Стабилизация режимов работы усилительных элементов.

При изменении условий эксплуатации параметры усилительного каскада будут изменяться. Наиболее существенное влияние на стабильность режима транзистора по постоянному току оказывает обратный ток коллектора I_К0. Например, при повышении температуры на Δţ° = 10°С обратный ток коллектора I_К0 в кремниевых транзисторов увеличивается приблизительно в 2 раза.

Для оценки нестабильности тока коллектора используется коэффициент нестабильности:

S_Н = ΔI_К ⁄ΔI_К0

где ΔI_К – увеличение тока коллектора, вызванное приращением обратного тока коллектора ΔI_К0.

Нестабильность положения точки покоя [I_0К; U_0К] на выходных и [I_0Б; U_0Б] на входных динамических характеристиках вследствие замены транзистора, изменения температуры или питающих напряжений может значительно увеличить нелинейные искажения, уменьшить усиление и т.д.

Стабильность параметров усилительных каскадов зависит от типа схемы смещения, т.е. способа подачи напряжения начального базового смещения U_0Б, которое определяет ток базового смещения I_0Б.

Смещение фиксированным током базы Рис.25.

Смещение фиксированным напряжением базы Рис.26.

Напряжение U_0Б образуется с помощью делителя напряжения, состоящего из резисторов R_Б1 и R_Б2

U_0Б ≈ E_К ∙ R_Б2 ⁄ (R_Б1 +R_Б2) = const

 

Для выполнения этого условия необходимо, чтобы R_Б2 < R_ВХ.V1, что недопустимо уменьшает входное сопротивление, поэтому всегда выбирается R_Б2 > R_ВХ.V1, а это значит, что S_Н = 1 + β очень большой.

 

Рис.25

Рис.26

Коллекторная стабилизация режима Рис.27.

Эта схема отличается от схемы на Рис.25 тем, что резистор R_Б1, соединённый с базой, подключается вторым концом не к E_К, а к коллектору транзистора V1. При этом падение напряжения на нём можно считать равным U_0К. Тогда с учётом того, что:

- 22 -

U_0К >> U_0Б, а I_0Б << I_0К можно записать:

I_0Б = U_0К – U_0Б ⁄ R_Б1 ≈ U_0К ⁄ R_Б1 ≈ (E_К – I_0К ∙ R_К)⁄ R_Б1

Зависимость I_0Б от I_0К свидетельствует о наличии в схеме обратной связи, которая противодействует изменению параметров усилительного каскада. Например, если при повышении температуры t°C ↑ увеличивается I_0К ↑, то:

I_0К↑ - I_0К R_К↑ - U_0К↓ - I_0Б↓ - I_0К↓, что препятствует росту I_0К, стабилизируя его.

Коллекторная стабилизация режима эффективна только при большом R_К и малом R_Б1, что на практике не всегда возможно.

Рис.27

Рис.28

Эмиттерная стабилизация режима Рис.28.

Она осуществляется включением в цепь эмиттера резистора R_Э и чаще применяется совместно со схемой с фиксированным напряжением базы. Учитывая, что I_0Э = I_0К + I_0Б ≈ I_0К, получим: U_0Б ≈ U_Б2 - U_0Э = U_Б2 - I_0ЭR_Э ≈ U_Б2 - I_0КR_Э.

Зависимость U_0Б от I_0К свидетельствует о наличии в схеме обратной связи, которая противодействует изменению параметров усилительного каскада. Например, при увеличении t°C ↑ увеличивается I_0К ↑, то:

I_0К↑ - I_0Э R_Э↑ - U_0Б↓ - I_0К↓ что препятствует росту I_0К, стабилизируя его.

С увеличением R_Э и уменьшением R_Б = (R_Б1 ∙ R_Б2) ⁄(R_Б1 +R_Б2), стабильность каскада повышается (S_Н уменьшается), но это приводит к дополнительным потерям напряжения источника питания, понижает U_0К или требует повышения E_К. Например, для получения S_Н = 2 ток делителя I_Д ≈ I_0К, что снижает экономичность усилительного каскада. Эмиттерная стабилизация режима работы транзистора со значениями S_Н = 4…6 является наиболее популярная в каскадах предварительного усилении с токами покоя I_0К = 1…10 мА.