Выбор и стабилизация рабочей точки транзистора усилителя
Рабочая точка – точка на плоскости пересечения ВАХ и нагрузочной прямой, связывающая текущие значения напряжений и токов усилительного прибора в режиме покоя (без входного сигнала)
Вопрос задания рабочей точки (РТ) решается двумя способами − она задается либо автономным независимым источником, но этот метод неэкономичен ,особенно в многоступенных усилителях, либо применяется автоматическая подача напряжения смещения в цепь базы.
В современных усилительных каскадах предпочтенье отдаётся второму способу: схема «сама» вырабатывает напряжение автосмещения для того, чтобы задать РТ. Рабочая точка задается постоянными составляющими токов и напряжений
в режиме покоя.
В режиме «А» обычно работают усилители, на вход которых подаются сигналы с малыми амплитудами. В режиме «А» рабочая точка (РТ) должна находиться в активной (рабочей) области ВАХ транзистора.
Рассмотрим ВАХ биполярного транзистора, выполненного по схеме с общим эмиттером ОЭ (рис. 14.5). Рабочая область ограничена линиями, отделяющими области насыщения, отсечки, и линиями допустимых значений коллекторного тока Iкдоп, коллекторного напряжения Uкдоп и рассеиваемой мощности Ркдоп.
В области насыщения и отсечки транзистор теряет свои усилительные свойства.
Превышение Uкдоп и Ркдоп приводит к выходу транзистора из строя. Превышение Iкдоп - значительно ухудшает усилительные свойства.
На рисунке рабочие области заштрихованы.
Определение рабочей точки
1.Метод отдельных источников питания.
Рассмотрим простейшую схему, позволяющую выбрать режим для биполярного транзистора (рисунок 14.9):
В основе построения нагрузочной характеристики усилителя лежит уравнение транзистора в рабочем режиме:
Построить нагрузочную прямую можно по двум точкам. Для построения нагрузочной характеристики возьмём во внимание два крайних состояния транзистора ─ «закрыт-открыт». Когда транзистор закрыт, то в его цепи течёт лишь ток неосновных носителей, а им, при нормальной температуре, можем пренебречь. Следовательно, напряжение на коллекторе закрытого транзистора равно напряжению питания Еo,отмеченному на оси напряжения.
Если транзистор открыт до насыщения, то его сопротивление близко к нулю, и ток через него ограничивается лишь сопротивлением Rн
В режиме насыщения напряжение на коллекторе не превышает 0,05 … 0,1В, поэтому мы пренебрегли этой величиной и, таким образом, получим вторую точку нагрузочной характеристики: IKO=EO/RН
Если источник EБ, включенный в цепь базы, обеспечивает напряжение между базой и эмиттером UОБЭ (напряжение смещения) и ток базы IБ, то пересечение прямой нагрузочной с выходной характеристикой соответствует IОБ и определяет положение рабочей точки. Рассмотренная схема установки рабочей точки требует двух источников питания и на практике не используется.
2. Метод фиксированного тока
На рис. 6.7 и 6.8 даны две схемы усилителей на транзисторах с ОЭ с автоматической подачей напряжения смещения в цепь базы. Существует два метода автоматической подачи напряжения в цепь базы:
Подача напряжения смещения от источника коллекторного напряжения Ек через гасящий резистор (на рис.6.7 ─ через резистор Rб1) ─ метод фиксированного тока:
Суть метода: т.к. транзистор работает в открытом состоянии, то справедливо:
;
; При возрастании тока коллектора будет
соответственно расти
,
но
будет падать (
).
В открытом состоянии транзистора
сопротивление перехода «Э-Б» мало и им
можно пренебречь, следовательно входной
ток коллекторной цепи будет зависеть
только от
и
:
