Транзистора включенного

Выходные каскады проектируют как в однотактном, так и в двухтактном исполнении. Однотактные каскады обычно работают в режиме класса А, двухтактные — в режиме класса В или АВ. Из всех вариантов двухтактная схема в режиме класса В является наиболее экономичной, обеспечивающей к тому же относительно большие уровни выходной мощности. Однотактную схему применяют при относительно малых выходных мощностях. При относительно небольших уровнях выходной мощности широко практикуют непосредственное подключение нагрузки в выходную цепь транзистора выходного каскада. Такие усилители называют бестрансформаторными выходными каскадами.

При проектировании схем с интегральными логическими элементами типа рассмотренных К155 и К511 и аналогичных им нужно учитывать особенность режима работы выходных каскадов этих элементов при переходе выходного сигнала от 1 к 0 и наоборот. В момент перехода возможен кратковременный режим, когда открыты оба транзистора выходного каскада, что резко увеличивает потребляемый элементом ток. Такие броски тока без принятия специальных мер могут вызвать резкие колебания напряжения питания элементов и вследствие этого сбои в работе узлов схемы, особенно триггеров, счетчиков, регистров сдвига. Для исключения таких сбоев непосредственно на выводах питания микросхем устанавливаются конденсаторы, обладающие малой собственной индуктивностью, например типа КМ и КЛС. Так, для элементов серии К155 рекомендуется установка конденсаторов КМ-6-Н90-0,15 мкФ из расчета 0,05—0,07 мкФ на каждый корпус.

Выходное изменение тока первого каскада усиливается вторым каскадом на транзисторах Т\$ и Т\&, режим по постоянному току которого определяется транзистором Т\ь. С выхода второго каскада напряжение поступает в базу двухэмиттерного транзистора T\g, регулирующего работу выходного каскада, реализованного в виде эмиттерного повторителя на транзисторах Т%з и Ти. Схема сдвига (Тп, Т\д) обеспечивает шунтирование одного и открытие другого транзистора выходного эмиттерного повторителя (Т23, Т2*) в зависимости от изменения напряжения на базе транзистора Т\». Транзисторы Т?\, Т22 образуют схему защиты от короткого замыкания (они открываются падением напряжения на резисторах /?ю, /?п, если импульс выходного тока превышает 25 мА).

2. Рассчитать размеры канала нагрузочного транзистора выходного инвен. тора, если известно: Un = 12 В; Uca = 20 В; t/nop = 5 В; p2's -с = 1,3 • 1Q-" А/В2; UBm =6 В; UB max = (/„; С„ = 15 пФ; /выкл = 0,5 . Ю'» с; температура

5. Рассчитать размеры канала входного транзистора выходного инвертора, если известно: t/n-=17B; ?/BX=10B; f/nop = 5,5В; UB min = 2,3 В; Рн = = 1,9 • 10-« А/В2; <вкл < 1 мкс; t/CM = 27 В.

2.44. Топологический чертеж транзистора выходного каскада

Входные и выходные каскады линейных полупроводниковых ИМС должны быть максимально разнесены по поверхности подложки для уменьшения тепловой связи между ними. Если входной каскад является дифференциальным, то транзисторы этого каскада следует размещать так, чтобы тепловое поле выходного каскада оказывало минимальное воздействие на параметры транзистора входного каскада. Контакт к подложке должен располагаться ближе к входному или выходному каскаду для уменьшения ВЧ-связи через подложку. Оптимальным является случай, когда к подложке выполнены два контакта, один из которых располагается вблизи входных, а другой — вблизи выходных каскадов. Кроме того, необходимо, чтобы ширина резисторов, между номинальными значениями сопротивлений которых должно сохраняться определенное отношение, была одинаковой.

Для ^непосредственного подключения нагрузки потенциал коллектора транзистора выходного каскада в режиме покоя UKnt

//ктах. Таким образом, линия нагрузки соединяет точки с координатами EK/RH и ?к- Такое положение занимает линия нагрузки каскада, предназначенного для получения максимально возможного для выбранного транзистора выходного напряжения, что используют только в оконечных каскадах.

В этой схеме оба транзистора выходного каскада имеют различия в параметрах, особенно в коэффициенте усиления по току М21э, которые

Как было показано ранее, транзисторы VT4 и VT5 отдают и принимают выходной ток поочередно. Однако во время формирования выходных перепадов есть момент, когда оба транзистора выходного каскада ТТЛ одновременно открыты (можно сказать, полуоткрыты), поскольку один из транзисторов не успел полностью закрыться, а другой — открыться. По-другому, VT4 и VT5 находятся оба в линейном режиме. Если считать, что суммарное сопротивление между их коллекторами и эмиттерами в этот момент составит 100. 200 Оч, то без ограничивающего резистора R4 импульс тока короткого замыкания от источника питания UHn = 5 В достигнет 25.50 мА. Если импульсные перепады будут следовать часто, выходные транзисторы быстро перегреются. Резистор R4 принимает на себя значительную часть этой мощности и защищает выходные транзисторы от перегрева.

Работу биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ, опре-

Пренебрегая значением параметра /Z2, получаем аналогично 6.13 схему замещения биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ ( 10.18), в режиме малых сигналов, где h} , =''вх и 1//122 ~гвых ~ входное и выходное сопротивления, Лц/р — источник тока, управляемый током базы /,, . Последнее обстоятельство позволяет считать, что биполярный транзистор представляет собой прибор, управляемый током.

Основное достоинство биполярных транзисторов — высокое быстродействие при достаточно больших токах коллектора. Наличие внешних теплоотводов позволяет работать биполярным транзисторам при мощности рассеяния до 50 Вт и токах до 10 Л. Основной недостаток - относительно небольшие сопротивление входной цепи биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ (1-10 кОм), и плотность размещения при производстве интегральных микросхем.

Пренебрегая малым значением параметра>>^.получаем (см. 6.14) схему замещения полевого транзистора, включенного по схеме с ОИ ( 10.21), в режиме малого сигнала, где 1/Vj, =r и \1угг =''„„„ -

При работе усилителя в линейном режиме, т. е. без нелинейных искажений, все основные параметры усилителя на биполярном транзисторе (Ки, Rex, RBUX) можно рассчитать с помощью схемы замещения усилителя для переменных составляющих токов и напряжений ( 2.4). Построенные схемы замещения усилителя начинают со схемы замещения транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (обведена пунктиром). При этом следует учесть, что по переменной составляющей тока узел А (см. 2.1, а) соединен с общей точкой усилителя J_, так как внутреннее сопротивление источника ?к по переменной составляющей мало.

h-параметры биполярных транзисторов. Для расчета и анализа устройств с биполярными транзисторами используют так называемые /i-параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, характеризуется четырьмя величинами: /g, f/бэ, IK и UK3. Две из этих величин можно считать независимыми, а две другие могут быть выражены через них. Из практических соображений в качестве назависимых удобно выбирать величины /б и */„. Тогда губэ=/ч(/б, {/„) и IK=F2(I6, UK3).

Вольт-амперные характеристики фотодиода в этом режиме при различных значениях светового потока показаны на 4.9. Они аналогичны коллекторным характеристикам транзистора, включенного по схеме с общей базой, только параметром является не ток эмиттера, а световой поток фотодиода. При наличии нагрузочного резистора #н, включенного последовательно с источником э. д. с. ( 4.10), значения тока / и напряжения ?/вых можно определить, построив линию нагрузки, соответствующую сопротивлению резистора Rn (см. 4.9). Как видно, ток мало зависит от сопротивления нагрузочного резистора и приложенного напряжения.

На 4.13 приведены вольт-амперные характеристики фототранзистора. Они аналогичны коллекторным характеристикам обычного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Темно-вой ток у фототранзистора больше, чем у фотодиода. Энергетические характеристики фототока фототранзистора линейны. Спектральные характеристики фототранзисторов и фотодиодов, выполненных из одинаковых материалов, не отличаются друг от друга.

т. е. сумма падения напряжения на резисторе RK и коллекторного напряжения UK транзистора всегда равна постоянной величине — э. д. с. источника питания. Вольт-амперная характеристика /к = =/(?/як) коллекторного резистора RK является линейной, а вольт-амперные характеристики IK=f(UK) транзистора, как показано в гл. 2, представляют собой нелинейные коллекторные характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ (см. 1.24).

Основным параметром биполярного транзистора является коэффициент усиления по току. Для схемы ОБ коэффициент усиления (передачи) по току обозначается буквой а и определяется для нормально включенного транзистора как а = /к//э. Поскольку /к