Расчет входного сопротивления

Как мы видели, отрицательная обратная связь по току вызывает стабилизацию U_BE и уменьшение коэффициента усиления по напряжению. По этой же причине снижается входной ток dI_B и увеличивается входное сопротивление, причем в то же число раз, в которое снижается коэффициент усиления по напряжению. С учетом соотношения r_CE>>R_C получаем

Вследствие отрицательной обратной связи по току выходное сопротивление растет незначительно и стремится (в случае глубокой отрицательной обратной связи) к R_C.

4.2.4. Отрицательная обратная связь по напряжению

Другой вариант отрицательной обратной связи основан на том, что в соответствии с рис. 4.13 ток I_N, пропорциональный выходному напряжению, может вычитаться из тока I_C, пропорционального входному напряжению.

Рис 4.13 Схема с общим эмиттером и отрицательной обратной связью по напряжению

Поскольку схема с общим эмиттером инвертирует сигнал, то входное напряжение при этом уменьшается (параллельная отрицательная обратная связь). Для того чтобы проиллюстрировать работу схемы, увеличим входное напряжение на величину U_e. В результате повысится напряжение U_BE, а выходное напряжение уменьшится на величину U_a>>U_BE. Если принять, что сопротивление R_N имеет тот же порядок величины,

что r_BE, то изменение тока I_B<<I_N. Если выбрать сопротивление R₁ достаточно большим, так что U_e >>U_BE, то получим

При этом изменение выходного напряжения

Для точного расчета коэффициента усиления по напряжению применим правило узлов для базового и коллекторного выводов; в результате найдем

При R₁ 0 выражение (4.18) преобразуется в формулу для коэффициента усиления без отрицательной обратной связи:

Отсюда видно, что резистор R_N должен быть больше R_C, так как в противном случае коэффициент усиления по напряжению уменьшится, что снижает усиление А. С другой стороны, мы видели, что R_N не может быть намного больше r_BE, так как иначе отрицательная обратная связь не действует Необходимым компромиссом является выбор R_NR_Cr_BE. Для случая глубокой отрицательной обратной связи, когда R₁ на порядок отличается от R_N, коэффициент усиления по напряжению

что легко установить с помощью физических рассуждений.

Входное сопротивление несложно рассчитать. Изменение тока через R_N составляет

Таким образом, резистор отрицательной обратной связи RN воздействует на входное сопротивление как резистор R_N/S(R_Cr_CER_N) включенный между базой и общей точкой. При этом получим

Вследствие отрицательной обратной связи по напряжению выходное сопротивление тоже уменьшается. Это происходит потому, что одновременно с коллекторным потенциалом возрастает базовый ток через резистор R_N. В связи с этим изменение выходного напряжения приводит к возрастанию коллекторного тока. С учетом принятых допущений получаем

4.2.5. Установка рабочей точки

Приведенные выше соображения справедливы в режиме работы транзистора при малых сигналах в заданной рабочей точке I_CA, U_CEA. Для установки рабочей точки последовательно с источником напряжения малого сигнала можно включить источник напряжения величиной U_BEA (рис. 4.14).

Рис 4.14 Принцип установки рабочей точки

Однако это решение из-за наличия незаземленного источника напряжения неэкономично. Поэтому базовое напряжение U_BEA обеспечивается источником питающего напряжения V⁺, а база присоединяется к источнику переменного напряжения u_e через конденсатор (рис. 4.15).

Рис 4.15 Установка рабочей точки с помощью базового делителя напряжения

Выходное напряжение u_a снимается с выхода через другой конденсатор. Таким образом, схема содержит два фильтра верхних частот, нижняя граничная частота которых, должна быть выбрана так, чтобы полностью пропускались нижние частоты сигнала.

Из рассмотрения крутой части передаточной характеристики, изображенной на рис. 4.5, видно, что влияние малых отклонений напряжения U_BEA на I_C существенно. Небольшие отклонения U_BEA вызывают значительные отклонения коллекторного тока, поэтому вследствие неизбежного разброса параметров U_BEA необходимо регулировать индивидуально для каждого отдельного транзистора с помощью подстроечного резистора R₂. Кроме того, схема особенно чувствительна к температурному дрейфу. Напряжение база-эмиттер, соответствующее определенному коллекторному току, уменьшается на 2 мВ при повышении температуры на один градус. Это обстоятельство наглядно иллюстрируется на рис. 4.16 с помощью фиктивного источника напряжения в базовом выводе.

Рис 4.16 Эквивалентная схема для эффекта дрейфа напряжения база-эмиттер

Напряжение этого источника при комнатной температуре равно нулю и увеличивается на 2 мВ при повышении температуры на один градус Этот источник включается последовательно с изображенным на рис. 4.15 источником напряжения сигнала, что приводит к следующей величине дрейфа потенциала коллектора при отсутствии сигнала:

Таким образом, при повышении температуры на 20° потенциал коллектора при отсутствии сигнала уменьшится примерно на 6 В. Такое большое отклонение от заданной рабочей точки является недопустимо большим.