Установка рабочей точки с помощью базового тока

Влияние U_BE на потенциал коллектора при отсутствии сигнала можно устранить, установив рабочую точку с помощью стабильного базового тока. Для этого база соединяется с источником питающего напряжения через высокоомное сопротивление (рис. 4.17).

Рис 4.17 Установка рабочей точки с помощью стабильного базового тока

Исходя из необходимого коллекторного тока I_C, при отсутствии сигнала получим базовый ток

Этот ток должен протекать через R₁, величину которого определим из выражения

Поскольку V⁺, как правило, велико по сравнению с U_BEA, то U_BEA практически не влияет на базовый ток. Это в значительной степени устраняет источник дрейфа. Однако температурная зависимость коэффициента усиления по Току В остается, причем В увеличивается примерно на 1% при повышении температуры на один градус. Кроме того, недостатком является то обстоятельство, что относительно большие разбросы В существенно изменяют коллекторный ток и потенциал коллектора при отсутствии сигнала.

При использовании германиевых транзисторов в этой схеме необходимо принимать во внимание обратные токи, так как они примерно в 1000 раз больше, чем у кремниевых транзисторов Обратный ток перехода коллектор-база I_CB0 проходит в этом случае через низкоомное сопротивление по пути к общей точке, поэтому он складывается с базовым током, следовательно,

Так как для германиевых транзисторов токи I_B и I_CB0 имеют один и тот же порядок, то они вносят значительную нестабильность рабочей точки. Поэтому рассмотренная схема так же мало подходит для германиевых транзисторов, как и предыдущая.

Входное сопротивление схемы r_e = R₁||r_BE значительно больше, чем при установке рабочей точки с помощью делителя напряжения. Это является недостатком, так как транзистор довольно долго остается закрытым при воздействии большого положительного входного импульса. В результате вместо кратковременного заряда конденсатора С через переход база-эмиттер происходит медленный разряд его через резистор R₁.

Установка рабочей точки с помощью отрицательной обратной связи по току

Улучшение стабильности рабочей точки достигается при использовании отрицательной обратной связи на низких частотах. Для этой цели служит цепь R_EC_E на рис. 4.18.

Рис 4.18 Стабилизация рабочей точки с помощью отрицательной обратной связи по постоянному току

При этом дрейф напряжения база-эмиттер усиливается в R_C/R_E раз. Вариант с использованием двух источников— положительной и отрицательной полярности-приведен на рис. 4.19.

Рис 4.19 Упрощенная схема стабилизации рабочей точки с дополнительным отрицательным питающим напряжением

В этом случае базовый потенциал при отсутствии сигнала можно сделать равным нулю; делитель напряжения на входе становится излишним, если входной источник обеспечивает цепь для постоянного базового тока при отсутствии сигнала.

Если отрицательная обратная связь нежелательна, конденсатор С_E должен шунтировать переменное напряжение в требуемой области частот. Для определения требований к его номиналу рассмотрим частотную характеристику усиления, обусловленную С_E. С этой целью заменим в формуле (4.14) R_E на

При частотах выше f₁ = 1/2R_EC_E модуль полученного импеданса уменьшается, т е. коэффициент усиления возрастает пропорционально частоте и достигает значения SR_C (рис 420)

Рис 4.20 Воздействие конденсатора С_E на частотную характеристику усиления

Отсюда следует, что

Если требуется осуществить неглубокую отрицательную обратную связь по переменному напряжению, можно включить резистор R`_E < R_E последовательно с конденсатором С_E.

Выбор параметров схемы, изображенной на рис 4.18, поясним на числовом примере Источник имеет внутреннее сопротивление R_g = 10 кОм. Коэффициент усиления по току транзистора В =  250, питающее напряжение V⁺ = 15 В Для того чтобы источник сигнала не был слишком сильно нагружен, выберем коллекторный ток небольшим, таким, чтобы для переменных напряжений входное сопротивление составило не менее 20 кОм Это входное сопротивление состоит из параллельно соединенных сопротивлений R₁, R₂ и r_BE, так как конденсатор С_E в рассматриваемой области частот можно представить в виде короткозамкнутой перемычки Выберем I_C = 200 мкА и из формулы (4.11) найдем

Если делитель напряжения R₁R₂ выбрать надлежащим образом, то можно выполнить указанное выше требование обеспечения результирующего входного сопротивления 20кОм

Далее необходимо установить потенциал при отсутствии сигнала. Стабильность рабочей точки тем лучше, чем больше падение постоянного напряжения на R_E, так как в этом случае изменение U_BE остается меньше V_E и, следовательно, влияние коллекторного тока будет незначительным Если выбрать V_E = 2 В, то коллекторный ток изменится только на

При установке потенциала коллектора в отсутствие сигнала V_CA необходимо следить за тем, чтобы напряжение коллектор-эмиттер транзистора во время его работы не падало до напряжения насыщения U_CEнас  0,3 В, поскольку в противном случае параметры , S и r_CE в соответствии с характеристиками рис 4.6 значительно уменьшатся. Попадание транзистора в режим насыщения может привести к сильным нелинейным искажениям. С другой стороны, потенциал коллектора при отсутствии сигнала необходимо выбирать не очень большим, так как иначе падение напряжения на R_C и коэффициент усиления по напряжению будут малы. Положим, что наибольший сигнал на выходе должен составлять V_Cмакс = + 2 В относительно потенциала при отсутствии сигнала Тогда получим

Для того чтобы это значение с учетом допусков на U_BEA ,V⁺ и резисторы нельзя было превысить, выберем U_CA = 7 В. Рассчитаем для этого случая номиналы резисторов R_C и R_E

При этом дрейф потенциала коллектора при отсутствии сигнала равен

Далее необходимо установить базовый потенциал при отсутствии сигнала таким образом, чтобы падение напряжения на R_E составляло ~ 2 В. Согласно рис. 4.5, при малых коллекторных токах U_BE равняется около 0,6 В. Отсюда следует

Базовый ток равен

Он не должен существенно влиять на базовый потенциал. Поэтому через делитель напряжения R₁, R₂ должен протекать шунтирующий ток, составляющий ~ 10I_B. Для этого необходимо, чтобы

Рассчитанные значения номиналов резисторов указаны на рис. 4.21. Входное сопротивление по переменному току составляет

Для коллекторного тока 200 мА сопротивление r_CE равно 500 кОм. Тогда с учетом формулы (4.8) найдем коэффициент усиления по напряжению для ненагруженного каскада

Таким образом, усиление э.д.с. генератора сигнала при R_L = 100 кОм составит

Это значение сохраняется до нижней частоты f_мин = 20 Гц. Поскольку схема содержит три фильтра верхних частот, то нужно выбрать частоты среза f_g этих фильтров в пределах до f_мин. Положим, что эти частоты равны; используя формулу (2.19), найдем

Рис. 4.21. К примеру расчета параметров низкочастотного усилителя.