3.3 Стабильность рабочей точки

Смещение рабочей точки вызывает изменение характеристик транзистора, так как они зависят от режима. Нестабильность рабочей точки определяется изменением следующих параметров: теплового тока I_К0, напряжения на эмиттерном переходеU_ЭБ, коэффициента усиления по току. Нестабильность параметров связана с изменением температуры и временным дрейфом.

Приращение коллекторного тока имеет вид:

I_K=. (3.3.1)

Можно показать, что

I_K=, (3.3.2)

где R_ЭБ=R_Э+R_Бсуммарное сопротивление в контуре эмиттер-база; R_Эи R_Б- эмиттерное и базовое сопротивления;

_Б=- коэффициент токораспределения- показывает какая часть тока коллектора ответвляется в базу.

Коэффициентом нестабильности называется величина:

S=. (3.3.3)

Изменения коллекторного тока будут тем меньше, чем меньше коэффициент нестабильноси.

При _Б=1 S_min=, а при_Б=0 S_min=.

Для получения большей стабильности необходимо стремиться к условию _Б1. Удовлетворительные результаты дают значения R_Э/R_Б=0.5-1, которым соответствует S=2-3.

Рассмотрим основные схемы обеспечивающие режим каскада в схеме с ОЭ.

На рис. 3.6 показана простейшая схема каскада с ОЭ, в которой базовый ток задается резистором R_Б. Если уменьшить резистор R_Б, то увеличивается ток базы, а следовательно и ток коллектора. Напряжение U_КЭпри этом уменьшается, так как E=I_КR_К+U_КЭ. В данной схеме сопротивление в эмиттере R_Э=0, поэтому_Б=0 и стабильность каскада оказывается низкой S=.

Схема показанная на рис. 3.7 используется наиболее часто. Делитель R₁, R₂определяет потенциал базы и тем самым фиксирует потенциал эмиттера, так как U_ЭБconst.

Чем меньше сопротивление делителя R₁, R₂, тем меньше зависит потенциал базы от изменений базового тока. Вместе с тем низкоомный делитель уменьшает входное сопротивление и повышает расход мощности от источника питания. Обычно R₁R₂R_Э или больше. Коэффициент нестабильности при этом составляет S=2-5. Сопротивление R_Эстараются выбирать как можно больше. Величина R_Эограничивается увеличением падения напряжения I_ЭR_Э.

Применяется также схема показанная на рис. 3.8, в которой напряжение, питающее делитель меняется при изменении напряжения на коллекторе, а следовательно и тока I_К. Увеличение I_К уменьшает напряжение коллектора, снижая тем самым потенциал базы и уменьшая ток коллектора, что способствует увеличению стабильности. Получаемый выигрыш тем больше, чем меньше отношение (R₁+R₂)/R_К. При равенстве данного отношения единице или меньше ее стабильность по сравнению с предыдущей схемой повышается в 2-3 раза. Однако низкоомный делитель снижает усиление каскада и входное сопротивление к вытекающему из него неравенству R_Э>>R_Б.

3.4. Расчет каскада на транзисторе в схеме с оэ по постоянному току

После выбора рабочей точки нам известны I_КП, U_КЭП, I_БПи U_ЭБП. Из предшествующего расчета усилителя по переменному току известны входное сопротивление каскада R_ВХ(оно может быть задано) и сопротивление коллектора R_К. Из параметров транзистора должны быть известны коэффициент усиления по току и его зависимость от температуры, тепловой ток I_К0и изменение напряжения база-эмиттер U_БЭ от температуры. Должен быть известен рабочий диапазон температур и допустимый сдвиг рабочей точкиI_КДОП.

Рассмотрим расчет схемы на рис. 3.7. Зададимся величиной сопротивления в базовой цепи R_Били сопротивления R_Э. R_Бвыбирают из условия: R_Б>>R_ВХ. R_Эвыбирается в случае, если известно напряжение U_Э:

R_Э=так какI_KПI_Э. (3.4.1)

По известному тепловому току при t₀=20С определяют его изменение в рабочем диапазоне температур:

I_K0=I_K0to, (3.4.2)

где А=2 для германиевых транзисторов, А=2.5 для кремниевых транзисторов, t- рабочий диапазон температур.

Значение I_Kдопдолжно удолетворять условию:

I_KдопI_K0+I_Э. (3.4.3)

При невыполнении данного условия требуемую стабильность нельзя реализовать ни при каких R_Би R_Э.

Выбрав R_Бопределяют R_Э:

R_Э. (3.4.4)

Выбрав R_Энаходим R_Б:

R_Б. (3.4.5)

Далее рассчитывают резисторы делителя:

R₁=, (3.4.6)

R₂=. (3.4.7)

Напряжение питания определяют по формуле:

E=U_КЭП+I_КПR_К+I_ЭR_Э. (3.4.8)

Если Е известно, то корректируют R_Ки R_Э(желательно в сторону увеличения, так как стабильность при этом повысится).