Для стабилизации рабочей точки усилительного каскада используют

Процессы, связанные с образованием и движением носителей зарядов в полупроводниковых приборах, в значительной степени зависят от температуры.

При изменении температуры изменяются статические характеристики и параметры транзисторов. Это обусловлено изменением термогенерации пар носителей в полупроводниках и /ьл-переходах транзисторов (усилительных элементов), что существенно влияет на изменение количества зарядов, участвующих в токопрохождении. Однако не только температура изменяет процесс токопрохождения. Внешнее энергетическое воздействие очень сильно влияет на параметры транзистора, из-за чего изменяются его режимы работы. С целью устранения изменений параметров под влиянием внешнего энергетического воздействия на режимы работы транзисторов в схемах усилителей вводят элементы или схемные решения, кото- 48

рые стабилизируют параметры усилителя. Наибольшее применение в схемах усилителей находят схемы термостабилизации и термокомпенсации режимов работы, так как температурное воздействие — наиболее распространенное явление. Она составляет часть многих внешних энергетических воздействий: световое, электромагнитное, высокочастотное и т.д.

Термостабилизация — это процесс восстановления режима работы транзистора (усилительного элемента), измененного за счет температурного воздействия. Термокомпенсация — это процесс удержания режима работы транзистора (усилительного элемента) без изменения при температурном воздействии на схему.

Принципиальные решения стабилизации режимов работы в биполярных и полевых транзисторах имеют много общего, но характер теплового воздействия и результат воздействия на транзисторы во многом различны. Учитывая это, схемные решения мы рассмотрим отдельно для каждого вида транзистора.

Стабилизация параметров усилительного каскада

В процессе эксплуатации усилительные каскады подвергаются воздействию различных дестабилизирующих факторов, основными среди которых являются:

— изменение температуры и других климатических условий эксплуатации;

— колебания напряжения питания;

— разброс параметров однотипных элементов в случае их замены.

Все эти факторы приводят к изменению параметров и характеристик усилителей, отклонению их значений от заданных величин. Поэтому при проектировании усилительных каскадов необходимо решить вопрос стабилизации их параметров, который в основном достигается за счет схемотехнических решений.

Основное влияние на стабильность параметров любого электронного устройства оказывают усилительные элементы. Это обусловлено тем, что за счет их усилительных свойств незначительное изменение их параметров ведет к существенному изменению токов и напряжений в схеме.

В подавляющем большинстве случаев влияние дестабилизирующих факторов проявляется в отклонении начальных токов и напряжений от расчетной величины, то есть в смещении положения ИРТ на ВАХ усилительного элемента. Следовательно, решив задачу стабилизации РТ в статическом режиме (режиме покоя), можно существенно повысить стабильность параметров и характеристик усилителя.

Расчет усилителей на транзисторах — отрицательная обратная связь и задание рабочей точки (часть 2)

Нестабильность положения рабочей точки усилительного элемента может приводить к его тепловой неустойчивости, то есть к саморазогреву вплоть до разрушения кристалла вследствие возникновения тепловой положительной обратной связи. Все это заставляет принимать специальные меры по стабилизации положения рабочей точки. Кроме этого смещение ИРТ относительно своего положения, заданного при проектировании, может вызывать существенные нелинейные искажения сигнала на выходе усилителя при больших уровнях входного сигнала.

В биполярном транзисторе наибольшее дестабилизирующее действие на ток коллектора оказывают изменения:

— обратного тока IКБО коллекторного перехода;

— коэффициента передачи тока базы b ст;

Обратный ток коллектора IКБО сильно зависит от температуры и с ее повышением удваивается на каждые 10° С для германиевых и на каждые 5° С для кремниевых транзисторов. Для маломощных германиевых транзисторов при комнатной температуре ток IКБО составляет единицы – десятки микроампер, а для кремниевых – сотые доли микроампера.

Коэффициент передачи тока базы транзистора b ст, как и обратный ток коллектора, при увеличении температуры также увеличивается. Такое увеличение составляет около 0,5% на градус. Но более существенны изменения b ст, связанные с производственным разбросом этого параметра. Как правило, производственный разброс b ст составляет 10. 50%.

Замена транзистора в каскаде или его старение может вызывать изменение требуемого значения напряжения UБЭ, с помощью которого задают ток коллектора в исходной РТ. При повышении температуры требуемое значение UБЭ уменьшается со скоростью около 2,5 мВ/град. Производственный разброс характеристик по UБЭ обычно составляет не более 50 мВ.

Повышение стабильности положения ИРТ на ВАХ транзистора усилительного каскада возможно за счет подбора транзистора, обеспечения его охлаждения, а также за счет выбора схемы стабилизации.

Наиболее известны три схемы стабилизации рабочей точки:

— с фиксированным током базы;

— с коллекторной стабилизацией;

— с эмиттерной стабилизацией.

Схема усилительного каскада с фиксированным током базы показана на рисунке 2.28.

Рисунок 2.28 – Схема каскада с базовой стабилизацией

В рассматриваемой схеме для тока базы в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать

откуда ток базы равен

Сопротивление резистора Rб, как правило, мало изменяется при изменении температуры. Поэтому при стабильном напряжении питания изменения коллекторного тока относительно его значения в расчетной ИРТ будут вызваны, в основном, изменениями b ст и IКБО, поскольку известна связь между током базы и током коллектора, определяемая выражением

Схема с фиксированным током базы на практике применяется редко по следующим причинам:

— при воздействии дестабилизирующих факторов изменяются величины b ст и IКБО, что приводит к изменению тока коллектора и, соответственно, положения ИРТ;

— для каждого значения b ст (например, при замене транзистора) необходимо подбирать соответствующее значение резистора Rб, что с практической стороны очень неудобно.

Схема с коллекторной стабилизацией (рисунок 2.29) отличается от предыдущей схемы (рисунок 2.28) наличием резистора Rк в цепи базового смещения.

Рисунок 2.29 – Схема каскада с коллекторной стабилизацией

Приведенная выше схема обеспечивает более хорошую стабилизацию исходного положения РТ. В этой схеме имеет место параллельная ООС по напряжению (выход схемы – коллектор транзистора соединен со входом схемы – базой транзистора через цепь ООС, образованную резистором Rб), благодаря которой в случае увеличения тока коллектора возрастает падение напряжения на резисторе Rк и, соответственно, уменьшается постоянное напряжение на базе, равное иБЭ = иКЭ. Это, в свою очередь, уменьшает ток базы, равный , а, следовательно, и ток коллектора, стремясь возвратить его к исходному значению.

Таким образом, в схеме с коллекторной стабилизацией, за счет ввода параллельной ООС по напряжению обеспечивается повышение стабильности исходной рабочей точки. Основным недостатком рассмотренной схемы является то, что введение параллельной ООС приводит к уменьшению коэффициента усиления тока усилительного каскада.

Наиболее удачной и наиболее распространенной на практике является схема с эмиттерной стабилизацией (приведена на рисунке 2.30).

Рисунок 2.30 – Схема каскада с эмиттерной стабилизацией

Эффект стабилизации в рассматриваемой схеме обеспечивается введением последовательной ООС по току, которая создается резистором Rэ, включенным в цепь эмиттера. Из анализа схемы следует, что на базе транзистора с помощью резисторного делителя R1, R2 задается некоторое постоянное напряжение иR2, равное

которое обеспечивает заданное положение рабочей точки. При этом согласно второму закону Кирхгофа

Если ток коллектора по какой-либо причине увеличится, то возрастет падение напряжения на резисторе Rэ (так как iК» iЭ). Его приращение приведет к уменьшению напряжения иБЭ и, следовательно, к уменьшению тока базы транзистора iБ. Сопротивления резисторов R1 и R2 выбирают таким образом, что изменение тока iБ практически не влияет на величину напряжения uR2, то есть это напряжение остается неизменным. Поэтому уменьшение тока базы приводит к уменьшению тока iЭ, а, следовательно, и к уменьшению тока iК, стремясь возвратить его к прежнему значению.

Наличие блокировочного конденсатора Сб (при правильном подборе его емкости) исключает действие ООС на переменном токе в пределах полосы пропускания усилителя. Поэтому добавление резистора Rэ практически не приводит к уменьшению коэффициента усиления напряжения.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Обеспечение устойчивости рабочей точки: Стабилизация режимов работы транзисторных каскадов с помощью цепей обратной связи

Методика введения обратных связей является универсальным средством, которое может использоваться всегда, когда необходимо обеспечить стабильную работу схемы при любых внешних воздействиях на нее. Вводя в отдельный каскад усиления элементы обратной связи, часто можно полностью решить все проблемы устойчивости рабочей точки и совершенно не вспоминать о терморезисторах и других компенсирующих элементах.

Выше мы уже встречались с одним из видов обратной связи при рассмотрении каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОК или с ОЭ. Речь идет о последовательной ООС по току нагрузки, возникающей в таком каскаде при включении в цепь эмиттера некоторого сопротивления (R_Э) (см. рис. 3.9).

Ток эмиттера, протекая по резистору (R_Э), создает на нем падение напряжения (>_0 = _0 R_Э). Это напряжение алгебраически складывается с напряжением на резисторе делителя (R2). Сумма напряжений прикладывается к эмиттерному переходу транзистора. Поскольку напряжение (>_0) и напряжение обратной связи (>_0) направлены встречно, обратная связь является отрицательной. Что касается конкретного значения сопротивления (R_Э), то в усилителях с ОЭ обычно выбирают (R_Э approx 0,1 cdot R_К).

Создавая в каскаде обратную связь по постоянному току, бывает довольно трудно избавиться от ее влияния на характеристики в рабочем диапазоне частот. Иногда такое влияние может оказаться вредным, а иногда и полезным. Например, в рассмотренной нами схеме усилителя с ОЭ включение резистора (R_Э) в цепь эмиттера без каких-либо дополнительных элементов, корректирующих работу каскада в полосе усиления, приводит к следующим последствиям: снижается общий коэффициент усиления каскада, повышаются его входное и выходное сопротивления, расширяется полоса усиливаемых частот, снижаются линейные и нелинейные искажения. Обычно для предотвращения снижения коэффициента усиления резистор (R_Э) шунтируют конденсатором, чье эквивалентное сопротивление в рабочем диапазоне частот оказывается крайне незначительным (т.е. эмиттер заземлен по переменному току). Пример такой схемы представлен на рис. 3.21.

Рис. 3.21. Усилительный каскад с шунтирующей емкостью в цепи эмиттера

Заметим, что в схеме на рис. 3.21 вследствие использования цепи ООС по выходному току при изменении температуры окружающей среды происходит непосредственная стабилизация коллекторного тока (_0). Однако такое решение не является единственным. Для стабилизации рабочей точки транзистора могут быть использованы и цепи ООС по выходному напряжению.

На рис. 3.22 приведена типовая схема усилительного каскада на биполярном транзисторе во включении с ОЭ, в которой применена цепь параллельной ООС по выходному напряжению (т.н. схема автоматического смещения). Стабилизирующее действие данного вида обратной связи основано на следующих процессах. Увеличение под влиянием внешних факторов постоянного коллекторного тока (_0) транзистора приводит к увеличению падения напряжения на нагрузочном резисторе (R_К) и, как следствие, к уменьшению падения напряжения на оставшемся участке цепи протекания тока нагрузки («коллектор—земля» или «коллектор—эмиттер» в схемах без резистора в эмиттерной цепи). Так как коллектор соединен с базой с помощью резистора (R_), то одновременно снижается напряжение, подаваемое на эмиттерный переход транзистора (>_0), а это автоматически приводит к уменьшению токов (_0), (_0) и возврату рабочей точки транзистора в прежнее положение.

Рис. 3.22. Транзисторный каскад с цепью ООС по напряжению (схема автосмещения)

Так же, как и ООС по току, параллельная ООС по напряжению оказывает влияние на многие параметры каскада: снижается общий коэффициент усиления, уменьшаются входное и выходное сопротивления, уменьшаются линейные и нелинейные искажения, расширяется полоса пропускания.

В реальных усилительных каскадах уменьшение входного сопротивления приводит к еще большему снижению общего коэффициента усиления. Кроме того, качество стабилизации рабочей точки по постоянному току в данном виде ООС несколько хуже, чем при применении ООС по току нагрузки. Все это обусловливает достаточно редкое применение данной схемы на практике. Несколько большее распространение получили различные ее модификации, в которых с помощью небольших изменении цепей смещения удается улучшить отдельные наиболее важные показатели усилительного каскада. Примеры некоторых таких схем приведены на рис. 3.23, 3.24.

Рис. 3.23. Варианты модификации цепей смещения в схеме с ООС по напряжению

Рис. 3.24. Устранение влияния цепей обратной связи на коэффициент усиления в полосе рабочих частот каскада с ООС

Стабилизация по постоянному току

Раз уж заговорили о стабилизации режима работы, рассмотрим ещё пару технических приёмов.

Собственно, основная причина нестабильности подобных усилительных каскадов кроется в неуправляемом коллекторном токе. Дело в том, что, помимо основных носителей заряда в полупроводниках всегда присутствует небольшое количество собственных носителей. Так, в зоне с электронной n-проводимостью есть небольшое количество дырок, и наоборот, в p-зоне c дырочной проводимостью найдётся небольшое количество свободных электронов. Эти неосновные заряды и создают неуправляемый коллекторный ток, который присутствует даже при запирающем напряжении на базе.

Неприятная особенность этого тока состоит в том, что он сильно зависит от температуры. По мере нагрева транзистора количество свободных зарядов растёт примерно в два раза на каждые 10 градусов. Во столько же раз увеличивается неуправляемый коллекторный ток.

Этот ток проходит и через эмиттерный переход транзистора, причём приложен он в «открывающей» полярности. В некоторых условиях это может привести к лавинообразному процессу: неуправляемый коллекторный ток открывает транзистор, что приводит к ещё большему увеличению тока и нагреву транзистора, что ещё больше увеличивает неуправляемый ток и так далее. Так что в конце концов транзистор выходит из строя от перегрева.

Справедливости ради нужно отметить, что могут быть и другие внешние факторы, нарушающие работу усилительного каскада. Например, изменилось напряжение питания. Или, взяли транзистор с другим коэффициентом усиления. Технология производства транзисторов не позволяет точно задать все параметры прибора, часто они находятся в некотором диапазоне значений даже в рамках одной модели. Например, для транзистора С1815 в справочнике приводится коэффициент усиления по току hfe: от 70 до 700, то есть может отличаться в 10 раз! Разумеется, транзистор с коэффициентом 70 и транзистор с коэффициентом 700 совершенно по-разному поведут себя в одной и той же схеме.

Как же добиться предсказуемой и стабильной работы каскада? Для этого используются два основных схемотехнических приёма: коллекторная стабилизация и эмиттерная стабилизация.

Две схемы стабилизации

Схемы с коллекторной стабилизацией (а) и эмиттерной стабилизацией (б)

В первом случае смещение на базу подаётся не от источника питания, а от коллектора. Когда транзистор открывается сильнее, напряжение на нагрузке увеличивается, а на коллекторе падает. Поэтому падает и смещение на базе и транзистор немного прикрывается.

Во втором случае резистор ставят в эмиттерную цепь. Принцип действия тот же самый: весь коллекторный ток проходит через Rэ. При увеличении тока растёт и напряжение на Rэ. По сути, увеличивается потенциал на эмиттере, что эквивалентно уменьшению открывающего напряжения: разница потенциалов между базой и эмиттером уменьшается. Параллельно Rэ ставят конденсатор Cэ, который беспрепятственно пропускает переменную составляющую сигнала, которой совершенно ни к чему проходить через Rэ.

В общем, обе эти схемы вносят в наш усилительный каскад отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току. Благодаря ей часть выходного сигнала (в данном случае, постоянной составляющей) попадает во входную цепь, причём в противофазе, то есть вычитается из входного сигнала. Конечно, это несколько снижает усилительные способности каскада, но зато делает его режим работы более стабильным.

Ну а если сравнивать эти два метода стабилизации между собой, то эмиттерная стабилизация считается более эффективной, так как обеспечивает более глубокую ООС. Дело в том, что в схеме коллекторной стабилизации отрицательное напряжение, которое передаётся по обратной связи, снимается с делителя, образованного Rк и переходом база-эмиттер транзистора. Следовательно, на базу попадает только часть того напряжения, которое создано коллекторным током. А в схеме с эмиттерной стабилизацией резистор только один, Rэ, и всё падение напряжения, которое на нём есть, приложено к эмиттерному переходу.

В следующей статье мы рассмотрим вольт-амперные характеристики биполярного транзистора и выбор рабочей точки.

Каскад с общим коллектором

Схема каскада с общим коллектором (рис.5.) обеспечивает усиление входного сигнала только по току.

Такие каскады называются эмиттерными повторителями, потому что по напряжению они не усиливают сигнал, а только повторяют его (было на входе 0,5V, и на выходе тоже будет 0,5V).

Но сила тока на выходе через нагрузку будет больше.

Они применяются тогда, когда нужно получить большое входное сопротивление. Отличие каскада с ОК (общим коллектором) от каскада ОЭ (общим эмиттером) в том, что в схеме с ОК выходной сигнал снимается с эмиттера. При этом сигнал не усиливается по напряжению и не инвертируется.

Схема каскада с общим коллектором

Рис. 5. Схема каскада с общим коллектором.

В схеме же с ОЭ сигнал инвертируется. Это демонстрируется на рисунках изображениями синусоид у входа и выхода каскадов. В схеме с ОЭ выходная синусоида противофазна входной. В схеме с ОК — они синфазны.

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.

Наиболее 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 резистор Rб подключен к коллектору транзистора с напряжением Uкэ = Uкэп, а не к источнику питания. Поэтому сопротивление Rб определяется по формуле:

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

а следовательно, и тока базы, и тока коллектора:

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

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).

Стабилизация режима по току происходит следующим образом. При увеличении температуры, постоянная составляющая коллекторного тока возрастает. Так как Iэ = Iк / α, то увеличение тока Ik приведет к увеличению тока эмиттера (Iэ) и падения напряжения на резисторе (Rэ). В результате, напряжение Uбэ уменьшится, что приведет к уменьшению тока базы (Iб), а следовательно, и тока коллектора (Iк). Для устранения ООС по переменному току резистор Rэ шунтирует конденсатором Сэ, сопротивление которого на частоте сигнала должно быть много меньше сопротивления Rэ.

Сопротивление резисторов R1, R2 и Rэ обычно рассчитывают в следующей последовательности:

1) определяют сопротивление резистора

2) затем, задаваясь значением тока делителя Iд = (2…5) Iбп, 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).

2 Стабилизация режима

Стабилизация тока коллектора

Режим работы транзистора характеризуется всей совокупностью токов его электродов и напряжений на них (при отсутствии сигнала). Однако когда говорят о схемах, рассчитанных на передачу сигналов, обычно подразумевают стабилизацию величины тока коллектора. И вот почему.

Во-первых, величина тока покоя коллектора определяет важнейшие усилительные параметры транзистора: крутизну S, коэффициент передачи тока h21Э и некоторые другие.

Во-вторых, от величины тока покоя зависит, будет ли каскад обеспечивать неискаженное воспроизведение сигналов большого уровня.

В-третьих, величина тока покоя определяет (при наличии нагрузочного резистора) и напряжение коллектора. А оно влияет, между прочим, и на то, будет ли вообще получен усилительный (активный) режим работы прибора.

В-четвертых, от величины тока покоя зависит мощность, выделяемая на транзисторе, а также коэффициент полезного действия каскада.

«Паспортный режим»

Завод-изготовитель полупроводников гарантирует допуски на их параметры только в определенном режиме – том, при котором приборы проходят приемочные испытания. Это обстоятельство нередко оказывается определяющим.

Радиолюбитель:В каком смысле?

В том, что если вам необходимо, чтобы значения параметров транзистора в схеме наверняка соответствовали гарантированным, вы позаботитесь поставить транзистор в режим, указанный в паспорте.

Не надо забывать, что (как в любом четырехполюснике) входные и выходные величины транзистора связаны функциональной зависимостью.

Радиолюбитель:Не понимаю, к чему вы это?

К тому, что, например, при заданных схемой стабилизации значениях тока коллектора и напряжения коллектор-база – соответствующие им ток базы и напряжение база-эмиттер установятся автоматически.

Радиолюбитель:Ясно.

В первую очередь разработчик заботится о том, чтобы все транзисторы усилительной схемы находились в активном режиме.

Радиолюбитель:На что надо смотреть конкретно?

Вот простые правила.

Правило 1. Усилительный транзистор не должен оказаться запертым: он должен обладать коллекторным током (током стока) большим, чем ток утечки. В частности, в схеме должны быть предусмотрены пути для постоянных токов всех электродов транзистора.

Правило 2. Усилительный прибор не должен оказаться в области крутого участка выходных вольтамперных характеристик (для биполярного транзистора – в «режиме насыщения»).

Радиолюбитель:У меня такое бывало: из-за ошибки – потенциал коллектора транзистора оказывался ниже потенциала базы (как потом выяснялось).

Нередкий случай у радиолюбителей. У полевого прибора, соответственно, напряжение сток-исток не должно быть ниже определенной минимальной величины.

Принципиально существуют две основные схемы автоматической стабилизация коллекторного тока биполярного транзистора, используемого в однотранзисторном каскаде.

Эмиттерная стабилизация

При включении согласно рис. 1.7 фиксирован потенциал базы. А нужный ток обеспечивают резистором RЭ в цепи эмиттера.

Если в практической схеме рис. 1.8 замерить потенциал эмиттера (напряжение на эмиттере относительно «земли») UЭ, то он окажется примерно на 0.7 В ниже потенциала базы EБ. Нетрудно тогда рассчитать эмиттерный ток транзистора:

IЭ = UЭ / RЭ = ( EБ – 0.7 В ) / RЭ(1.4)

Практически такую же величину имеет и коллекторный ток. Отсюда легко определяют потенциал коллектора:

UК = EК – IКRК(1.5)

Измерением вы сможете убедиться, что наш расчет верен, хотя и основан на предельно упрощенной модели транзистора:

S = ∞, UБЭ = 0.7 В = const, IЭ = IК

Не исключено, однако, что формула (1.5) даст величину потенциала коллектора меньшую, чем потенциал базы. Это говорит о неправильном выборе параметров схемных элементов: транзистор будет находиться в режиме насыщения, на крутом участке коллекторной вольтамперной характеристики. Напряжение на коллекторе транзистора реально окажется практически равным напряжению на эмиттере, т.е. UКЭ ≈ 0. Следует уменьшить величину RК или увеличить RЭ!

Рис. 1.7.При фиксированном потенциале базы автоматически устанавливается ток эмиттера
Рис. 1.8.Эмиттерный ток задает ток (и потенциал) коллектора

Коллекторная стабилизация

В схеме на рис. 1.9,а связью базы с коллектором достигается стабилизация коллекторного потенциала (он равен потенциалу базы). Этим и определяется величина тока коллектора:

IК = ( EК – UК ) / RК(1.6)
Рис. 1.9.Потенциал базы и коллектора равен 0,7 В (а); базовый резистор ухудшает стабильность режима (б)
Радиолюбитель:Не представляю себе реальную схему, где можно было бы соединить базу с коллектором!

Можно: через резистор (рис. 1.9, б). Это увеличивает потенциал коллектора (он возрастает на величину IБRБ ), что хорошо. Но снижает его стабильность, что плохо.

Делитель напряжения

Коллекторного напряжения, равного UК = 0.7 В, может быть недостаточно. Добиться увеличения поможет схема с базовым делителем (рис. 1.10). Если ток через делитель существенно больше тока базы, так что последним можно пренебречь, то, очевидно:

UБЭ = UК( R2 / ( R1 + R2 )), откуда UК = 0.7 В( ( R1 + R2 ) / R2 )
Рис. 1.10.Потенциал коллектора увеличен при помощи делителя напряжения

Снова отметим, что схемы коллекторной стабилизации задают всегда потенциал коллектора! Для получения IК следует теперь вычесть ток делителя:

IК = ( EК – UК ) / RК – UК / ( R1 + R2 )(1.7)

«Токовое зеркало»

Конфигурация, известная как «токовое зеркало», приведена на рис. 1.11. Поскольку UБЭ1 = UБЭ2, при идентичных транзисторах обеспечено и равенство токов:

IК1 = IК2 = ( E – 0.7 В ) / R
Рис. 1.11.В «токовом зеркале» UБЭ1 = UБЭ2, поэтому режим VT2 стабилизирован

Строго говоря, полная идентичность в данной схеме не соблюдена: ток коллектора VT2 будет несколько зависеть от его коллекторного напряжения (вернитесь к рис. 1.3).

Тем не менее, с этой простой, но интересной схемой мы не раз встретимся в дальнейшем.

3. Режимы полевых транзисторов

Стабилизация тока стока

Аналог эмиттерной стабилизации существует и для полевого транзистора (рис. 1.12, а, где UИ = ЕЗ – UЗИ). Трудность в том, что напряжение затвор-исток при данном токе – величина весьма неопределенная и малостабильная.

Рис. 1.12.Схемы «истоковой» (а) и «стоковой» (б) стабилизации требуют повышенных напряжений

К примеру, разброс UЗИ среди экземпляров прибора 2П305А при IC = 5 мА может составлять единицы вольт. Поэтому гарантировать с приемлемой точностью заданную величину тока в собранной схеме мы могли бы, пожалуй, при напряжении ЕЗ, составляющем десятки вольт! Маловероятно, что это кого-то устроит.

Для приборов с индуцированным каналом возможен также аналог коллекторной стабилизации (рис. 1.12, б). Можно проверить, что при ненулевом пороговом напряжении транзистор здесь обязательно окажется на пологом участке выходных характеристик, что и требуется.

Для тока стока, очевидно, справедливо:

IС = ( E – UС ) / RС

а так как UC = UЗИ может быть оценено при данном токе, как мы знаем, лишь очень грубо, то сравнительно достоверные результаты расчета и здесь достижимы только при высоком напряжении питания.

Принудительная стабилизация

В разобранных схемах функции стабилизации тока и собственно передачи сигнала соединяются в одном приборе – но, в общем, это совсем не обязательно.

Радиолюбитель:Как это?

К примеру, для полевых транзисторов разумным способом разрешения трудностей оказывается задание тока стока вспомогательным стабилизированным биполярным транзистором (генератором тока), обеспечивающим требуемый ток в исток полевого прибора. Надо лишь не допустить ошибки, влекущей насыщение вспомогательного транзистора.

Радиолюбитель:Лучше бы рассмотреть на каком-нибудь примере.
Рис. 1.13.Фиксированный ток истока задают вспомогательным транзистором

Давайте – на примере рис. 1.13. Напряжение затвор-исток для 2П305А при IC = 5 мА нормировано пределами 0.2–1.5 В, затвор «привязан» к нулю, значит, на истоке имеем этот же диапазон напряжений со знаком минус. Какой отсюда вывод?

Радиолюбитель:Исток – он же и коллектор 2Т312Б. Выше этого уровня потенциал базы ЕБ быть не должен?

Точно. Проверьте, между прочим, что для приборов типа 2П305Г базу вспомогательного транзистора можно просто «заземлить».

Всегда ли стабилизировать ток?

Завод-изготовитель нередко проводит контроль параметров транзисторов с управляющим переходом не при фиксированном токе стока, а при фиксированном напряжении на затворе (точнее, при ). Это дает повод разработчику вовсе не вводить элементов стабилизации тока стока (рис. 1.14), и даже обязывает к этому. Ознакомьтесь, к примеру, с данными на прибор типа 2П302А: значение крутизны S ≥ 5 мА/В гарантируется при нулевом напряжении затвор-исток, хотя величина тока в этом режиме, согласно техническим условиям, может колебаться в диапазоне от 3 до 24 мА!

Рис. 1.14.При UЗИ = 0 устанавливается паспортный режим

Любопытно, что если здесь все же возникнет надобность в стабилизации, вы не вправе устанавливать его для транзисторов этого типа более 3 мА.

Радиолюбитель:Почему это?

А иначе не будет уверенности, что прибор не оказался в области, где напряжение приложено к переходу в запрещенной, открывающей полярности.

Радиолюбитель:А вот еще я читал о каких-то «термостабильных точках» полевых транзисторов…

Когда вы встречаете публикации подобных выдающихся идей, почаще вспоминайте, что сама по себе стабильность тока активного прибора никак не может являться самоцелью!

Продолжение читайте здесь

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий