15. Стабилизация рабочей точки а. Эммитерная и коллекторная схемы стабилизации.

Для обеспечения работы усилителя в классе А, АВ и С используются три метода задания рабочей точки: метод дополнительного источника смещения, метод фиксированного тока и метод фиксированного напряжения Рис1 (а, б, в)

Метод дополнительного источника смещения (Есм) используется чаще всего в усилителях работающих в классе “С”, т.к. там требуется подать на базу отрицательное смещение. Для усилителей, работающих в классе “А” и “АВ” используются схема фиксированного тока (рис 1б) и фиксированного напряжения (рис 1в). Схема фиксированного напряжения имеет большое количество резисторов, однако, при эмиттерной стабилизации эта схема предпочтительней. Об этом подробно будет изложено ниже.

Как известно ток коллектора биполярного транзистора очень сильно зависит от температуры, т.к. при её изменении меняетсяIк0, коэффициента передачи тока α и в большей степени β, т.к. β=α/(1-α), а так же ток базы. Если же учитывать составляющею тока коллектора связанную с явлением модуляции базы, то Iк = βIб + Iк0(β+1), тогда изменения этого тока

∆Iк = ∆βIб + β∆Iб + ∆Iк0(β+1) +∆βIк0 (1)

В этом случаи в зависимости от знака изменения ∆Iк заданная рабочая точка будет перемещаться (дрейфовать) по нагрузочной прямой (рис 2) занимая положение А’ при увеличении температуры или А” при её уменьшении. Это приводит к снижению коэффициента усиления транзистора и к значительным искажениям выходного напряжения усилителя. Поэтому стабилизация рабочей точки является такой же важной задачей, как и ёё задание.

Стабилизация точки покоя может осуществляться разными способами. Можно выделить четыре схемы: схема эмиттерной, коллекторной, комбинированной, и температурной стабилизации. Рассмотрим подробней эти схемы.

Схема эмиттерной стабилизации представлена на (рис 3).

Принцип работы схемы можно объяснить так. Как видно из (рис. 3) UБэ =UR2 – URэ (2)

Напряжение UR2 при постоянном Еп величина постоянная, а URэ зависит от тока коллектора

URэ = Iэ ∙ Rэ ≈ Iк ∙ Rэ. Поэтому при увеличении тока коллектора от температуры приводит к уменьшению напряжения Uбэ, (см. уравнение 2), а следовательно к уменьшению тока базы (IБ) и тока коллектора т.к. Iк =βIБ. Таким образом, осуществляется стабилизация заданной рабочей точки. Качество стабилизации в этой схеме зависит от величины Rэ и RБ

Рассмотрим подробней как можно количественно оценить стабильность точки покоя. Для этого воспользуемся уравнением (1) и найдём из схемы замещения транзистора (рис 4) величину тока ∆IБ.

IБ =IБ’ – IБ. Используя теорему об эквивалентном генераторе можно заменить источник Ек на Ек’=иRБ= тогда выходная цепь будет выглядеть так как показано на (рис.5). Используя метод наложения, найдём ток базы

Коллекторная стабилизация точки покоя

Схема коллекторной стабилизации представлена на (рис. 6)

Из (рис. 6) можно найти напряжение, как видно. Тогда(2)

Стабилизация точки покоя происходит следующим образом. При увеличении температуры ток коллектора должен вырасти, однако при этом, как видно из уравнения (2) уменьшается ток базы, а следовательно и ток коллектора, что приводит к стабилизации тока коллектора и точки покоя. Недостатком этой схемы является плохое качество стабилизации. Это связано с тем, что рассчитывается из условия задания тока базы в режиме покоя и в этом случаи величина этого сопротивления получается очень большой, а при большом значенииизменение тока базы не может быть большим, даже при больших изменениях.