Пауль Хоровиц - Искусство схемотехники. Том 1 [Изд.4-е]

На рис. 2.77 представлена схема, которая решает задачу, рассмотренную в разд. 1.32: включение звуковой сигнализации (звонка) при условии, что одна дверца машины открыта и водитель находится за рулем.

Рис. 2.77. В этой схеме «сторожа» и диоды, и транзисторы образуют схему цифрового логического «затвора».

В приведенной схеме все транзисторы работают как переключатели (находятся в режиме отсечки или насыщения). Диоды Д1 и Д2 образуют так называемую схему ИЛИ, которая выключает транзистор Т1, если одна из дверц открыта (переключатель замкнут). Однако потенциал коллектора Т1 сохраняет значение, близкое к потенциалу земли, и предотвращает включение звукового сигнала, если не замкнут переключатель П3 (водитель находится за рулем); при выполнении последнего условия резистор R2 обеспечивает включение транзистора Т3 и на звонок подается напряжение 12 В.

Диод Д3 обеспечивает падение напряжения, благодаря которому транзистор Т1 будет выключен, если замкнуты переключатели П1 и П2, а диод Д4 предохраняет транзистор Т3 от индуктивных переходных процессов, возникающих при отключении звонка. Подробно мы рассмотрим логические схемы в гл. 8.

В табл. 2.1 приведены параметры группы малосигнальных транзисторов, широко используемых на практике, соответствующие им графики зависимости коэффициентов усиления по току от коллекторного тока представлены на рис. 2.78. См. также приложение К.

Рис. 2.78. Графики зависимости коэффициента усиления по току h21Э от коллекторного тока IК для группы транзисторов, параметры которых приведены в табл. 2.1 (по данным фирм-изготовителей). Возможен технологический разброс от изображенных типовых значений в пределах +100 %, —50 %.

Схемы, не требующие пояснений

На рис. 2.80 показаны два проекта схем с использованием транзисторов.

Рис. 2.80. a — дифференциальный усилитель со смещением, обеспечивающим нулевой температурный коэффициент усиления; б — световой интегратор.

K  RК/rЭ; rЭ = kT/qTК; т. е. K  IК/T, IЭ  T

Как известно, учатся на ошибках, и своих, и чужих. В этом разделе вашему вниманию предложена целая серия грубых ошибок, допущенных при разработке схем (рис. 2.81). Внимательно рассмотрите представленные схемы, подумайте, какие возможны варианты и никогда не делайте подобных ошибок!

Рис. 2.81. a — повторители со связью по переменному току;

Рис. 2.81. б — стабилизатор напряжения +5 В; в — двухтактный повторитель; г — источник тока;

Рис. 2.81. д — переключатель для больших токов; е — двухкаскадный усилитель; ж — дифференциальный усилитель;

Рис. 2.81. з — повторитель с нулевым смещением; и — усилитель переменного тока с большим коэффициентом усиления.

Дополнительные упражнения

(1) Разработайте схему транзисторного переключателя, которая позволила бы подключать к земле две нагрузки через насыщенные транзисторы n-р-n-типа. При замыкании переключателя А обе нагрузки должны находиться под напряжением, при замыкании переключателя Б мощность должна передаваться только в одну нагрузку. Подсказка: используйте в схеме диоды.

(2) Рассмотрите источник тока, изображенный на рис. 2.79.

Рис. 2.79.

(а) Определите ток Iнагр. Чему равен рабочий диапазон схемы? Считайте, что напряжение UБЭ составляет 0,6 В.

(б) Как будет изменяться выходной ток, если при изменении коллекторного напряжения в пределах выходного диапазона коэффициент h21э изменяется от 50 до 100? (При решении этой задачи следует учесть два эффекта.)

(в) Как будет изменяться ток нагрузки в пределах рабочего диапазона, если известно, что изменение напряжения UБЭ описывается зависимостью ΔUБЭ = — 0,001ΔUкэ (эффект Эрли)?

(г) Чему равен температурный коэффициент выходного тока, если предположить, что коэффициент h21Э не зависит от температуры? Чему равен температурный коэффициент выходного тока, если предположить, что коэффициент h21Э увеличивается относительно номинального значения 100 на 0,4 %/°С?

(3) Разработайте схему усилителя с общим эмиттером на основе транзистора n-р-n-типа по следующим исходным данным: коэффициент усиления по напряжению равен 15, напряжение питания Uкк равно 15 В, коллекторный ток Iк равен 0,5 мА. Транзистор должен быть смещен так, чтобы потенциал коллектора был равен 0,5Uкк, а точке —3 дБ должна соответствовать частота 100 Гц.

(4) Предусмотрите в предыдущей схеме следящую связь для увеличения входного импеданса. Правильно определите точку спада усиления при следящей связи.

(5) Разработайте схему дифференциального усилителя со связями по постоянному току по следующим исходным данным: коэффициент усиления по напряжению равен 50 (для однополюсного выхода) при входных сигналах с напряжением, близким к потенциалу земли; источники питания обеспечивают напряжение +15 В; ток покоя в каждом транзисторе равен 0,1 мА. В эмиттерной цепи используйте источник тока, а в качестве выходного каскада — эмиттерный повторитель.

(6) Выполнив это упражнение, вы получите усилитель, коэффициент усиления которого управляется внешним напряжением (в гл. 3 эта задача решается с помощью полевых транзисторов),

(а) Сначала разработайте схему дифференциального усилителя с источником тока в эмиттерной цепи и без эмиттерных резисторов. Используйте источник питания с напряжением +15 В. Коллекторный ток Iк (для каждого транзистора) должен быть равен 1 мА, а сопротивление коллекторного резистора сделайте равным Rк = 1,0 кОм. Подсчитайте коэффициент усиления по напряжению, при условии что один из входов заземлен,

(б) Теперь модифицируйте схему так, чтобы источником тока в эмиттерной цепи можно было управлять с помощью внешнего напряжения. Составьте приблизительное выражение зависимости коэффициента усиления от управляющего напряжения. (В реальной схеме можно предусмотреть еще одну группу управляемых источников для того, чтобы скомпенсировать смещение точки покоя, обусловленное изменениями коэффициента усиления, или же можно включить в схему еще один каскад с дифференциальным входом.)

(7) Не желая прислушиваться к нашим советам, высокомерный студент создает усилитель, схема которого приведена на рис. 2.82. Он регулирует сопротивление R2 так, чтобы точке покоя соответствовало напряжение 0,5Uкк.

(а) Определите Zвх (на высоких частотах, когда выполняется условие Ζκ ~= 0).

(б) Определите коэффициент усиления по напряжению для малого сигнала,

(в) Определите грубо, при каком изменении температуры окружающей среды транзистор перейдет в режим насыщения.

Рис. 2.82.

(8) В некоторых прецизионных операционных усилителях (например, ОР-07 и LT1012) для подавления входного тока смещения используется схема, показанная на рис. 2.83 (подробно показана только половина дифференциального усилителя с симметричным входом, другая половина выглядит точно также). Объясните, как работает схема. Замечание: транзисторы T1 и Т2 представляют собой согласованную по β пару. Подсказка: вспомните о токовых зеркалах.