнением семейства выходных характеристик транзи­ стора для приращений токов и напряжений

Величина приращения тока базы ф связана с изменением на­ пряжения Ибэ через дифференциальное входное сопротивление Двхэ транзистора в схеме с общим эмиттером, обозначаемое в справочниках как /гцэ:

Знак минус в ф-ле (8.27) учитывает, что при выбранных в каче­ стве положительных полярностях токов и напряжений увеличение напряжения «бэ приводит к уменьшению тока базы. Величину Д«бэ можно найти из ф-лы (8.22):

370

Как известно из теории транзисторов, входное дифференциаль­ ное сопротивление RBXэ б первом приближении обратно пропор­ ционально эмпттерному току транзистора. Поэтому их произведе­ ние т = /?вхэ4 нач остается практически постоянным при измене­ нии тока г'эіт. т. е. может рассматриваться как некоторая кон­ станта для данного типа транзистора. Для различных типов тран­ зисторов величина т колеблется в пределах от десятых долей вольта до 1 -т- 2 В. Более точный анализ показывает, что с ростом тока 4 величина т, оставаясь почти постоянной при малых значе­ ниях 4. начинает заметно расти при больших значениях тока 4-

Если напряжение Е — порядка 5-f-lOB, то величиной Двхэ/Д можно пренебречь в числителе и тем более в знаменателе ф-л (8.31) и (8.32). При этом изменение тока стабилизатора Аі за время ра­

В ф-ле (8.34) учтено известное соотношение (см. параграф 2.3.4), связывающее дифференциальные выходные сопротивления

Значение коэффициента нелинейности при выполнении указан­

371

Сравнение ф-л (8.24) и (8.36) показывает, что выигрыш в ве­ личине коэффициента нелинейности при введении отрицательной обратной связи определяется величиной коэффициента усиления ß по току транзистора в схеме с ОЭ.

Остановимся на физической трактовке полученных результа­ тов. Сначала отметим влияние величины напряжения £ на отно­ шение R BXS/R- Для этого предположим, что Е увеличивается. Тогда для сохранения неизменным тока / Н а ч необходимо увеличивать /?, В то же время при большем /пач больше эмиттериый ток транзи­ стора и рабочая точка оказывается в области с большей крутизной входной характеристики і'б = /(«бэ)- Сопротивление Rox3 при этом падает. Оба указанных фактора приводят к уменьшению отноше­ ния RBX3/R.

Далее рассмотрим влияние отношения R ^ J R на коэффициент нелинейности у. Для этого будем уменьшать отношение RnxoIR, увеличивая R при неизменном /Ііач, т. е. одновременно увеличивать Е. При этом У?вхэ остается также неизменным. Наличие глубокой отрицательной связи приводит к тому, что вольтампериая харак­

полностью компенсируется соответствующим увеличением тока коллектора за счет роста тока базы на величину ДіѴ>. При доста­ точно глубокой ООС величина Ді'о может считаться в первом при­ ближении неизменной при росте R. Следовательно, остается неиз­

небрежимо мало по сравнению с | Д/'б | и ток эмиттера может счи­ таться постоянным во время рабочего хода; транзистор оказы­ вается как бы включенным по схеме с общей базой при постоян­ ном токе эмиттера, его выходное сопротивление равно RBЫХб, а изменение тока стабилизатора выражается очевидным - соотноше­

нием Ді = Ді'ц = Дм//?вых б == £ш/£выхбЭти соображения поясняют физический смысл полученного ра­

нее результата: снижение Ді и, следовательно, у в ß раз за счет введения достаточно глубокой отрицательной обратной связи. При ее отсутствии дифференциальное сопротивление стабилизатора

за счет введения обратной связи величина Е должна быть вы­ брана достаточно большой. Как указывалось ранее, рост напряже­ ния Е перестает оказывать существенное влияние на коэффициент у при выполнении условия £ > 5 - 4 - 10 В, так как при этом рас­ тет т.

372

Предельное значение у, которое можно получить в этом слу­ чае, можно оценить при помощи ф-лы (8.36), переписанной в виде

транзистора Л?Пыхв обратно пропорционально коллекторному току транзистора, и поэтому произведение /эначЯпыхб для данного типа транзистора является величиной практически постоянной. У неко­ торых транзисторов эта величина особенно велика, например-

в состав стабилизатора непосредственно, но обеспечивают нормаль­ ную работу генераторов пилообразного напряжения. Их назначе­ ние в каждой конкретной схеме генератора различно и будет рас­

При этом влияние сопротивления г на величину у учитывается за­

выражение для коэффициента нелинейности при одновременном влиянии шунтирующих сопротивлений р и г

Отсюда следует, что подключение резистора р, шунтирующегостабилизатор, ухудшает линейность в ß раз сильнее, чем подклю­ чение резистора г параллельно транзистору.

Физический смысл полученного результата становится ясным,, если учесть, что изменение тока через резистор р во время рабо­ чего хода непосредственно добавляется к изменению тока стаби­ лизатора. Изменение же тока через резистор г при стабилизиро­

373-

(рис. 8.86). Этому соответствует в ß раз меньшее изменение тока ібНо при IR = const изменения токов і'б и ік равны по абсолют­ ной величине, поэтому дополнительное изменение тока стабилиза­ тора, вызванное подключением резистора г, оказывается в ß раз меньшим изменения тока в этом резисторе.

Из ф-лы (8.39) следует, что влияние шунтирующих сопротив­ лений р и г на величину коэффициента нелинейности будет несу­ щественным в топ степени, в какой выполняются неравенства:

Таким образом, при необходимости подключения внешней на­ грузки к генератору пилообразного напряжения недопустимо при­ соединять ее параллельно стабилизатору, а желательно — парал­ лельно транзистору. Но даже и в этом случае для многих практи­ ческих схем генераторов, как это будет показано далее, условие (8.41) не выполняется и подключение г может резко ухудшить ли­ нейность.

Эффективным способом ослабления шунтирующего действия сопротивления г является использование в стабилизаторе тока со­ ставного транзистора (см. параграф 2.3.6).

Перейдем к рассмотрению остальных параметров транзистор­ ного стабилизатора тока. Максимальное значение напряжения на стабилизаторе (рис. 8.7а) ынаЧмакс определяется величиной наи­ большего допустимого напряжения на транзисторе (П,;ЭД0п), ми­ нимальное «копміш — опасностью насыщения транзистора. Вели­ чина «конміш составляет доли вольта, и поэтому максимально до­ пустимое изменение напряжения на стабилизаторе, определяющее амплитуду генерируемого пилообразного напряжения Um, оказы­ вается практически равным £/К эдоп- Эта величина составляет обыч­ но 10-^15 В и лишь для некоторых типов транзисторов достигает нескольких десятков вольт.

Относительную нестабильность начального тока можно найти, если учесть, что этот ток при постоянном напряжении на стаби­ лизаторе записывается, как это видно из рис. 8,7а, следующим образом:

/„ач = Ік нач = CUS „ач + / К0 = « g ~ 1 "ач ' + ^ (8 .4 2 )

Учитывая, что величина «бэ зависит от величины тока базы и от положения входной характеристики, определяемого температурой

374