Понятие рабочей точки. Основные способы подачи смещения во входные цепи транзисторов

Для нормальной работы усилительного каскада необходимо выбрать и задать для транзистора в усилительном каскаде определенный режим работы по постоянному току, который определяется значениями постоянного тока I_к0 и напряжения U_кэ0. Току I_к0 соответствуют определенные значения I_б0  и U_бэ0. Параметры I_к0, I_б0  и U_бэ0 задают на вольт-амперных характеристиках транзистора точку, которая называется рабочей точкой или точкой покоя.

В транзисторах резисторных каскадов предварительного усиления между входными электродами (базой - эмиттером (коллектором) или затвором -истоком (стоком)) подают небольшое постоянное напряжение – напряжение смещения. Его величина составляет для германиевых транзисторов (0,1 ¸ 0,5) В, для кремниевых – (0,2 ¸ 1,0) В.

В приведенной ранее на рис.1 схеме усилительного каскада используются два источника постоянного напряжения, это неудобно с конструктивной точки зрения. Более практичны схемы с одним источником питания. Напряжение смещения обычно подается от того же источника, от которого питается и выходная цепь транзистора. Существуют два основных способа подачи смещения: фиксированным током и фиксированным напряжением.

Подача смещения фиксированным током базы

Простейшая схема усилителя с ОЭ, называемая схемой с фиксированным током базы (рис.3а), содержит всего три пассивных элемента: , , .

Рис. 3.

 

С резистора  снимается усиленное выходное напряжение, резистор  служит для создания смещения на базе транзистора (для создания необходимого напряжения между базой и эмиттером), а конденсатор  (разделительный) вводят в схему для предотвращения падения постоянного напряжения из внешних цепей на базу транзистора. В отсутствии сигнала:

                                              

                                         I_б0 =  (Е_к - U_бэ0)/R_б                            (1)

 

В связи с тем, что ток базы очень резко возрастает, при увеличении напряжения  в любом транзисторе (рис.3б), можно принять, что для германиевых транзисторов , для кремниевых , а для арсенидгаллиевых .

На практике вместо выражения (1) часто пользуются более простым соотношением:

                                                     I_б0 =  Е_к /R_б,                         (2)

 

т.е, при фиксированном напряжении питания Е_к и конкретном значении R_б ток базы имеет фиксированное значение.

Работа реальной схемы с фиксированным током базы оказывается неудовлетворительной из-за нестабильного положения рабочей точки транзистора. Главными причинами, влияющими на положение рабочей точки, являются изменения температуры окружающей среды, вызывающее изменения напряжения U_бэ0, теплового тока коллекторного перехода I _т.п. (I_к0 = I_б0 h_21э + I _т.п. , где (h_21э - статический коэффициент усиления по току транзистора в схеме с общим эмиттером)и самого h_21э. При изменении температуры от -40 до +40⁰С напряжение коллектора и коллекторный ток изменяются примерно в 1,4…1,5 раза. Лучшую стабильность рабочей точки обеспечивает схема подачи смещения фиксированным напряжением база-эмиттер.

Подача смещения фиксированным напряжением база-эмиттер

    Напряжение смещение подается через делитель R1 – R2 (рис. 4).

 

Рис. 4.

 

    R2 выбирается по величине гораздо меньшим, чем входное сопротивление транзистора, так что ток I_д, протекающий через R2 невелик (I_д = (5 ÷10) I_б0 для каскадов предварительного усиления, I_д = (1 ÷ 5) I_б0 – для мощных оконечных каскадов). Это позволяет записать

                                       

                                                   U_бэ0= Е_к/(R1+R2).                            (3)