Способы стабилизации рабочей точки транзисторного каскада

Стабильность рабочей точки является одним из основных условий получения стабильных характеристик усилительного каскада. Поэтому при проектировании усилителя используют различные схемные решения, позволяющие снизить зависимость усилителя от колебаний обратного тока коллекторного перехода транзистора. Наиболее широко используется схема рис. 1.17.

С точки зрения стабильности рабочей точки желательно, чтобы изменение тока I_БП (рис. 1.15) слабо отражалось на напряжении U_БП. С этой целью в цепи базы устанавливается специальный делитель R₁ - R₂, через который протекает ток делителя I_Д, величина которого выбирается из условия I_Д > I_БП. Чтобы исключить шунтирующее действие делителя на работу усилителя обычно выбирают I_Д (2 - 5) I_БП. Резисторы делителя рассчитываются как:

Рисунок 1.17 – Каскад с делителем в цепи базы

Сопротивление в цепи эмиттера R_Э обеспечивает отрицательную обратную связь по постоянному току, оказывая стабилизирующее действие на работу каскада. Увеличение падения напряжения на эмиттерном сопротивлении U_ЭП = I_ЭП R_Э I_КП R_Э приводит к увеличению напряжения обратной связи , а значит и к стабилизации каскада. Обычно оптимальным считается U_ЭП (0,1 - 0,3) ЕК, откуда:

Повысить стабильность рабочей точки можно получить за счет введения дополнительной цепи отрицательной обратной связи по напряжению, которая обеспечивается за счет связи коллектора с базой через резистор R₁ (рис. 1.18). Коэффициент нестабильности зависит от соотношения R₁ + R₂ / R_К, причем S возрастает при увеличении этого соотношения. Оптимальным с точки зрения стабильности каскада можно считать его величину, равную единице. Однако при этом за счет низкоомного делителя снижается входное сопротивление усилителя.

Рисунок 1.18 – Каскад с дополнительной обратной связью

Рисунок 1.19 – Стабилизация каскада при помощи диода

Если в схеме рис. 1.19 падение напряжения на диоде U_VD примерно равно падению напряжения на смещенном в прямом направлении эмиттерном переходе U_БЭ, то за счет свойств р-n перехода диода при увеличении температуры потенциал базы будет снижаться 2 мВ/ оС. Ток эмиттера может быть найден как:

Если коэффициент усиления транзистора достаточно велик, то можно считать I_К I_Э. Тогда с учетом U_VD U_БЭ

т.е. при изменении температуры ток коллектора практически остается неизменным.

Несколько лучшие результаты можно получить при использовании схемы рис.1.20, где в цепи делителя транзистора VT₁ установлен транзистор VT₂ в диодном включении.

Транзистор VT₂ работает в линейном режиме и U_КЭ2 = U_БЭ2, в то же время базы обеих транзисторов находятся по одинаковым потенциалом, т.е. U_БЭ1 = U_БЭ2. Если транзисторы хорошо подобраны, то I_Б1 = I_Б2 = I_Б и I_K1 = I_K2 = I_Б. Ток делителя может быть найден как

I_D = I_K2 + I_Б2 + I_Б1 = I_Б + 2I_Б

откуда:

Рисунок 1.20 – Стабилизация каскада при помощи транзистора

С учетом I_K = I_Б:

Для транзисторов с достаточно большим коэффициентом усиления ( >> 2) можно считать I_K I_D, т.е. изменение коллекторного тока транзистора VT₁ зависит только от изменения тока делителя и может считаться равным нулю.

Выбор способа стабилизации рабочей точки определяется конкретными требованиями, предъявляемыми к схеме усилителя.