6.1.4. Термостабилизация рабочей точки

Для снижения влияния температуры на положение точки покоя используется отрицательная обратная связь:

• по току,

• по напряжению,

• комбинированная.

При этом для устранения ООС по переменной составляющей тока или напряжения применяются специальные меры – блокировка конденсаторами.

Схема со стабилизацией точки покоя с помощью ООС по току

С увеличением (уменьшением) тока коллектора I_к, а следовательно иI_э, возрастает (понижается) потенциал эмиттераU_э.0, поэтому уменьшается (увеличивается) напряжениеU_бэ = U_б.0 – U_э.0, т.к. потенциал базыU_б.0 зафиксирован делителем напряженияR_б1, R_б2. В результате ток покояI_к.0 изменяется в меньшей степени. Чем большеR_э и чем низкоомнее делитель в цепи базы, тем стабильнее каскад.

Данная схема позволяет построить усилительный каскад и по схеме с ОЭ, и по схеме с ОБ. Блокировочный конденсатор С_э(в первой схеме) устраняет ООС по переменному току.

Схема со стабилизацией точки покоя с помощью ООС по напряжению

С увеличением (уменьшением) тока I_куменьшается (повышается) потенциал коллектора U_кэ, поэтому уменьшается (увеличивается) ток базы

В результате потенциал U_к изменяется в меньшей степени.

Коэффициент нестабильности:

6.1.5. Термокомпенсация точки покоя

Термокомпенсация изменений режима производится с помощью нелинейных элементов, параметры которых зависят от температуры определенным образом:

• терморезисторы,

• полупроводниковые диоды,

• транзисторы.

У терморезистора большой отрицательный ТКС – около 3% / град. Его можно включить в цепь без базового делителя, вместо R_б2:

	при повышении температуры сопротивление Rб2уменьшается, при этом уменьшаетсяUб.0, а следовательно и токIк.Можно не только обеспечить неизменностьIк.0, но и получить “перекомпенсацию”: уменьшениеIк.0с ростом температуры, т.е.S<0.
		VD1 - для компенсации сдвига входной характеристики (Uбэ), а диодVD2 - для компенсации изменения обратного токаIкб.0. В интегральных схемах для термокомпенсации вместо диода включают эмиттерный переход транзистора .

Лучшие результаты при термокомпенсации дает применение в качестве термочувствительного элемента полупроводникового диода, включенного в прямом направлении. Напряжения на диоде и переходе база-эмиттер имеют близкие температурные коэффициенты, у них одинаковая тепловая инерционность.

6.2.Анализ работы усилительного каскада с оэ на переменном токе

Рассмотрим схему с ОЭ, широко применяемую в устройствах на дискретных компонентах.

6.2.1. Принципиальная схема и принцип работы

Конденсатор С1 изолирует источник сигнала по постоянному току и соединяет его со входом каскада по переменному току. Конденсатор С2 - то же по отношению к выходу каскада и нагрузке. Сэ - шунтирует резисторRэи устраняет ООС на частоте сигнала.

6.2.2. Анализ работы каскада в области средних частот

Биполярный транзистор - это управляемый источник тока. Источник сигнала - генератор Э.Д.С.

Пренебрегаем влиянием разделительных С1 и С2 и блокировочного С_Эконденсаторов.(т.к. Х_С10, Х_С20, Х_Сэ0), паразитных емкостей нагрузки С_Н и коллекторной цепиС^*_к, а также считаем коэффициент передачи токаh_21э=₀вещественной величиной.

Найдем коэффициент усиления по напряжению

.

Здесь R_к.н.=R_к||R_н - обозначение для краткости параллельной цепиR_киR_н.

R_вх.т.оэ =h_11э - входное сопротивление транзистора.

R_вых.т - выходное сопротивление транзистора приU_вх=0 (илиU_г=0).

Входное сопротивлениетранзистора найдем, используя параметры физической модели транзистора

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода зависит от тока эмиттера:

.

Поэтому h_11э зависит от рабочей точки. Например ,r_б=200 Ом,h_21э= 50. ЕслиI_э.0=2мА ,h_11э = 450 Ом, еслиI_э.0=5мА, тоh_11э = 850 Ом,.

Входное сопротивление каскада будет меньше

R_вх=h_11э||R_б.

Выходное сопротивление транзистора

R_вых.т=U₂/I₂ приU_вх=0; R_к.н.=.

I₂=(U₂/r^*_к.диф.) – h_21эI_б; в свою очередь,,

где _б- коэффициент внутренней обратной связи по току.

Отсюда R_вых.т=r^*_к.диф(1+h_21э_б).

Выходное сопротивление транзистора зависит от сопротивления источника сигнала R_rво входной цепи. В режиме холостого хода на входе, т.е.R_r_б0

R_вых.тr^*_к.диф

В режиме короткого замыкания на входе, т.е. R_r=0_б0.1

R_вых.т5^*_к.диф

Если говорить о выходном сопротивлении усилителя, то к нему нужно отнести и R_к:

R_вых=R_вых.т||R_к

Если R_вых.т>>R_к, тоR_выхR_к

Коэффициент усиления по току

K_io=I_н/I_r=R_rh_21эR_вых/(R_r+R_вх)(R_вых+R_н)

Множитель R_r/(R_r+R_вх) учитывает потери тока во входной цепи, а второйR_вых/(R_вых+R_вх) – в выходной цепи. Видно, что коэффициентK_io<h_21э и достигает максимума в режиме короткого замыкания по входуR_вх0 и выходуR_н0.