Стабильность усилительных каскадов с фиксированным смещением

Стабильность - это свойство усилительного каскада сохранять работоспособность при изменении параметров его ЭРЭ и окружающей среды в заданных пределах.

Изменение тока покоя транзистора обусловлено:

- разбросом параметров транзисторов (замена или старение транзистора);

- изменением напряжения источника питания;

- отклонением температуры от номинального значения.

Изменение температуры окружающей среды при постоянном напряжении смещения приводит к уходу тока покоя транзистора, рис.2.73.

Рис.2.73. Изменение режима работы транзистора при изменении температуры

Следствием температурной нестабильности является уменьшение коэффициента усиления по мощности, увеличение коэффициента гармоник.

Для стабилизации I_к0 используют два метода: прямой (параметрическая стабилизация); метод компенсации.

В соответствии с методом параметрической стабилизации: подбирают одинаковые по характеристикам транзисторы для запасного комплекта; термостабилизируют схему; стабилизируют напряжение источника питания.

Метод компенсации предусматривает компенсацию отклонения тока покоя транзистора от номинального значения за счет соответствующего изменения напряжения смещения.

Схема с термозависимым элементом в цепи делителя смещения

Схема с термозависимым элементом (терморезистором) в цепи делителя смещения представлена на рис.2.74.

Рис.2.74. Стабилизация тока покоя транзистора с помощью терморезистора в

цепи делителя смещения

При увеличении температуры окружающей среды увеличивается величина тока покоя транзистора I_к0, но также уменьшается сопротивление полупроводникового терморезистора R_б2. Уменьшение сопротивления R_б2 приводит к уменьшению отрицательного потенциала на базе транзистора, а, следовательно, и к уменьшению напряжения смещения U_бэ0. Транзистор закрывается, постоянный ток коллектора I_к0 уменьшается.

Если температура окружающей среды уменьшается, I_к0 также уменьшается. Но сопротивление резистора R_б2 увеличивается, напряжение смещения транзистора U_бэ0 возрастает, I_к0 увеличивается.

Для того чтобы температура транзистора и резистора R_б2 изменялась синхронно, необходимо обеспечить надежный тепловой контакт между ними.

Но такая простая и относительно экономичная схема имеет два недостатка. Во-первых, это большая инерционность, во-вторых – зачастую требуется экспериментальная подборка терморезистора и подключение последовательно или параллельно с ним одного или нескольких резисторов для обеспечения одинакового закона изменения сопротивлений термозвена и транзистора от температуры.

Эмиттерная стабилизация тока покоя транзистора

В схеме, рис.2.75, эмиттер транзистора подключен к общему проводу схемы через резистор R_э.

Величина напряжения смещения U_бэ0 определяется: прямым фиксированным напряжением U_б0 (напряжение на резисторе R_б2) и обратным автоматическим, создаваемым в результате падения постоянного напряжения на резисторе R_э. Очевидно, что величина обратного автоматического напряжения зависит от величины эмиттерного или коллекторного тока транзистора (I_э  I_к). Для напряжения смещения справедливо равенство: U_бэ0 = U_б0 – U_э0.

Рис. 2.75. Эмиттерная стабилизация тока покоя транзистора

При отклонении тока покоя транзистора в сторону увеличения от номинала увеличивается потенциал эмиттера U_э0, а напряжение смещения U_бэ0 уменьшается, транзистор закрывается, ток покоя I_к0 уменьшается.

Если ток покоя транзистора уменьшается, U_э0 также уменьшается, напряжение смещения увеличивается, транзистор открывается, и ток покоя возрастает.

Особенности схемы:

1. не требуется индивидуальный подбор элементов звена стабилизации;

2. уменьшается экономичность схемы из-за рассеивания мощности на резисторе в цепи эмиттера транзистора;

3. требуется несколько большее напряжение питания из-за падения напряжения на эмиттерном сопротивлении;

4. усиление каскада по напряжению падает (см. раздел «Обратная связь в усилителях»).