Обеспечение режима работы транзистора в каскадах усиления

Схема с фиксированным током базы. Для нормальной работы усилительного каскада необходимо установить определенные токи и напряжения во входной и выходной цепях транзистора при отсутствии входного сигнала. Такой режим называется статическим (режим покоя). Основные требования при обеспечении режима по постоянному току связаны с обеспечением постоянства выбранного режима покоя при изменении температуры и замене транзистора.

В схеме на рис. 4 режим по постоянному току задается с помощью резисторов R_б, R_к и источника питания. Смещение эмиттерного перехода осуществляется за счет протекания тока базы I_бо от источника питания U_ип через резистор R_б.

Рисунок 4

. (7)

При этом U_бэо = 0,3…0,6 В, так как эмиттерный переход открыт. Тогда

. (8)

Начальный ток базы I_бо не зависит от транзистора и определяется только внешними параметрами U_ип и R_б.

Этот метод обеспечения режима работы транзистора по постоянному току называется смещением фиксированным током базы.

Недостатки схемы:

- трудность обеспечения режима покоя в выходной цепи при установке транзисторов с допустимым разбросом параметра h_21э без изменения сопротивления резистора R_б:

. (9)

Ток не зависит от параметров транзистора, и точка покоя в выходной цепи (I_ко, U_кэо) может оказаться или в области насыщения или вблизи границы режима отсечки;

- не учитывается изменение обратного тока коллектора транзистора I_кбо от температуры.

Схема с фиксированным напряжением база-эмиттер. В схеме на рис. 5 режим покоя обеспечивается фиксированным напряжением на базе транзистора U_бэо с помощью источника питания и делителя из резисторов R₁ и R₂.

Сопротивления резисторов R₁ и R₂ при заданном начальном токе базы I_бо, соответствующем напряжению U_бэо, определяются по формулам

, , (10)

где I_д – ток делителя, который выбирается из условия обеспечения необходимой стабильности режима работы – I_д = (2…5)I_бо.

Напряжение

(11)

не зависит от параметров транзистора. В связи с этим такой способ задания режима по постоянному току называется смещением фиксированным напряжением базы.

Рисунок 5

С увеличением температуры токи I_бэо и I_бо изменяются практически одинаково, что приводит к увеличению тока I_ко. Точка покоя перемещается в сторону режима насыщения. Для обеспечения температурной стабилизации усилительных каскадов используются обратные связи по постоянному току или постоянному напряжению, которые снижают действие дестабилизирующих температурных факторов.

Схемы с температурной стабилизацией. На рис. 6 представлена схема с коллекторной стабилизацией. Ее отличие от схемы 4 состоит в том, что резистор R_б подключен к коллекторному выводу транзистора с напряжением U_кэо.

Рисунок 6

В этом случае ток смещения I_бо

. (12)

При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, а напряжение U_кэо уменьшается. Это приводит к уменьшению потенциала базы, а, следовательно, к уменьшению тока базы I_бо и коллекторного тока I_ко, стремящегося к своему первоначальному значению.

Наиболее эффективной является схема с эмиттерной температурной стабилизацией (рис. 7).

Рисунок 7

Повышение температуры увеличивает ток I_ко, что приводит к увеличению эмиттерного тока I_эо. Увеличивается падение напряжения на R_э. При этом потенциал эмиттера увеличивается, а напряжение база-эмиттер U_бэо уменьшается. Абсолютное значение напряжения в схеме

. (13)

Это приводит к уменьшению напряжения на эмиттерном переходе, что вызывает уменьшение базового тока I_бо, в результате чего ток коллектора I_ко также уменьшается, стремясь возвратиться к своему первоначальному значению.

Введение резистора R_э при отсутствии конденсатора C_э изменяет работу усилительного каскада не только в режиме покоя, но и при наличии входного сигнала. Переменная составляющая эмиттерного тока I_э- создает на резисторе R_э падение напряжения (напряжение обратной связи), которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору:

. (14)

Для ослабления влияния отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору R_э включается конденсатор C_э, емкость которого выбирается таким образом, чтобы в полосе пропускания усилителя его сопротивление было значительно меньше R_э.