27 Основные схемы стабилизации рабочей точки биполярного транзистора в уселительных каскадах

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 IБП (рис. 1.15 ) слабо отражалось на напряжении UБП. С этой целью в цепи базы устанавливается специальный делитель R1 - R2 , через который протекает ток делителя IД , величина которого выбирается из условия IД > IБП. Чтобы исключить шунтирующее действие делителя на работу усилителя обычно выбирают IД (2 - 5) IБП. Резисторы делителя рассчитываются как:

Рисунок 1.17 – Каскад с делителем в цепи базы

Сопротивление в цепи эмиттера RЭ обеспечивает отрицательную обратную связь по постоянному току, оказывая стабилизирующее действие на работу каскада. Увеличение падения напряжения на эмиттерном сопротивлении UЭП = IЭП RЭ IКП RЭ приводит к увеличению напряжения обратной связи , а значит и к стабилизации каскада. Обычно оптимальным считается UЭП (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 / RК, 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 UVD примерно равно падению напряжения на смещенном в прямом направлении эмиттерном переходе UБЭ, 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 IК IЭ. Тогда с учетом UVD UБЭ

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 UКЭ2 = UБЭ2, в то же время базы обеих транзисторов находятся по одинаковым потенциалом, т.е. UБЭ1 = UБЭ2. Если транзисторы хорошо подобраны, то IБ1 = IБ2 = IБ и IK1 = IK2 = IБ. Ток делителя может быть найден как ID = IK2 + IБ2 + IБ1 = IБ + 2IБ откуда:

Рисунок 1.20 – Стабилизация каскада при помощи транзистора

С учетом IK = IБ :

Для транзисторов с достаточно большим коэффициентом усиления ( >> 2) можно считать IK ID, 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.