твердотіла електроніка / презентації лекцій ТТЕ Холод Т.С / 3тя тема БТ

Uвх	Umвх		Uвх
0		t	0		t
UЕБ			UБE
		UEБ0	0	UБЕt0
0		t	IБ
IE	ImE
			0	IБ	t
		IE	IK	0
0
		0
IK		t	0		t
				IK
0		t
	ImK	IK0		0
			UKЕ
UKБ
			0		t
0		UKБt
				UKЕ0
		0
	UmК			-EK
	-EK
Uвих			Uвих
0	Umвих	t	0		t
	Рисунок 3.44 – Часові		Рисунок 3.46 – Часові
діаграми напруг і струмів			діаграми напруг і струмів
транзисторного каскаду зі			транзисторного каскаду зі
	спільною базою			спільним емітером

3.3.2 Способи забезпечення режиму спокою транзисторного каскаду

Режим спокою у вхідному колі транзисторного каскаду може забезпечуватися не обов’язково за допомогою окремого джерела живлення ЕЕ або ЕБ . Частіше у

каскадах застосовують лише одне джерело живлення – у колекторному колі. У таких каскадах замість вхідного джерела ЕРС використовують спеціальні ланцюжки автоматичного зміщення – пасивні ланцюжки, на яких

61

струм, який протікає від джерела колекторної напруги EK ,

створює спад напруг, що забезпечують потрібне положення робочих точок на характеристиках транзистора в режимі спокою.

Основною вимогою до каскадів з автоматичним зміщенням є забезпечення сталості обраного режиму спокою при зміні температури або зміні транзистора. Розглянемо деякі приклади.

Схема з фіксованим струмом бази

Схему зображено на рисунку 3.47.

Рисунок 3.47 – Транзисторний каскад з фіксованим струмом бази

Зміщення ЕП у транзисторі цього каскаду здійснюється за рахунок струму бази спокою IБ0 , який

протікає від джерела		EK через резистор R1 .						При цьому
напруга на ЕП	UБE	визначається вхідним						опором БТ.
	0
Опір резистора R1 дорівнює
	R		EK UБЕ		E	K
			0				,	(3.57)
	1		IБ		IБ
		0				0

тобто можна вважати, що

62

IБ			EK	.	(3.58)
	0
			R1

Каскад рис. 3.47 називається каскадом з фіксованим струмом бази завдяки формулі (3.58), тобто струм бази IБ0

не залежить від параметрів транзистора.

Недоліком каскаду рисунка 3.47 є те, що в ньому важко встановити обраний режим спокою при застосуванні тран-

зистора з великим	розкидом	параметра h21E без зміни
опору R1 . Наприклад, у транзистора ГТ311Ж промисловий
розкид параметрів	h21E становить від 50 до 200. Оскільки
струм IБ0 не залежить від властивостей БТ, то при заміні
транзистора струм	колектора	IK h21E IБ (1 h21E )IКБ0

може змінюватися в 4 рази, і початкова робоча точка може вийти з області активного режиму на характеристиках, що для підсилювача небажано. Іншим суттєвим недоліком каскаду є те, що в його схемі не враховується температурний дрейф характеристик і параметрів БТ, завдяки якому струм IКБ0 при збільшенні температури

зростає.

Схема з фіксованим потенціалом бази

Схему показано на рисунку 3.48. Потрібний режим спокою транзистора забезпечується фіксованою напругою на базі, що утворюється за допомогою розподільника

напруги на резисторах R1 та R2 .
Опір R2	дорівнює
	R	UБЕ
		0	,	(3.59)
	2	In
де In -	струм розподільника напруги.			Звичайно

In (3 5)IБ0 .

63

Рисунок 3.48 – Транзисторний каскад з фіксованим потенціалом бази

Опір R1 можна розрахувати за формулою

	EK			UБЕ
R				0		.		(3.60)
1	In IБ
				0
При In >> IБ0 можна вважати, що напруга
UБЕ InR2				EK			R2	(3.61)
				R1 R2
0

не залежить від властивостей транзистора. Тому схема рисунка 3.48 називається схемою з фіксованим потенціалом бази. Суттєвий недолік цієї схеми – температурний дрейф колекторного струму – вимагає застосування спеціальних заходів температурної стабілізації.

Схема з температурною стабілізацією в емітерному колі

Схему показано на рисунку 3.49. У ній з метою стабілізації емітерного (колекторного) струму при зміні температури використовується резистор негативного

64

зворотного зв’язку за струмом R3 . Для схеми рисунку 3.49 справедлива рівність

	UБЕ0			UR2		IE0 R3 .		(3.62)
Оскільки температурні зміни опорів R1 та R2							незначні,
то падіння напруги на опорі R2 при зміні температури
практично не змінюється. Збільшення струму							IE	при
							0

збільшенні температури приводить за формулою (3.62) до зменшення напруги на ЕП UБE0 . Це, у свою чергу,

приводить до зменшення струмів бази IБ0 та колектора IK0 . Таким чином, автоматично стабілізується також струм емітера IE0 .

Рисунок 3.49 – Транзисторний каскад з температурною стабілізацією

зв’язку R3	вибирається в межах	UR 3 (0,1 0, 25)EK .
Формули для розрахунку опорів R1 ,		R2	і R3 мають вигляд:
	R (0,1 0, 25)EK ,		(3.63)
Величина	3	резисторі зворотного
	падіння напруги на

IE0

65

R		UR 2					UR 3						UБЕ0						,	(3.64)
2		In									In
	R				EK						UR 2					.				(3.65)
	1					In IБ
						0

Оскільки негативний зворотний зв’язок за змінною складовою приводить до зменшення коефіцієнта підсилення каскаду, то з метою усунення цього зв’язку резистор R3 шунтується конденсатором C1 .

Схема каскаду зі спільною базою та автоматичним зміщенням робочої точки

У схемі рисунка 3.50 автоматичне зміщення робочої точки здійснюється за рахунок розподільника напруги R2 і R3. Напруга UR3 , прикладена до бази і через резистор R1

до емітера транзистора, забезпечує пряме зміщення ЕП, тобто активний режим транзистора. Резистор R1 забезпечує подачу вхідного сигналу на емітер, конденсатор C1 служить для усунення негативного зворотного зв’язку

за змінною складовою.

Розрахунок R1, R2 та R3 здійснюється таким чином. Для обраної робочої точки режиму спокою (вибирається на характеристиках БТ) спочатку визначаються струм IБ0 =

IE0 - IK0 і струм розподільника напруги In = (3 - 5) IБ0 . Для емітерного кола другий закон Кірхгофа має вигляд

UR1 UEБ0 UR3 0 .

66

-EK

In					R2					RK
Ср1											Ср2
						IK0

	IE0	IБ0
Uвх	R1		Uвих
		R3	С1

Рисунок 3.50 – Транзисторний каскад зі спільною базою

Для підсилювачів напруга UR3 (0,1 0, 25)ЕК . Тоді

R1		U	R1						UR3 UЕБ
														0		,		(3.66)
		IE											IE
			0						0
R2						EK							UR3		,			(3.67)
								In IБ
									0
R3	UR3							(0,1 0, 25)ЕК									.	(3.68)
	In												In

Оцінка транзисторних каскадів з точки зору температурної нестабільності

Якість підсилювача визначається вибором положення початкової робочої точки (робочої точки режиму спокою), а також її стабільністю при зміні температури.

Для підсилювального каскаду з температурною стабілізацією (рис. 3.49) температурна зміна колекторного струму становить:

		UБЕ			h21Е
	IК S		IКБ			(IБ IКБ	)	, (3.69)
					h21E
	R1 R2		0			0
			67

		R	1
	де S h21E 1	3	h21E	- коефіцієнт нестабільності
		R3 RБ

колекторного струму; R R1R2 .

Б	R1	R2

Якщо R3 0 , то схема рисунка 3.49 перетворюється в схему з фіксованим потенціалом бази (рис. 3.48), і коефі-

цієнт S h21E . При R3 >> RБ коефіцієнт	S		h21E	h21Б .
			h21E
	1
Таким чином, залежно від співвідношення між R3				та RБ
значення коефіцієнта температурної	нестабільності
змінюється від h21Б до h21E .

Температурна зміна струму колектора тим більша, чим більший коефіцієнт S . Тому умова R3 >> RБ є необхідною.

Проте зменшення величини RБ небажане, тому що воно

призводить до зменшення вхідного опору транзисторного каскаду. Тому розподільник напруги в базовому колі вибирають з умови, щоб коефіцієнт температурної нестабільності дорівнював S 3 5 .

3.3.3Динамічні характеристики біполярного транзистора та їх використання

При ввімкненні навантаження до колекторного кола транзистора зміна струму колектора викликається одночасною дією зміни струму бази і напруги на колекторі. У цьому режимі роботи для аналізу властивостей БТ недостатньо мати його статичні характеристики, оскільки вони відображають зміну лише одного параметра. Тому для опису властивостей транзистора, а також для розрахунку параметрів транзисторного каскаду на сім’ях статичних характеристик будують додаткові характеристики, які називають динамічними, або навантажувальними. Розглянемо їх.

68

Вихідна навантажувальна характеристика

Для каскаду зі спільним емітером рівняння вихідного кола (див. п. 3.3.1)

UKE EK IK RK .					(3.70)
Звідси
I			EK UKE	.	(3.71)
	K
			RK

Рисунок 3.51 – Побудова навантажувальної прямої на сім’ї вихідних статичних характеристик ССЕ

Формула (3.71) – це рівняння вихідної навантажувальної прямої транзисторного каскаду зі спільним емітером (рис. 3.45). Цю характеристику будують на сім’ї вихідних статичних характеристик ССЕ (рис. 3.51) за двома точками:

1) IK =0, UKE EK ;

2) UKE 0 , IK = EK .

RK

Точка перетину навантаженої прямої зі статичною характеристикою, яка була знята при заданому струмі бази в режимі спокою ( IБ0 ), визначає вихідні координати

режиму спокою транзисторного каскаду ( UKE0 , IK0 ). При

69

надходженні на вхід каскаду змінної напруги сигналу змінюватиметься струм бази відносно значення IБ0 , і

робоча точка рухатиметься на сім’ї характеристик уздовж навантажувальної прямої. Це означає, що динамічна характеристика повністю визначає роботу транзисторного каскаду в динамічному режимі – у режимі підсилення вхідної напруги.

Для транзисторного каскаду зі спільною базою рівняння вихідної навантажувальної прямої набирає вигляду

I =

EK UKБ

.

(3.72)

K RK

Динамічна вихідна характеристика каскаду зі спільною базою будується аналогічним чином за рівнянням (3.72).

Вхідна навантажувальна характеристика

Вхідна навантажувальна характеристика може бути побудована шляхом перенесення точок вихідної характеристики (прямої) на сім’ю статичних вхідних характеристик і подальшого з’єднання цих точок у плавну монотонну криву. Але цей спосіб рідко вживається в інженерній практиці, тому що у довідниках, як правило, даються лише дві вхідні статичні характеристики – при нульовій і при ненульовій колекторних напругах. Тому із задовільною для практики точністю за вхідну навантажувальну криву можна взяти вхідну статичну характеристику, яка знімалася при ненульовій колекторній напрузі. Робоча точка спокою на вхідній навантажувальній кривій має координати: струм бази спокою IБ0 і напругу

бази UБE0 , яка викликає цей струм.

Параметри режиму підсилення та їх розрахунок за динамічними характеристиками транзисторного каскаду

70