Улучшение транзисторных источников тока

Повышение напряжения U_Э

Влияние изменений напряжения U_БЭ можно свести к минимуму, если установить напряжение на эмиттере достаточно большим (по крайней мере 1 В). Тогда изменение напряжения U_БЭ на несколько милливольт не приведет к значительному изменению напряжения на эмиттерном резисторе.

Рассмотрим два случая: 1) ∆U_БЭ = 10 мВ, U_Э = 0,1 В, следовательно, ; 2) ∆U_БЭ = 10 мВ, U_Э = 1 В, следовательно, . Как видно, при изменении U_БЭ на 10 мВ относительное изменение напряжения U_Э во втором случае не превысит 1%.

Температурная компенсация

В данном варианте схемы изменение напряжения U_БЭ на транзисторе Т₂ компенсируется изменением напряжения на эмиттере транзистора Т₁. Оба транзистора имеют аналогичные температурные зависимости. Наличие в схеме компенсации изменений U_БЭ2 можно проследить следующей логической цепочкой с использованием представлений о простейшей модели транзистора:

↑U_БЭ2→↑U_Б2→↑U_Э1→↑U_БЭ1 (при U_Б1 = const, заданном делителем R₁, R₂)

→↑I_Б1→↑I_К1→↑I_Э1→↑U_R3→↓U_Э1→↓U_Б2→↓U_БЭ2 и, наоборот,

↓U_БЭ2→↓U_Б2→↓U_Э1→↓U_БЭ1→↓I_Б1→↓I_К1→↓I_Э1→↓U_R3→↑U_Э1→↑U_Б2→↑U_БЭ2.

Здесь и далее приведены следующие условные обозначения: U_БЭ1, U_БЭ2 – падение напряжения на переходе база – эмиттер транзистора Т₁ и Т₂; U_Б1, U_Б2, U_Э1, U_Э2, U_К1, U_К2 – напряжения относительно земли на базе, эмиттере и коллекторе транзистора Т₁ и Т₂ соответственно; U_R3 – падение напряжения на резисторе R₃. Принятые условные обозначения: «↑» – увеличение, «↓» – уменьшение, «→» – следовательно.

Рис. 4.11. Схема транзисторного источника тока с температурной компенсацией

Каскодная схема

Для данной схемы характерно то, что в цепи эмиттера транзистора Т₁ включен ЭП Т₂. Оба транзистора имеют одинаковые температурные зависимости.

Рис. 4.12. Каскодная схема транзисторного источника тока

В каскодной схеме повышена устойчивость к изменениям тока в нагрузке, в том числе вызванным изменениями напряжения U_БЭ. Пусть U_Б1 и U_Б2 – фиксированные напряжения смещения базы для Т₁ и Т₂ соответственно.

Тогда наличие компенсации изменений тока в нагрузке I_К1 можно проследить следующей логической цепочкой с использованием представлений о простейшей модели транзистора:

↑I_К1→↑I_Э1→↑I_К2→↑I_Э2→↑U_Э2→↓U_БЭ2 при U_Б2 = const→↓I_Б2→↓I_К2→↓I_Э1→↓I_К1

и, наоборот,

↓I_К1→↓I_Э1→↓I_К2→↓I_Э2→↓U_Э2→↑U_БЭ2 при U_Б2 = const→↑I_Б2→↑I_К2→↑I_Э1→↑I_К1.

Устранение зависимости от изменений напряжения питания

Основная идея – это использование напряжения U_БЭ первого транзистора в качестве напряжения, задающего ток для второго транзистора: . В результате можно «отвязать» второй транзистор от источника питания и одновременно уменьшить зависимость U_БЭ от изменений U_КЭ. Уменьшение зависимости U_БЭ от U_КЭ (эффекта Эрли) связано с уменьшением в данной схеме величины U_КЭ1 до значения 2U_БЭ.

Рис. 4.13. Схема транзисторного источника тока
с уменьшенным влиянием изменений напряжения питания и эффекта Эрли

Контрольные вопросы к лекции

1. В чем заключаются причины ограничения сигнала в ЭП?

2. Какова последовательность анализа схемы ЭП?

3. Чем характеризуются стабилизаторы напряжения с ЭП?

4. В чем состоит принцип работы транзисторного источника тока?

5. Что такое рабочий диапазон транзисторного источника тока и чем он определяется?

6. Какие способы задания смещения применяют в транзисторном источнике тока?

7. В чем заключаются недостатки транзисторных источников тока и какие способы их устранения существуют?

ЛЕКЦИЯ 5

Усилитель с ОЭ

Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор R_К. При подаче напряжения питания U_КК устанавливаются режимы по постоянному току. В результате с делителя R₁, R₂ задается напряжение смещения U_Б, которое определяет потенциал эмиттера U_Э = U_Б – 0,6 В (для n-p-n-транзистора). Резистор R_Э устанавливает постоянный ток эмиттера , а напряжение на коллекторе становится равным . Для симметричного изменения выходного сигнала в пределах всего динамического диапазона, определяемого напряжением источника питания U_КК, следует задавать U_К = 0,5U_КК. При этом относительно земли .

Рис. 5.1. Схема усилителя с ОЭ

Если через емкость на базу транзистора подать сигнал u_ВХ = u_Б, то переменное напряжение на эмиттере u_Эповторяет напряжение на базе u_Б и вызывает изменение эмиттерного и (приблизительно такое же изменение) коллекторного тока: . Этому изменению соответствует изменение коллекторного напряжения: . Здесь и далее прописными буквами I, U обозначены постоянные напряжения и токи, строчными буквами i, u − напряжения и токи сигнала.

Таким образом, увеличение напряжения на базе вызывает увеличение коллекторного тока, что приводит к возрастанию падения напряжения на коллекторной нагрузке и, соответственно, к уменьшению напряжения на коллекторе. Коэффициент передачи для данной схемы . Знак «–» говорит о том, что сигнал положительной полярности на входе дает усиленный сигнал отрицательной полярности на выходе. Такая схема называется усилителем с ОЭ с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера.

Входное сопротивление схемы усилителя с ОЭ, как и эмиттерного повторителя, определяется входной цепью: , где – эквивалентное сопротивление делителя, а . Выходное сопротивление схемы усилителя с ОЭ определяется сопротивлением нагрузки. Действительно, выходная цепь схемы представляет собой последовательно соединенные сопротивления нагрузки R_К, закрытого коллекторного перехода R_КП, открытого эмиттерного перехода r_Э и эмиттерного сопротивления R_Э.

Рис. 5.2. К оценке выходного сопротивления усилителя с ОЭ

Сопротивлениями r_Э и R_Э можно пренебречь, так как они малы по сравнению с R_КП. Таким образом, выходная цепь фактически представляет собой делитель напряжения , так как .