6 Рис. 6.21. График разрешенной области надежной работы транзистора.5.2. Стабилизация режима покоя каскада с оэ

Ранее было показано, что изменение температуры вызывает изменение параметров транзистора, в результате чего изменяются его характеристики. Таким образом, при изменении температуры изменяется положение рабочей точки покоя относительно ее первоначального положения, а следовательно, изменяется режим работы транзистора.

Большие изменения тока коллектора покоя могут привести к существенным нелинейным искажениям. Поэтому в практических схемах применяются меры для стабилизации режима покоя.

Н

Рис. 6.22. Каскад с цепью параллельной ООС

по напряжению

аиболее широко применяются ООС по постоянному току или напряжению. Схема с ООС по напряжению или схема с коллекторной температурной стабилизацией (рис. 6.22) отличается от схемы с фиксированным током базы тем, что резисторR_бподключен к коллектору транзистора с напряжениемU_кэ =U_кэп, а не к источнику питания. Поэтому сопротивлениеR_бопределяется по формуле:

R_б.

Стабилизация режима покоя происходит следующим образом: при повышении температуры увеличиваются токи I_бпиI_кп, что приводит к изменению потенциала коллектора

U_кэп = Е_к – (I_бп +I_кп)R_к,

а следовательно, и тока базы, и тока коллектора:

I_бп=;I_кп = βI_бп.

Схема коллекторной температурной стабилизации проста, но имеет ограниченное применение из-за следующего недостатка. Наличие нежелательной ООС по переменному току через резистор R_б, уменьшает входное сопротивление и коэффициент усиления, поэтому эффективность стабилизации будет тем выше, чем больше сопротивлениеR_к, а это требует увеличения напряжения источника питания (Е_к).

Более эффективной является схема усилительного каскада с ООС по постоянному току (схема с эмиттерной температурной стабилизацией), которая сохраняет работоспособность при колебаниях температуры на (70...100) ^○С (рис. 6.23).

С

Рис. 6.23. Каскад с цепью последовательной ООС по току

табилизация режима по току происходит следующим образом. При увеличении температуры, постоянная составляющая коллекторного тока возрастает. Так какI_э =I_к/ α, то увеличение токаI_k приведет к увеличению тока эмиттера (I_э) и падения напряжения на резисторе (R_э). В результате, напряжениеU_бэуменьшится, что приведет к уменьшению тока базы (I_б), а следовательно, и тока коллектора (I_к). Для устранения ООС по переменному току резисторR_эшунтирует конденсатором С_э, сопротивление которого на частоте сигнала должно быть много меньше сопротивленияR_э.

Сопротивление резисторов R₁,R₂ иR_эобычно рассчитывают в следующей последовательности:

1. определяют сопротивление резистора

R_э = (0,1...0,3);

2. затем, задаваясь значением тока делителя I_д= (2...5)I_бп, определяют сопротивления резисторов:

; .

Уравнение нагрузочной прямой в этом случае имеет вид:

.

При жестких требованиях к температурной стабильности каскадов усиления применяют ООС как по напряжению, так и по току (комбинированную ОС).

6.5.3. Работа каскада с оэ по переменному току

Рассмотрим работу каскада по переменному току в режиме холостого хода, т.е. R_н = ∞.Напряжение синусоидального входного сигнала (рис. 6.23) подают на участок «база – эмиттер» транзистора, через разделительный конденсатор С_р1, что создает пульсацию тока базы относительно постоянной составляющейI_бп. Изменение тока базы вызывает соответствующее изменение тока коллектора (I_к), протекающего по сопротивлению нагрузкиR_к(i_к~ = β·i_б~ ). Переменная составляющая тока коллектора (I_к~) создает на сопротивленииR_к усиленное по амплитуде напряжение, при этом появляется на выходеcхемы напряжениеU_кэ~ =U_вых.

Увеличение входного напряжения вызывает увеличение тока базы (I_б), увеличение тока коллектора (I_к) и уменьшение напряженияU_кэ, т.е. каскад с ОЭ осуществляет инверсию напряжения, выходной сигнал находится в противофазе к входному. Это обусловлено подключением нагрузкиR_нпараллельно транзистору, на сопротивленииR_ксигнал синфазен входному. Несмотря на сдвиг фаз между выходным (U_вых) и входным (U_вх) напряжениями, в рабочем диапазоне частот не возникает фазовых искажений, так как все гармоники сдвигаются на 180º и форма выходного сигнала соответствует входному.

Процесс усиления сигнала можно пояснить графически с помощью входных и выходных статических характеристик транзистора (рис. 6.24)

Подключим к выходу цепи усилителя сопротивление внешней нагрузкиR_н (см. рис. 6.23). Переменная составляющая тока коллектора (I_к~) делится в этом случае на две составляющие: ток через сопротивление (R_к), который далее замыкается через источник питанияE_к, и ток нагрузки (I_вых).

Сопротивления R_киR_ндля переменного тока включены параллельно, так как внутреннее сопротивление источника питания по переменному току можно считать равным нулю. Поэтому

U_кэ~=I_к~=I_к~·R_н.

Линия нагрузки по переменному току идет круче (см. рис. 6.24), так как сопротивление выходной цепи транзистора уменьшилось, и проходит через точку покоя под углом ψ = arctgR_н.

В режиме усиления малых сигналов (в каскадах предварительного усиления) расчет основных динамических параметров можно производить аналитически. В этом случае составляют эквивалентную схему усилительного каскада по переменному току (рис. 6.25).

П

Рис. 6.25. Эквивалентная схема замещения усилителя с ОЭ

по переменному току

о схеме замещения (рис. 6.25) определяются основные параметры каскада по переменному току:

; ;

;