Эффект Эрли

Начну из далека...
Каскад ОЭ в эмиттере не резистора, при смене нагрузки в коллекторе возникает эффект Эрли, он меняет напряжение Uбэ а значит меняет ток в делителе, верно?

0

ООС, конечно, обеспечивает стабилизацию тока нагрузки, но не ООС единым поддерживается постоянство тока. Сам транзистор тоже не промах.

Если сопротивление нагрузки изменяется, то ток коллектора почти не изменяется, но изменяется напряжение на коллекторе.

0

Надо подумать и собрать всё в кучу.
Вообще я "ползу" к этой схеме, она более менее идеально относительно двух предыдущих в них мы минимизируем Эрли а в этой как мне сказали Эрли почти полностью искоренен... Но без Уилсона в ней делать нечего...

Миниатюры

 

0

Схема как схема. Зеркало Уилсона, в котором напряжение коллектора Q10 стабилизируется транзистором Q11 (неплохая попытка окончательно добить ффект Эрли, но, всё равно, "Кац не умер, Кац только контужен..."), а ток управления (который на "моих" картинках обозначен как I_ПР) задаётся НЕ резистором (плохим источником тока), а более-менее нормальным источником тока. И для этого не так уж и хорошего источника тока даже отдельного питания не пожалели. Ну здорово, чё.

И зачем всё это? Например, если применить хотя бы операционный усилитель, можно достичь астрономической точности поддержания тока, и вообще не подозревать, что существует какой-то там эффект Эрли. Что нужно? Разобраться с этой не так уж и хорошей схемой, или решить какую-то задачу?

Добавлено через 19 минут
А-а-а... Сразу не обратил внимания. Это высоковольтный источник тока. И для чего он?

0

Изучаю электронику для себя, не студент задач нет...
Вникал во всяческие схемы начиная от простейшего усилителя заканчивая лез внутрь микросхем, читал кучу книг начиная от Айсберга, ХиХ, Борисов, Сворень, ТиШ...
Иии как бы понимаю и с другой стороны ничерта не понимаю сути...
Вобщим как то так
Сейчас влез в ШИМ, вроде как бы основные каскады понятны токовое зеркало, однопроходной каскад, дифф. каскад, буфер(фазовозвращатель), выходной каскад... Вроде об них читал и знаю... Но как то более глубокого понимания нет как это работает на низком уровне... Вобщим как мог объяснил проблему...

Миниатюры

 

0

Получается, что ток коллектора T3 (он же ток в нагрузке) не входит в цепь ООС.

Вот это я впервые раз такое услышал... Это прям совсем не понятно... Ток эмиттера это и есть ток коллектора за вычетом тока базы!?

0

Ну да, не входит. Если бы входил, то было бы практически всё равно, какой там h_21Э. ООС, вообще-то, кольцевая цепь, из который коллектор этот торчит куда-то в сторону. Что будет, если у T3 будет h_21Э = 20? При изменении сопротивления нагрузки ток эмиттера будет стоять, как вкопанный, а ток коллектора будет изменяться. Да, немного, на один-два процента, но будет. Ток коллектора не входит в ООС, он всего лишь примерно равен току эмиттера, который как раз в ООС входит.

У Вас опечатка. Ток эмиттера - это сумма тока коллектора и тока базы. Не разность.

Сообщение от sxema основные каскады понятны

Ну, как Вам сказать...

Т1, Т2 - источник тока (заряжает С1 стабильным током); Т1, Т2, С1 - ГЛИН
Т3, Т4 - аналог тиристора (разряжает С1 по достижении заданной амплитуды пилы)
Т5 - стабилизатор (задаёт амплитуду пилы)
Т1...Т5 вместе - генератор пилообразного напряжения

Т6..Т9 - плохонький компаратор на дифкаскаде с нагрузкой в виде токового зеркала

Т10, T11 - ключевой усилитель напряжения (преобразует недоразумение, которое с натугой породил компаратор, в прямоугольный сигнал)
Т12, Т13 - ключевой усилитель тока (дури которого хватает для перезарядки затвора T14)
Т14 - ключ

Т15, Т16 - источник тока (заряжает С2 стабильным током); Т15, Т16, С2 - ГЛИН

Всё это вместе - схема для плавного зажигания автомобильной фары, чтобы лампочка EL1 работала долго и счастливо. В наших краях эта схема не слишком актуальна, поскольку лампочка быстрее стряхнётся от езды по ухабам, нежели сгорит от броска тока при включении. Польза от этой схемы, по-моему, весьма сомнительна.

Работа схемы вкратце:

При включении схемы выключателем фары (традиционно американцы всякие там выключатели забывают рисовать) ГЛИН на Т15, Т16 однократно формирует достаточно медленное ЛИН (время изменения ЛИН где-то полсекунды, считать точно неохота), которое подаётся на первый вход компаратора.

На второй вход компаратора подаётся пилообразное напряжение с генератора Т1..Т5 с периодом, гораздо меньшим, чем время изменения ЛИН на первом входе.

Компаратор сравнивает ЛИН и пилу, и выдаёт ШИМ-сигнал с возрастающей длительностью импульса до тех пор, пока величина ЛИН не превысит амплитуду пилы, после чего выдаёт постоянное напряжение.

ШИМ-сигнал с компаратора выходит так себе, в силу не слишком большого усиления компаратора. Не прямоугольник, а, скорее, трапеция. Это убожество выправляется ключевым усилителем до прямоугольного напряжения с крутыми фронтами, чтобы Т14 сразу не сдох от работы в активном режиме.

Ключ Т14 коммутирует лампочку.

L1, C3 и D9 фильтруют ШИМ-сигнал с целью сделать из этого ШИМ-сигнала напряжение, постепенно возрастающее от 0 до 12 вольт.

0

Ой, про ШИМ лучше не надо. С Уклоном не всё понятно.

Если T3 попытается, например, уменьшить ток коллектора, то уменьшится и ток его эмиттера, ток через T1 тоже уменьшится (напряжение на T1 при этом существенно не изменится), поэтому уменьшится ток коллектора T2, и, так как напряжение на коллекторе T2 фиксировано, увеличится ток базы T3, поэтому транзистору T3 придётся открываться и увеличивать свой коллекторный ток. Круг замкнулся.

Суть ТЗ Уилсона при изменениии тока в коллекторе Т3 передать изменившееся ток в виде напряжения в Т2 через Т1 копированием одного Uбэ в другое верно?

1. Отсюда сразу непонятна фраза фиксированное напряжение на коллекторе Т2? Если оно фиксированно то как мы изменим потенциал базы ТЗ что бы изменить ток коллектора после смены сопротивления?
2. Не понятно, существенно не изменится это хорошо или плохо? Если плохо и лучше бы оно не менялось то опять же потенциал базы Т1 не изменится азначет мы не передадим в Т2 корректировку что ток Т3 изменился?

0

Сообщение от sxema Ой, про ШИМ лучше не надо.

А почему? Я сказал что-то не так про это поделие для автолюбителей? И почему именно "ой"? Вам пока не хочется с этим разбираться, или Великая ШИМ - это святое, и я ненароком могу её осквернить?

Идеала нет, и всё можно описать с разных сторон. Но в данном случае "с другой стороны" упрощённо пояснить не получится. И что Вы всё про напряжения, если транзистор лучше всего описывается как ИТУТ?

Сообщение от sxema Суть ТЗ Уилсона при изменениии тока в коллекторе Т3 передать изменившееся ток в виде напряжения в Т2 через Т1 копированием одного Uбэ в другое верно?

Нет. T3 фиксирует напряжение на коллекторе T2, участвует в стабилизации тока через T1 (и напряжения на T1), и передаёт ток T1 в нагрузку. Так что, суть ТЗ Уилсона в стабилизации напряжения на коллекторе T2 с целью значительного уменьшения его эффекта Эрли. Сравните: изменение напряжения на T2 в обычном ТЗ от 0 до U_КК-U_БЭ, и на сотые доли вольта в зеркале Уилсона. Разница есть? На всякий случай: влияние эффекта Эрли от T3 получается несущественным, поскольку его U_БЭ лишь чуть-чуть меняет напряжение на коллекторе T2, ничего более.

Сообщение от sxema непонятна фраза фиксированное напряжение на коллекторе Т2

А что непонятного? P-n переход - какой-никакой стабилитрон (про стабисторы слышали?), и потенциал коллектора T2 относительно его эмиттера фиксирован двумя p-n переходами (переходы база-эмиттер транзисторов Т1 и T3). Так как изменения токов баз этих транзисторов ну очень небольшие, фиксирующее напряжение изменяется ещё меньше (см. входную характеристику транзисторов).

Сообщение от sxema Если оно фиксированно то как мы изменим потенциал базы ТЗ что бы изменить ток коллектора после смены сопротивления?

А, я думал, для Вас не будет трудностью понять, как это происходит. Произойдёт перераспределение тока I_ПР: в коллекторе T2 ток изменится в одну сторону, в базе T3 - в другую, сумма же этих токов (ток I_ПР) существенно не изменится (см. принцип работы параметрического стабилизатора из стабилитрона и резистора). Напряжение на базе T3, конечно, тоже изменится, но в разы меньше, чем ток базы T3.

Сообщение от sxema Не понятно, существенно не изменится это хорошо или плохо?

Это хорошо, потому что добиваемся того, чтобы вообще не изменился. Вообще, ООС в данном случае происходит именно по току, напряжения не так уж и важны. Да, напряжения тоже меняются, но совсем немного. За исключением напряжения на коллекторе T3, которому ничто не мешает меняться.

Извиняюсь за долгое молчание, времени на интернет не было.

0

Про ШИМ я имел ввиду что мне рано с ним разбираться...
Вот ещё вопрос про ТЗ.
Ток через Т1 создает напряжение Uбэ.
Как так может быть, надо говорить наоборот напряжение на Uбэ создаёт ток Т1, пока не откроется переход БЭ тка в коллекторе не будет?

Миниатюры

 

0

Нет, не надо так говорить. Это как ветер дует оттого, что деревья качаются.

Мыслите шире. Что-то Вас зациклило на напряжениях, будто напряжения какие-то самые главные.

Ток и напряжение инвариантны. Источник напряжения порождает ток во внешней цепи (может быть, нулевой), а источник тока порождает напряжение на внешней цепи (может быть, нулевое).

Что является источником, то и является порождающим.

В данном случае источником является управляющий ток I_ПР, поэтому этот ток, протекая через параллельно соединённые Т1 и база-эмиттерный переход Т2, создаёт на них U_БЭ, а не наоборот. U_БЭ - это НЕ источник напряжения, это падение напряжения.

В случае биполярных транзисторов лучше оперировать токами. А напряжения - это уж какие получатся.

Не по теме, для общего развития.

Обратите ещё раз внимание на входную характеристику: она примерно экспоненциальна. Значит, напряжение относительно тока меняется примерно по логарифмическому закону (как следствие, напряжение U_БЭ при изменении тока базы меняется мало).

Чем считать транзистор? Смотрите выходные характеристики. Ток коллектора от тока базы зависит примерно линейно, значит, ток коллектора от напряжения U_БЭзависит примерно логарифмически. Получается, транзистор является линейным усилителем тока и логарифмическим усилителем напряжения.

Кстати, то, что ток коллектора зависит от U_БЭ логарифмически, тоже применяется. В логарифмических усилителях, как и ожидалось, которые, в свою очередь, используются в аналоговых перемножителях.

0

Почему меня заклинило на напряжении?
Потому что я сначала думал что транзистор управляется током.
Но потом мне сказали что он управляется напряжением. Вот и отгадываю эту загадку.

0

Понятно.

Истина - в графиках.

Насчёт управления напряжением - не соврали. Такое бывает сплошь и рядом. Жаль, что не сказали, что это, хоть и удобно, но плохо.

Далеко ходить не надо: первый каскад с ОЭ любого усилителя управляется как раз напряжением. И, естественно, этот каскад является логарифмическим усилителем. Но обычно на этом внимание не заостряется. Как так? Да очень просто: поскольку амплитуда переменного напряжения сигнала маленькая, а участок входной характеристики (определяемый смещением каскада), на котором действует этот сигнал, тоже малеький, логарифм с песней принимается за прямую линию. А если ещё и ООС есть - то какая там уже разница, линейная характеристика, или не очень. Однако, второй и последующий каскады, как правило, от предыдущих каскадов уже управляются током. Но не всегда.

Какая в этом беда? Сумма логарифмов равна логарифму произведения. Каскады усилителя, которые управляются напряжением, и которые от этого "слегка логарифмические", порождают интермодуляционные искажения, которые известны как "феномен транзисторного звучания". Разные частоты сигнала, логарифмируясь и затем складываясь, создают новый сигнал (произведение сигналов исходных разных частот), и частота этого нового сигнала не кратна исходным частотам. Это слышно, и это в большом количестве противно.

Но, ввиду того, что так проще, оно и прижилось. Ну, подумаешь, небольшие искажения! Идеал ведь недостижим (но война с интермодуляшкой не утихла до сих пор).

Чтобы транзисторный усилитель не имел интермодуляционных искажений, все его транзисторы должны управляться током. Такие усилители создавались, но они как-то не прижились. Больно сложные и экзотические. Проще на лампах собрать, или наплевать на интермодуляшку.

0

Мне тут одна мысль не даёт покоя, в классическом ТЗ транзистор с зкорченнм БК влияет ли ( уменьшает) на эффект Эрли выходного транзистора?

0

Нет, не влияет.

Я выше написал, что напряжение коллектора "портит" напряжение на базе. Получается, что я немного зарапортовался: портит-то оно его портит, но на одну и ту же величину, и при изменении напряжения на коллекторе в базе практически ничего не меняется.

Извиняюсь.

При U_КЭ=0 входная характеристика транзистора (зависимость I_Б от U_БЭ) соответствует характеристике p-n перехода база-эмиттер, при U_КЭ>0 появляется обратный ток коллектора I_КО (тепловой ток коллектора). Фактически это обратный ток (обратносмещённого) перехода коллектор-база. Этот ток ВЫТЕКАЕТ из базы (то есть, противоположен базовому току), и этот ток смещает входную характеристику вправо и вниз. А так как обратный ток p-n перехода почти не зависит от приложенного напряжения, то при любом напряжении на коллекторе, большим нуля, характеристика смещается практически на одну и ту же величину. В справочниках обычно так и рисуют: две входные характеристики, для U_КЭ=0 и для всех остальных U_КЭ>0.

Токи баз транзисторов в обычном ТЗ отличаются на (маленькую) величину I_КО транзистора T2, и от напряжения на коллекторе T2 практически не зависят.

Эффект Эрли происходит из-за изменения ширины базы при изменении напряжения на коллекторе, и при фиксированном напряжении на базе проявляется в изменении токов коллектора и эмиттера.

При повышении напряжения на коллекторе происходит дополнительное запирание коллекторного перехода, его обеднённая зона расширяется в том числе и в сторону базы, и толщина базы становится меньше. Увеличивается плотность заряда в базе, и поэтому увеличивается инжекция носителей заряда из эмиттера в базо-коллекторный переход. Как следствие, при увеличении напряжения на коллекторе происходит увеличение h_21Э.

Это всё видно на выходных характеристиках. Если бы не было эффекта Эрли, то характеристики были бы параллельны оси U_КЭ.

0

Выходной транзистор в стандартном ТЗ сам избавляется от Эрли за счёт чего, за счёт свой внутренней обратной связи? Внутренне сопротивление rэ?

0

Выходной транзистор в стандартном ТЗ никак от эффекта Эрли не избавляется, этот эффект в нём присутвтвует в полный рост из-за его природы. Просто потому, что у транзистора есть его выходные характеристики. И чем горизонтальнее ветви этой характеристики у конкретного транзистора, тем присущий конкретно ему эффект Эрли меньше.

То, что эффект Эрли влияет на базу только почти стабильным током I_КО (то есть, в рабочем режиме влияет весьма слабо, можно сказать, никак) не отменяет эффект Эрли (то есть, изменение тока колектора (и эмиттера) из-за модуляции ширины базы под воздействием коллекторного напряжения).

Насчёт r_Э. Это всего лишь элемент эквивалентной схемы транзистора, то есть, это не элемент собственно транзистора, а элемент модели транзистора. Как такового, этого сопротивления не существует, но с его помощью модель более полно описывает реальный транзистор.

ООС можно создать (физическим) резистором в эмиттере, что очень часто и делается. Эффект Эрли в этом случае ослабляется, но за всё приходится платить: диапазон устойчивой работы схемы уменьшается.

0

Так...то есть при смене сопротивления в коллекторе меняется ток коллектора и появляется IКО в базе и что бы вернуть ток коллектора в прежнее состояние мы должны в базу направить ток равный IКО встречно?

0

Нет, так не получится. Избавление от I_КО не избавляет от эффекта Эрли, суть которого в модуляции ширины базы под воздействием U_КЭ>0. Тем болле, что, например, при увеличении U_КЭ, чтобы оставить ток коллектора на прежнем уровне, транзистор нужно немного закрыть, то есть, нужно уменьшить ток базы, а не увеличить.

Я выше указывал, что I_КО возникает, так скажем, раз и навсегда, при любом U_КЭ>0, и величина его от U_КЭ практически не изменяется. Компенсируя I_КО, грубо говоря, можно избавиться от ПРОЯВЛЕНИЯ эффекта Эрли В БАЗЕ. При этом эффект Эрли никуда не исчезнет, поскольку ширина базы под воздействием электрического поля, созданного U_КЭ>0, так и останется меньше, чем при U_КЭ=0.

Чисто ТЕТЕРИЧЕСКИ, избавиться от эффекта Эрли можно, каким-то образом зафиксировав ширину базы на величине, которую она имеет при U_КЭ=0, I_КО при этом компенсировать не обязательно. Тогда бы ток коллектора оставался постоянным при любом U_КЭ>0. Но волшебного фиксатора ширины базы не существует.

Получается, что "Кац не умер, Кац только контужен" в любом случае. Эффект Эрли есть всегда, в том числе и при U_КЭ>0=const. Просто при U_КЭ=const он себя никак проявить не может, поскольку U_КЭ не меняется, поэтому не меняется и ширина базы. В зеркале Уиилсона это и используется.

0

Компенсируя IКО в базе мы же изменяем ток в коллекторе?

0

Да, увеличиваем его.

0