§ 43. Способы обеспечения рабочего режима транзистора

Электропитание цепей коллектора обычно осуществляется от об­щего источника постоянного тока (гальванической батареи или вып­рямителя переменного напряжения сети). Для устранения межкае-кадных связей применяют развязывающие RС-фильтры. Нужный рабочий режим (рабочую. точку) транзистора в усилительном каскаде устанавливают подачей на базу относительно эмиттера фиксирован­ного напряжения смещения, которое можно получить от коллектор­ного источника питания через делитель напряжения или гасящее со­противление.

Рис. 81. Схемы подачи фиксированного смещения

а — с помощью делителя, б — через гасящий резистор, в — фиксированным током

Способы подачи смещения. Фиксированное смещение можно осуществлять фиксированным током или напряжением. Смещение фиксированным напряжением база — эмиттер создается от общего источника Ек делителем R1R2 (рис. 81, а). Ток делителя I_д созда­ет на резисторе R2 падение напряжения, которое действует в про­водящем направлении к эмиттерному p-n-переходу. Чтобы смеще­ние оставалось неизменным при колебаниях температуры или смене транзистора, сопротивление резистора R2 желательно выбирать небольшим. Однако при этом снижается входное сопротивление уси­лителя. В зависимости от выходной мощности и режима работы кас­када ток делителя I_д= (2- 5)Iоб. С увеличением тока I_д возрастает потребление энергии и снижается кпд каскада. Этот способ смеще­ния применяется в усилителях режима В при малых колебаниях тем­пературы.

В схеме с ОЭ смещение фиксированным током базы от общего источника осуществляется через большое гасящее сопротивление ре­зистора R1 (рис. 81,6). Начальный ток базы 1_0б = (Е_К — U₀₆)/R1. Ес­ли не учитывать напряжение U₀б из-за его незначительности (I_об=Ex/R1), следует, .что ток базы зависит только от внешних пара­метров. В схеме с ОЭ ток базы I_Об характеризуется коэффициентом передачи Р=I_к/I_б, который различен у однотипных транзисторов, по­этому схема с фиксированным током базы малопригодна для серий­ной аппаратуры, а также чувствительна к температурным колебани­ям. В схеме с ОБ режим смещения задается фиксированным током (рис. 81,0), проходящим через эмиттерный переход и резистор R1. Конденсатор Сб разделяет постоянную и переменную составляющие тока. Через этот конденсатор по переменной составляющей база по­лучает нулевой потенциал, поскольку для этой составляющей со­противление конденсатора Xc<Rl, потенциал базы близок к нулю. В приведенных схемах смещение на транзистор подается как парал­лельно источнику сигнала (см. рис. 81, а), так и последовательно с ним (см. рис. 81,6, в). Для отделения (по постоянному току) вы­хода источника сигнала от управляющего электрода транзистора в схемы включают разделительный конденсатор С1 (см. рис. 81, а, б).

Термостабилизация рабочей точки. Температурная стабилизация режима работы усилителя достигается введением в схему отрица­тельной обратной связи по току, напряжению или комбинированной. Для стабилизации рабочей тонки при изменениях температурного ре­жима работы транзистора схемы усилителей дополняют элементами эмиттерной и коллекторной стабилизации.

Эмиттерная стабилизация режима осуществляется с помощью ООС по постоянному току через эмиттерный резистор R_э (рис. 82, а). При прохождении через резистор R_a тока I_э значительно уменьшается напряжение, которое действует в противофазе с фиксированным на­пряжением смещения, снимаемым с резистора R2 делителя R1R2, С повышением температуры возрастает ток I_э, что вызывает уве­личение тока Iб и Iк. При этом возрастает напряжение Uл_э=I_эRэ на резисторе R_a, вследствие чего автоматически повышается резуль­тирующий потенциал на базе Eбэ= — U_R2+U_R9, что вызывает умень­шение токов I_э, Iб и Iк. Емкость С_э блокирует по переменному току резистор R₉, благодаря чему устраняется падение напряжения сиг­нала на резисторе, исключается ООС по переменному току и сохра­няется постоянство коэффициента усиления каскада.

Коллекторная стабилизация осуществляется с помощью ООС по напряжению, которая достигается подключением резистора R1 не­посредственно к коллектору транзистора (рис. 82, б). При повыше­нии температуры и возрастании тока I_к (от исходного значения I_Ок) увеличивается падение напряжения на резисторе R_K и соответствен­но уменьшается (по абсолютному значению) напряжение на коллек­торе и_кэ=Е_к — I_KR_K и базе, что вызывает снижение тока базы Iб, а следовательно, и тока I_к, который стремится возвратиться к своему исходному значению I_ок,

Рис. 82. Схемы температурной стабилизации режима транзистора:

а — эмиттерная с помощью ООС по току, б — коллекторная с ООС по на­пряжению, в — комбинированная с ООС по току и напряжению

Более высокую стабильность работы обеспечивают схемы с ком­бинированной ООС потоку и напряжению (рис. 82, б). Обычно комбинированная обратная связь вводится лишь для постоянного тока. Чтобы исключить обратную связь по переменному току, резис­тор Л_э (элемент ООС по току) шунтируют конденсатором С_э боль­шой емкости.

Термокомпенсация рабочей точки. Температурная компенсация режима предусматривает в схемах использование нелинейных элементов, параметры которых зависят от температуры. В качестве не­линейных (температурно-зависимых) элементов служат терморезис­торы, диоды, транзисторы.

Рис. 83. Схемы температурной компенсации:

а — с терморезистором, б — с терморезистором и линейными резисторами, в — с диодом

В делитель, подключенный к базе (рис. 83, а), вместо резистора R2 включают терморезистор, который при нормальной температуре имеет сопротивление, необходимое для установления начального ра­бочего режима. При этом через коллектор проходит требуемый ток покоя. При повышении температуры сопротивление терморезистора уменьшается, напряжение между базой и эмиттером снижается, вследствие чего ток покоя коллектора остается постоянным. Для компенсации разброса параметров транзисторов и получения требуе­мой характеристики термочувствительного элемента включают линей-ные- (лучше переменные) резисторы R2, R3 (рис. 83, б) последова­тельно с терморезистором и параллельно ему.

Терморезисторы обладают неодинаковой с транзистором темпе­ратурной инерционностью. Лучшие результаты при компенсации по­лучают при включении диода в качестве термочувствительного эле­мента (рис. 83, s). Температурные коэффициенты напряжения ТКН эмиттерно-базового перехода транзистора и диода, включенного в прямом направлении, одинаковы. Можно подобрать приборы с од­ним и тем же температурным изменением обратных токов, что обес­печит более полную компенсацию.

Диод V2 в схеме компенсирует температурный сдвиг входной характеристики транзистора. С повышением температуры уменьша­ется падение напряжения на диоде в проводящем направлении, сле­довательно, уменьшается напряжение смещения во входной цепи транзистора. Обратный ток коллекторного перехода Iк.обр транзис­тора компенсируется диодом V2, обратный ток которого противопо­ложен обратному току транзистора.