5.Принципы и схемы обеспечения заданного поло­жения ирт

Важнейшими требованиями, которым должна отвечать схема современного электронного устройства, являются его пригодность к серийному производству и возможность изготовления этого устройства при минимальном числе настроечно-наладочных опера­ций. Этим условиям, в первую очередь, отвечают такие усили­тельные схемы, в которых обеспечена высокая стабильность ра­боты на постоянном токе, малая зависимость этих режимов от свойств конкретного транзистора и условий его работы.

биполярный транзистор можно рас­сматривать как усилительный прибор, управляемый током. По­этому положение ИРТ стараются задавать выбором определенного значения тока базы I_б0. Эту схему можно рассматривать как схему с фикси­рованным током базы, т.е. таким током, который практически не зависит от свойств конкретного транзистора и воздействия деста­билизирующих факторов. Указанная независимость обусловлена тем, что сквозная передаточная ВАХ биполярного транзистора, представляющая функциональную связь напряжения база — эмитер

U_б-э с током коллектора I_к ( б), т.е. такова, что напряжение U_б-э при любом токе коллектора практически неизменно, поскольку указанная зависимость имеет логарифмический характер:

Где m— параметр, значение которого близко к единице при малых значениях тока I_К и достигает 2...5 при значениях I_к, прибли­жающихся к максимально допустимым; U_T — температурный потенциал, U_T ~ 0,026 В; /_об__э — обратный ток насыщенного перехо­ди база —эмиттер.

В каскадах на кремниевых транзисторах малой и средней мощности эта разность потенциалов имеет значение, приблизительно равное 0,7 В. В дальнейшем это приближенное значение напряжения U_бэ, соответствующее работе транзистора в режиме усиления сигналов, будем называть номинальным напряжением база-эмиттер и обозначать U_бэ0. Значение номинального напряжения в малой степени зависит от свойств конкретного транзистора. Сказанное иллюстрирует рисунок 3.1б, на котором, помимо основного графика, отвечающего типовому значению тока A, нанесен штриховой линией график, отвечающий на порядок большему значению этого тока (для А). Графики построены в соответствии с соотношением (1). Следует отметить, что значения тока I_оэ пропорциональны площадям базо-эмиттерных переходов. В

процессе изготовления партии однотипных транзисторов вариации этих площадей и, соответственно, тока I_оэ существенно меньше десятикратных, поэтому отображенные на рисунке 1б изменения хода ВАХ больше, чем те, которые наблюдаются на практике.

Несмотря на простоту организации и кажущуюся очевидность заложенных принципов функционирования, схемы с фиксированным током базы не находят широкого применения, т. к. они не могут обеспечить высокой стабильности и определенности положения ИРТ. Это связано с тем, что у биполярных транзисторов наблюдается существенный разброс значений коэффициентов передачи B тока базы, и так как , то при фиксированном токе I_б0 токи I_к0 в различных экземплярах усилительных схем при бесподстроечной технологии их изготовления могут существенно отличаться. Таким образом, рассмотренный принцип обеспечения заданного положения ИРТ не может гарантировать возможность получения серийнопригодных усилительных схем, поскольку стабилизации должен подвергаться ток коллектора, а не ток базы.

Схема эмиттерно-базовой стабилизации, с помощью которой при определенных условиях в каскадах усиления обеспечивается высокая стабильность и определенность тока коллектора I_к0. В ней потенциал базового вывода транзистора питается от низкоомной цепи, например, от резистивного делителя, относительно которого выполняется условие , благодаря чему при фиксированных значениях питающих напряжений E_п+ и E_п- потенциал базы U_б0 практически не зависит от тока базы I_б0, т. е. от свойств конкретного транзистора, что и дает основания называть эту схему схемой с фиксированным потенциалом базы.

Разность потенциалов U₀ = U_бэ0–E_п- на резисторе R₂ в этих условиях также не зависит от свойств конкретного транзистора, при этом в соответствии с той ролью, которую играет эта разность потенциалов в обеспечении заданного значения тока I_к0, ее можно назвать токозадающей разностью потенциалов. В дальнейшем эту разность потенциалов будем обозначать U₀. Очевидно, что для создания тока в транзисторе значение разности потенциалов U₀ должно быть не ниже номинального напряжения U_бэ0.

С точки зрения обеспечения в схеме стабильного и определенного тока I_к0 существенным является то, что при работе биполярного транзистора в режиме усиления сигналов разность потенциалов U_бэ0 база-эмиттер в малой степени зависит от тока коллектора, поскольку эта зависимость по характеру приближается к логарифмической, определяемой соотношением (1). В результате можно считать, что в каскаде на биполярном транзистор потенциал U_б0 передается (транслируется) к его эмиттеру за вычетом номинального напряжения U_бэ0, которое для кремниевых транзисторов приблизительно равно 0,65...0,70 В Благодаря этому, независимо от свойств конкретного транзистора,

. следует, что при данной токозадающей разности потенциалов U₀ в условиях, когда U_кэ0>U_нач, а I_дел>>I_б0, вариации значения сопротивления R₀ в схеме практически не вызывает изменений напряжения U_R0 на этом сопротивлении. Ток же, протекающий через это сопротивление и, соответственно, через коллекторно-эмиттерную цепь транзистора, вследствие этого оказывается пропорциональным значениям сопротивления R₀.

Существуют другие варианты построения схемы с фиксированным потенциалом базы, в которых значение этого потенциала определяет не базовый делитель, а выходной потенциал предшествующей схемы.

Рассмотрим основные источники неопределенности положения ИРТ в схеме.

Основным фактором, обуславливающим неопределенность режимов работы на постоянном токе схемы, является разброс транзисторов по параметрам U_бэ0 и I_оэ.

Отклонения ∆I_к коллекторного тока I_к0 из-за вариаций ∆U_бэ разности потенциалов U_бэ0 тем меньше, чем большее значение сопротивления имеет резистор R₀, а именно

; .

Поэтому с точки зрения стабильности и определенности положения ИРТ желательно, чтобы выбор значений R₀ и U_э0 обеспечивал выполнение условий R₀>>∆U_бэ/I_э0 и U_э0>>∆U_бэ

Из (1) и (3) следует, что в этой схеме вариации параметра I_оэ в пределах от I_оэ1 до I_оэ2 приводит к изменениям тока коллектора, которые можно оценить по формуле .

Таким образом, с точки зрения обеспечения стабильности и определенности тока I_к0, малой зависимости этого тока от конкретных свойств транзистора и возможных температурных изменений желательно, чтобы в схеме на рисунке 2 выполнялись соотношения U_э0>>∆U_бэ и , где .