Основные режимы работы усилительных каскадов

Ток покоя транзисторных усилительных каскадов, величина которого определяется режимом работы, может меняться в широких пределах под воздействием различных дестабилизирующих факторов: изменения температуры и других параметров окружающей среды, старении элементов схемы, нестабильностью источников питания и т. п.

Чрезмерное уменьшение тока покоя приводит к увеличению нелинейных искажений и уменьшению усиления каскада; чрезмерное увеличение тока покоя также увеличивает нелинейные искажения и уменьшает КПД каскада, при изменении тока покоя может измениться динамический диапазон усилителя.

Как известно, параметры транзисторов в значительной степени зависят от температуры. Поэтому важнейшей задачей при проектировании транзисторных усилителей является обеспечение именно температурной стабилизации их режима работы.

Простейшей и наиболее экономичной является коллекторная стабилизация, представленная на рис. З.З.а, для включения транзистора по схеме с общим эмиттером.

Положение точки покоя обеспечивается током I_об, протекающим через резистор R_б. Величина R_б определяется по формуле

, где U_ок=E_к-(I_oб+I_ок)*R_к и U_об >> U_ок

Принцип действия схемы стабилизации состоит в следующем. С ростом, например температуры, I_ок начинает расти, что приводит согласно (3.2), к уменьшению U_OK. Так как сопротивление резистора R_Б постоянно, то согласно (3.1), I_f0Б начнет уменьшаться. Ток коллектора и ток базы транзистора связаны между собой коэффициентом усиления тока. Следовательно, уменьшение тока покоя базы I_ОБ не позволит току покоя I_ок сильно увеличиться, и режим работы каскада практически не изменится. При уменьшении температуры окружающей среды будет наблюдаться обратная картина.

Схема коллекторной стабилизации эффективна лишь при большом падении напряжения на коллекторной нагрузке (порядка 0,5Е_П и выше) и колебаниях температуры в пределах 20-30°.

В схеме коллекторной стабилизации (рис, 3,3,а) через резистор R_Б возникает отрицательная параллельная обратная связь по переменному напряжению, уменьшающая коэффициент усиления и входное сопротивление каскада. Для устранения этой связи R_Б делят на две части, между ними и корпусом включают конденсатор С_Б (рис. 3.3,6). Емкость конденсатора должна быть такой, чтобы на самой нижней частоте усиления его сопротивление переменному току было существенно меньше сопротивления резистора R'_Б

Более высокую стабилизацию режима работы транзисторного усилительного каскада обеспечивает схема эмиттерной стабилизации, представленная на рис. 3.3,в, для включения транзистора с общим эмиттером.

Принцип действия схемы состоит в следующем. С ростом, например температуры окружающей среды, возрастают токи покоя коллектора I_ок и эмиттера 1_0Э. При этом увеличивается падение напряжения на резисторе R_Э и потенциал базы становится более положительным U_ОБ = U_Б - U_э. Ток базы I_ОБ уменьшается, что ограничивает рост тока I_ок.

Для устранения последовательной отрицательной обратной связи по току, которая возникает в схеме при подаче входного сигнала переменного тока, резистор R_Эшунтируется конденсатором С_э.

Величину сопротивления резистора R_Э находят по допустимому на нем падению напряжения U_R=(0,1...0,2)U_ок, при протекании тока I_оэ = I_ок

Схема эмиттерной стабилизации режима работы находит наиболее широкое применение, так как обеспечивает хорошую работоспособность усилительного каскада при изменении температуры на 70— 100°.

Если в цепях питания коллекторов транзисторов использованы развязывающие фильтры, то при применении схемы эмиттерной стабилизации в усилительном каскаде возникает комбинированная стабилизация, состоящая из эмиттерной и коллектрной (рис. 3.3,г),

Эмиттерная стабилизация в этом случае обеспечивается так, как было рассмотрено выше, при помощи элементов R_ЭC_Э. Коллекторная стабилизация возникает за счет резистора R1. Ток через него зависит от падения напряжения на резисторе R_ф. При изменении температуры ток I_ок, протекающий через R_K и R_ф, меняется; меняется падение напряжения на R_ф. что, в свою очередь, стабилизирует ток I_ОБ, а следовательно, и ток I_ок.

Нестабильность коллекторного тока от действия температуры принято оценивать коэффициентом температурной нестабильности S, который показывает, во сколько раз изменение тока коллектора I_ок превышает изменение начального тока коллектора I_ко, т. е. S = I_oк / I_кo'.