Методы обеспечения режима работы транзистора в каскадах

УСИЛЕНИЯ

Для нормальной работы любого усилительного каскада необходимо установить определенные токи и напряжения во входной и выходной цепях транзистора при отсутствии входного сигнала. Такой режим называют статическим (режим по постоянному току, режим покоя). Значения постоянных составляющих токов и напряжений определяются источниками питания во входной и выходной цепях усилителя.

В практических схемах отдельный источник смещения во входной цепи ис­пользуется редко, а вводятся дополнительные элементы смещения (обычно ре­зисторы), на которые подается напряжение от источника питания в выходной цепи. Рассмотрим основные способы обеспечения режима по постоянному току в схеме с ОЭ. Основным требованием при этом является обеспечение постоян­ства выбранного режима покоя при изменении температуры и замене транзи­стора.

НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ЦЕПИ СМЕЩЕНИЯ

 

Рассмотрим две основные разновидности нестабилизированных цепей смещения.

Схема усилительного каскада со смещением фиксированным током базы пока­зана на рисунке 3.11. Сопротивление R_Б выбирается во много раз большим сопротивления по постоянному току между кол­лектором и базой транзистора, напряже­ние U_БЭО «Ек. Поэтому

(3.10)

 

Рисунок 3.11 – Усилительный каскад со смещением фиксированным током базы

Из (3.10) следует, что ток базы прак­тически не зависит от параметров тран­зистора, имеет фиксированное значение, определяемое лишь напряжением ис­точника питания и сопротивлением RБ. Ток IБ0 и напряжение UБЭ0 являются за­данными и определяются режимом рабо­ты транзистора, связь между ними уста­навливают статические входные характеристики транзистора. Следовательно, для обеспечения требуемого смещения на транзисторе в данном усилителе необ­ходимо правильно выбрать сопротивление резистора RБ, воспользовавшись при этом формулой (3.10). Покажем цепи протекания постоянных токов в усили­тельном каскаде с фиксированным током базы (рисунок 3.11). Ток эмиттера Iэо про­текает от источника питания +Ек через корпус, эмиттерный переход транзистора, далее он разделяется на токи IБ0 и Iко; ток IБ0 протекает через резистор RБ и ис­точник питания -Ек, а ток Iко — через коллекторный переход транзистора, резистор Rк, источник питания – Ек.

Схема усилительного каскада со сме­щением фиксированным напряжением ба­за-эмиттер показана на рисунке 3.12.

Напряжение смещения U_БЭ0 обеспе­чивается с помощью делителя напряже­ния R_l и R₂ в цепи базы. Из схемы на рисунке 3.12 следует, что Ек = ImR₂ + IдлR₁ + I_Б0R₁, где Iдл — ток делителя.

Отсюда

Поскольку U_БЭ0 = IдлR₂, имеем

(3.11)

 

Рисунок 3.12 – Усилительный каскад со смещением фиксированным напряжением UБЭ

Как следует из (9.11), чем больше Iдл по сравнению с IБ0, тем меньше напря­жение смещения UБЭ0 зависит от параметров транзистора. При Iдл IБО из (9.11) получаем UБЭ0 = , то есть смещение зависит только от напряжения источника питания и от сопротивлений делителя R1, R2. Цепи протекания токов Iэо, IБО и Iко такие же, как и в усилителе по схеме рисунка 3.11; ток делителя Iдл протекает через источник питания +Ек, корпус, резисторы R1, R2, ис­точник питания — Ек. На практике нестабилизированные цепи смещения нашли ограниченное при­менение, поскольку они не устраняют произвольные отклонения режима работы транзистора от заданного.

ПРИЧИНЫ НЕСТАБИЛЬНОСТИ

 

Статические характеристики транзисторов могут существенно отличаться из-за технологического разброса параметров транзисторов от одного экземпляра к дру­гому, к тому же они имеют сильную зависимость от температуры. Ток коллектора транзистора

Iко» h_21Э (I_БО + I_КБО), (3.12)

 

где h_21Э — низкочастотный коэффициент усиления по току в усилителе с ОЭ; I_КБ0 — обратный ток коллектора при отключенном эмиттере транзистора, являю­щийся тепловым током неосновных носителей заряда через pn - переход.

Как следует из (3.12), ток Iко даже при фиксированном токе базы зависит от h_21Э и I_КБ0. Коэффициент усиления h_21Э может меняться от экземпляра к экземп­ляру транзистора в 2-3 раза. Ток I_КБ0 резко зависит от температуры. Так, при увеличении температуры на каждые 10°С он увеличивается вдвое у германие­вых и втрое у кремниевых транзисторов. Оба отмеченных фактора могут резко изменить режим работы транзистора. По указанным причинам усилительный каскад со смещением фиксированным током базы практически не применяется.

При смещении фиксированным напряжением база-эмиттер разброс парамет­ров транзистора и изменения температуры значительно меньше влияют на от­клонения от заданного режима работы транзистора. Однако и в этом случае не­стабильность режима может быть существенной.

Изменения температуры и разброс параметров транзисторов приводят к из­менению токов Iко и I_Б0. При этом падение напряжения на резисторах R₁ и R₂ в усилительном каскаде (рисунок 3.12) изменяется. Для некоторого уменьшения этих изменений необходимо, чтобы выполнялось условие Iдл» I_БО. Тогда изме­нения I_Б0 мало влияют на напряжение смещения U_БЭО. В то же время с увеличе­нием Iдл приходится уменьшать сопротивление резисторов Rl и R2, что приводит к увеличению выделяемой на них мощности и уменьшению входного сопротив­ления каскада. Обычно в каскадах предварительного усиления выбирают Iдл = (5-10)I_Б0, а в каскадах мощного усиления Iдл = (1-5)I_Б0. Задаваясь значени­ем Iдл, определяют сопротивление резистора R₁ = U_БЭО / Iдл, а сопротивление R₂ находится из (9.11).

Следовательно, нестабилизированные цепи смещения могут применяться только в тех случаях, когда усилитель работает при малых колебаниях темпера­туры и при индивидуальном подборе резисторов цепей смещения для применен­ного в усилителе транзистора.

Основные параметры каскада усиления по схеме с общим эмиттером сильно зависят от внешних воздействий.

К ним в первую очередь, как описано выше, следует отнести изменение тем­пературы окружающей среды, вызывающее:

Ø изменение обратного тока коллекторного перехода I_КБ0.

Ø изменение напряжения эмиттерного перехода транзистора.

Ø изменение коэффициента передачи тока транзистора h_21Э.

Ø изменение напряжения питания, изменение сопротивления нагрузки и т. п.

Все эти воздействия приводят к изменению тока коллектора, а следовательно и к изменению выходного напряжения усилительного каскада, но имеется воз­можность их компенсировать специальными схемотехническими решениями.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: