Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza






SURSE DE CURENT

tehnica mecanica











ALTE DOCUMENTE

ENERGIA ELECTRICA
Controlere de semnal digital dsPIC30F Cele mai bune solutii in domeniul DSP si MCU
Intrari din import - INVOICE, DVI
REGULATOARE DIGITALE DE TEMPERATURA
Racorduri
Manual pentru instalarea noii versiuni Z720 PC Sync
Curbarea tablelor
UTILIZAREA FURTUNURILOR
CONSTRUCTIA INSTALATIEI DE ALIMENTARE A MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN SCANTEIE
Celula Fotovoltaica


SURSE DE CURENT

Calculul rezistentei de iesire a surselor de curent constant si oglinzilor de curent cu tranzistoare bipolare

Cazul 1. Rezistenta de iesire a unui tranzistor īn conexiune EC.

Relatia este dedusa la amplificatorul cu un tranzistor īn conexiune EC(folosind parametri h):

 

R

 
             e ≈ (RBech+h11e) / (RBechh22e+Dhe)

                                                                  cu :

                                          -Dhe=h11eh22e-h12eh21e  - determinantul matricii  cu

                                            parametri he

                                          -valorile tipice ale parametrilor he de la curenti

   mici, de exemplu la 20mA, sunt : h­11e=200 kW;

   h21e=200;   h12e=10-5;  h22e= 0,2·10-6 S ;                                 

                                            rezulta:    Dhe= h­11eh22e = 0,04

Deci la curenti de colector mici:

e=(RBech+h11e) / (RBechh22e+11eh22e) = 1/h22e ≈ 5 MΩ

Desigur, este posibila si folosirea parametrilor " r ". Intre acestia si parametrii h  se considera relatiile de legatura
re≈h11e , β≈ h21e   si   rc sau ro≈1/ h22e
si rezulta o valoare egala aproximativ cu ro.

Cazul 2. Rezistenta de iesire a unui tranzistor cu rezistenta īn emitor.

                                              Relatia este dedusa la amplificatorul cu R.N.S.S

                                              locala:

                                               e= (RBech+h11e+h21eRE) / [(RBech+RE)h22e+Dhe)] =

                                                   = (RBech+h11e+h21eRE) / (RBech+RE+h11)h22e

                                           (deoarece ∆he = 11eh22e ),

                                              care este mai mare decāt īn cazul 1 datorita

                                              termenului  h21eRE .

                                              Obs:  cānd RE devine mare

Re Ž h21eRE/h22eRE  =  h21e/h22e = h21e×(1/h22e)

                                              deci este de h21e ori mai mare decāt īn cazul 1. Se vede astfel mecanismul de crestere a rezistentei de iesire. 


Probleme

1.1. Calculul rezistentei de iesire a sursei de curent simple, cel mai frecvent   utilizata īn  circuitele integrate.

Circuitul este asemanator cu cel din cazul 1 deci

Re=1/h22e

                                                    si la curent mic este de ordinul MΩ.

   Obs:  Cu aceasta ocazie se reaminteste valoarea rezistentei dinamice a unei diode realizata cu tranzistor (motivul folosirii tranzistorului drept dioda este : compensarea termica pentru efectele lui UBE dar si b, ceea ce o dioda simpla - o jonctiune emitoare - nu asigura ! ). Se calculeaza pentru aceasta :


                                                   Ū                                  

rd = ud/id = ibh11e/(h21e+1)ib » h11e/h21e

care, la curent de ordinul 20 μA este de cca 1 kΩ.

1.2. Calculul rezistentei de iesire a sursei de curent "Widlar". 

 
  Circuitul se īncadreaza īn cazul 2. Se                   considera  parametri tranzistoarelor  apropiati, pentru simplicitate.

                                                          Re = (RBech+h11e+h21eRE) / (RBech+RE+h11)h22e  

                                                         

                                                          Aici    RBech= RB½½h11e/ h21e Ž h11e/ h21e

                                                                                                                                                                        deci :

                        

Numeric, pentru un curent de 20 μA si RE = 1 kΩ,  se obtine Re = 10  MΩ.

1.3 Calculul  rezistentei de iesire a sursei ,,cascoda".

Circuitul se utilizeaza deoarece permite obtinerea unei rezistente Re1 de valoare mare, īntrucāt T1 are īn emitor o rezistenta  RE=Re2=mare (dar care nu ocupa loc mult pe placheta - ca un RE), de valoare mare.

Se considera tranzistoarele la acelasi curent. Se poate trata ca si īn cazul 2 pentru ca reactia din baza lui T2 si prin diodele D1,D2 este foarte slaba.   Circuitul simplificat are forma :


Pentru acesta

+

 

+

 

 

Aici, cum s-a vazut la problema 1.3 :

deoarece, īn baza diodei D2 se vede rezistenta


Pe circuitul simplificat,

Deci

adica, o valoare foarte mare , scontata, asa cum s-a aratat la problema 1.2, pentru RE de valoare foarte mare.

   La curenti mai mari Re1 este mai mica.

1.4 Calculul rezistentei de iesire a oglinzii Wilson (varianta 1)                                                         

Oval: BuclaDeoarece schema include o reactie negativa serie-paralel nu se mai poate determina rezistenta de iesire printr-o formula stabilita simplu, ca la alte oglinzi. Aici  se  va  utiliza  o  metoda  de    calcul bazata  pe  teoria  reactiei  negative  de   la amplificatoare. Īntr-adevar, circuitul se poate considera ca un amplificator cu intrarea pe borna de alimentare a ramurii de referinta.

  

Desenarea circuitului "A" se face stiind ca circuitul A include etajul amplificator cu T1 , la care se adauga:

·        rezistenta de sarcina mutata pe firul de legatura astfel īncāt la iesirea circuitului A sa se realizeze sarcina ideala pentru configuratia bucla : scurtcircuitul.

·        rezistenta RB a sursei de semnal, mutata īn paralel cu intrarea , dupa transfigurarea sursei de tensiune īn sursa de curent (cu teorema lui Norton).

·        parte din circuitul de reactie, la iesirea circuitului A, prin scurtcircuitarea la masa a nodului de la intrare.

·        parte din circuitul de reactie, la intrarea circuitului A, prin īntreruperea buclei de iesire (īn emitorul lui T1).

Astfel va rezulta circuitul : 

                                                                                                                        

                                                                                                         

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                              

                                                                                                   

                                                                                               

                                                                                                                          

                                                                 

                                                                              

Deoarece T2 intervine īn paralel cu h11e/ h21e (T3) prin rezistenta sa de intrare mult mai mare - h11e2 se poate neglija īn circuitul din emitorul lui  T1.

Pentru calculul marimii A pe circuitul "A" se va face o aproximare prin neglijarea īn modelul "h" al tranzistorului T1 a rezistentei   din circuitul de iesire. Atunci ie»h21eib1 . Marimea A este aici o amplificare de curent . Notānd

rezistentele īn circuitul de intrare, avem:

unde s-a folosit divizarea de curent īn circuitul de intrare pentru a-l īnlocui pe ii īn functie de ib1 si s-a calculat rezistenta de intrare a lui T1 cu relatia cunoscuta:

                                                          

Urmeaza calculul factorului de reactie pe circuitul pentru calculul lui b. Aceasta rezulta din circuitul de reactie daca se scurtcircuiteaza la masa nodul de la intrare al amplificatorului. Marimea  de iesire a acestui circuit este curentul irsc si:

                                                                           

                                                           

                                                                                                       

                                                                                     

                                                          

Aceasta valoare era de asteptat pentru ca circuitul este oglinda de curent: o variatie a curentului prin circuitul de iesire este aproximativ egala cu variatia curentului din ramura de referinta. Semnul minus se datoreaza inversarii de faza prin T2 (conexiune EC) aflat īn circuitul de reactie. De altfel, īn cazul reactiei negative, una dintre marimile A sau b trebuie sa fie negativa, ori aici A a iesit pozitiva.

Rezistenta de iesire a circuitului A se determina se determina cu relatia

            cu       

Deci

                        

Desigur, pentru calculul acesteia ar trebui cunoscuta concret sarcina oglinzii de curent (Rs). Daca, īntr-un caz particular, Rs<<Re1 atunci ea se poate neglija si

                      

Atunci rezistenta de iesire cu reactie este data de relatia cunoscuta pentru configuratia serie la iesire:

unde   iar     reprezinta rezistenta de iesire a oglinzii cascoda. 

Rezulta ca rezistenta de iesire a oglinzii Wilson este mai mica decāt aceea a oglinzii cascoda.

Daca īnsa, rezistenta de sarcina este 1/h22e (un tranzistor ce primeste in colector curent de la oglinda Wilson):

                      

si daca    RBech<<h11e     atunci        unde <<1     

         Numeric, pentru cazul cānd Rs este neglijabila si avānd R“B≈30kΩ iar h11e=200kΩ, h21e=200, 1/ h22e=5MΩ, rezulta

adica, o valoare foarte mare, dar totusi mai mica decāt la oglinda de curent cascoda īn aceleasi conditii.

         Deoarece s-a tratat circuitul ca un amplificator cu reactie este interesant sa se aprecieze aici eficienta reactiei negative, adica sa se compare amplificarea īn bucla deschisa βA cu 1. Se calculeaza deci

cu alte cuvinte, reactia negativa de la oglinda Wilson este eficienta.

1.5 Calculul rezistentei de iesire a oglinzii Wilson (varianta 2).

Este vorba de rezolvarea prin ecuatii pe reteaua rezultata prin folosirea circuitului echivalent al tranzistoarelor. Pentru T3 se ia doar o rezistenta h11e/h21e(dioda).                  

Aici s-au calculat cātiva curenti pentru a se reduce numarul de necunoscute din ecuatii (s-au utilizatat astfel deja teoremele Kirchoff I īn nodurile de la intare si iesire si Kirchoff II pe bucla dintre h11e si h11e/h21e.) Se poate neglija apoi rezistenta h11e aflata īn paralel cu h11e/h21e . Deci se mai pot scrie ecuatiile:

         Sinod E1       (1)     ib1+ie=h21e×ib2

         Suochi iesire   (2)      ue=(ie-h21e×ib2)×1/h22e+h21eib2×( h11e/h21e)

         Suochi intrare   (3)     (ib1+h21e×ib2)×RBech+h11eib1+h21eib2×( h11e/h21e)=0

        

Dupa eliminarea curentilor ib1 si ib2 si dupa unele neglijari, rezulta

care difera īn mica masura fata de formula stabilita cu metoda reactiei.Metoda folosita aici este mai complicata dar mai exacta. Cu valorile din problema anterioara se obtine Re≈ 145MΩ. Aceasta nu difera foarte mult de rezultatul anterior.

Probleme nerezolvate

1.6 Sa se calculeze rezistenta de iesire Re pentru oglinda de curent            

"standard" din figura.

Parametrii tranzistoarelor se considera cu valorile  date la Cazul 1 (īnceputul capitolului).


1.7 Sa se calculeze rezistenta de iesire Re pentru oglinda de curent Wilson modificata din figura. Pentru problemele cu oglinda Wilson, se pot folosi solutii simple, plecānd de la problema rezolvata anterior si constatānd diferentele care apar (se cer solutii cu aproximari).

       1.8 Calculul rezistentei de iesire la sursa de curent Wilson modificata din figura.

Re

 


1.9 Sa se calculeze Re pentru oglinda de

curent Wilson  completata cu rezistente, din figura.

                                                         

                                     

                                  

Calculul rezistentei de iesire a surselor de curent cu tranzistoare MOS

         Se cunoaste circuitul echivalent pentru semnal mic si joasa frecventa al tranzistorului MOS cu canal indus. Apar urmatoarele situatii īn sursele de curent

Cazul 1. Tranzistorul MOS fara rezistenta īn circuitul sursei.


Calculul lui Re se face cu conditia eg=0 (scurtciruit la intrare - teorema Thévenin), rezulta deci simplu:

     pentru ca, la scurtcircuit pe intrare, ugs=0 deci  gmugs  dispare.

Rezistenta rds reprezinta panta caracteristicii de iesire:

              cu   VA = 20.200V

deci                     

Tnsiunea Early este aproximativ: VA=ct∙Lef

(Lef este lungimea efectiva a canalului) deci

                           

si se poate mari prin cresterea lui Lef .

Exemplu: Vk=100V; ID=10mA ®rds=10MW. Latimea W a canalului este de obicei n*10m.100m. Ea nu are efect asupra valorii rezistentei rds .

Cazul 2. Tranzistor MOS cu o rezistenta RS īn serie īn circuitul sursei.

Se poate deduce rezistenta de iesire pe circuitul echivalent cu eg=0 (scurtcircuit). Aici gm=transconductanta sau conductanta mutuala.


                                                                

                                                             

Deducem, pe circuitul echivalent cu generatorul de semnal de la intrare scurtcircuitat (Re - se determina conform teoremei lui Thevenin)

ue=(ie-gmugs)rds+ieRS

dar   ugs=-ieRS     deci pe rezistenta RS :                          

ue=(ie+gmieRS)rds+ieRS=ie[(1+gmRS)rds+RS]

Cu aceasta

Re=ue/ie=RS+(1+gmRS)rds

si deoarece termenul RS este uneori mai mic:

Re(1+gmRS)rds

Cānd RS este un rds de la un alt tranzistor MOS, atunci

Regmrds2

Aici se va determina si rezistenta unui MOS pasiv, cu G legata la D:


                                                                                            

                                                                              

                                                                                                                   

                                        

rd=ud/id=ugs/(gmugs+ugs/rds)=1/(gm+gds)1/gm           cu 1/rds =gds

Exemplu numeric: rds=1/gds=n.MW  adica  gds=n.0,1.10-6S

gm(tipic)=100.10-6S      deci    1/gm=106/100=10kW  (tipica).

Probleme

1.10 Sa se determine cu aproximatie rezistenta  de iesire a oglinzii de curent  simple cu tranzistoare MOS, din figura.

         La acest circuit se aplica cele prezentate la Cazul1 deci    Re=rds .

1.11 Sa se determine rezistenta de iesire a oglinzii cascoda cu tranzistoare MOS.

In sursa tranzistorului T1 se afla tranzistorul T2 , cu rezistenta de iesire Re2≈rds2 . Aceasta tine loc de rezistenta RS īn sursa lui T1, prin urmare se aplica calculul de la Cazul 2 de mai sus :

Re1=rds2+(1+gmrds2)rds1≈rds2+rds2gmrds1≈ rds2gmrds1

Daca T1 si T2 sunt identice, avānd acelasi curent, va rezulta rds1=rds2=rds si

Re1=gm(rds)2

care are o valoare deosebit de mare.

1.12 Sa se calculeze rezistenta de iesire pentru oglinda Wilson.

Calculele se aseamana cu cele de la schema cu tranzistoare bipolare. Se va aplica si aici metoda bazata pe reactia negativa. Circuitul "A" este asemanator iar b se stie ca este -1 (pentru ca avem oglinda de curent). Tranzistorul T3 (MOS pasiv) are rezistenta dinamica stabilita mai sus pe baza circuitului echivalent: 1/gm .  Circuitul "A" simplificat va fi:


   

ui

 

gf

 

gf

 


Se neglijeaza  rds1 si se ia   iegmugs . Atunci caderea pe 1/gm este :

ie(1/gm)=gmugs(1/gm)=ugs

iar tensiunea de intrare va fi atunci  2ugs  . Amplificarea de curent a circuitului A va fi:

A=ie/iigmugs/(2ugs/R/G)=gmR/G/2

Se stie ca factorul de reactie la oglinda Wilson este b-1 (de la cea cu bipolare). Deci |bA|=A=gmR/G/2

Rezistenta de iesire a circuitului A va fi:

ReA=Rs+Re1Re1  īn cazul particular cānd Rs<<Re1.

Avānd:                           ReA (1+gm∙1/gm)rds=2rds

rezulta:                       ReReA|bA|=2rds=gmrdsR/G

Pentru 2 variante, cānd :

a. RG   ą   R/G=rds  ą   Re=gmrds2

b. RGrds  ą R/G=rds||rds  ą Re=(gmrds2)/2  (RG īnlocuita cu o sursa de curent cu MOS-canal p (iesirea pe drena).

Surse de curent speciale

1.13 Pentru sursa de curent  Io din figura se cer:

a.)   Curentul prin dioda Zener īn functie de Io , daca se neglijeaza curentii de baza ai tranzistoarelor.

b.)  Expresia tensiunii diodei Zener considerānd cunoscute: UBE , Io , R1 ,

c.)  Conditia ce trebuie indeplinita pentru ca Io sa fie compensat termic, daca se considera ca R1 nu depinde de temperatura.

d.)  Cum este plasata Uz  fata de 5,5V (unde coeficientul de temperatura al tensiunii Zener este @ 0) ?

e.)    Numarul maxim de diode folosite, pentru a se īndeplini conditia de la punctul c, daca se neglijeaza caderea pe rezistenta R1 si se ia UBE @0,65V.

Solutie:

a)


pentru ca T4 si T5 formeaza o sursa standard la care :


si  pentru ca T1 si T2 constituie o oglinda de curent simpla, la care  IC2@Io .

           b) Pe ochiul de retea  cu DZ si cele n diode:

Uz=(n+2)UBE+Io×R1


       c)

  nu este functie de E. Impunānd :


  rezulta conditia:

                                             

                                                         sau

deci     KTUz< 0 .

 d) Trebuie UZ < 5.5V  pentru ca atunci  KTUz< 0  (negativ).

f)     


Neglijānd IoR1 rezulta:


   si luānd pe Uz  de exemplu 4,0V

Observatie : Aici avem nevoie de fapt de un tabel cu KTUz , dat īn functie de Uz , pentru a stabili corect numarul final de diode.

         1.14 Pentru sursa de curent multipla din figura, alimentata cu tensiunea variabila U, se cer :

         a) Sa se calculeze la 300K curentii de iesire IC11 si IC14 ai sursei si sa se verifice ca acestia nu depind de tensiunea de almentare U. Aria jonctiunii emitoare a lui T10 este de 10 ori mai mare decāt aceea a lui T12 (asa cum arata cifrele īnscrise lānga emitoarele acestor tranzistoare). Curentii de baza se neglijeaza.

         b) Sa se calculeze rezistenta R1 pentru care IC10≈IC11.

Se dau la 300K :U=3V, UBE11 si UBE12≈0,65V.

Observatie : Circuitul face parte din integratul « senzor de temperatura » βM335.

Solutie

         a) Neglijānd curentii de baza ai tranzistoarelor se poate scrie pe bucla ce include cele patru jonctiuni emitoare ale tranzistoarelor T10.T13 :

IC13R2=-UBE13-UBE10+UBE11+UBE12=

(deoarece ICo este proportional cu aria jonctiunii emitoare iar la tranzistoarele nemarcate lānga emitor, se considera tot cifra 1 īn raportul ariilor). Avānd īnsa

IC11=IC13    rezulta   UBE11=UBE13  si

                                     IC10=IC12    dar   UBE10≠UBE12

se obtine

Deci                           

Cum la sursa de curent « standard » formata din T13 si T14 īmpreuna cu rezisten-tele din emitoarele lor avem :

 

rezulta                                    

         b) Rezulta din legea lui Ohm :

 


Document Info


Accesari: 1420
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.

 


Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2014 )