Электроника в вопросах и ответах - Страница 27

для схемы ОЭ (рис. 4.29, б)

E_к — I_к·R_к — U_кэ = 0

Часто совместно с источником напряжения питания используется делитель из резисторов, обеспечивающий большую свободу при проектировании всей схемы смещения транзистора. Пример подачи смещения на МОП транзистор показан на рис. 4.31.

Рис. 4.31. Схема питания для полевого МОП транзистора с использованием делителя напряжения

Резисторы R₁ и R₂ делителя в этом случае выбираются таким образом, чтобы получить требуемое U_зи, определяемое формулой

Эту же самую схему смещения можно применить также в случае биполярного транзистора, однако на практике при этом добавляются одновременно схемы стабилизации рабочей точки.

Это схемы, уменьшающие влияние изменений тока I_кбо коэффициента h_21э на ток коллектора I_к. Например, изменение тока I_кбо вызывает изменение полного тока, протекающего в цепи коллектора, и в результате происходит смещение рабочей точки транзистора, это в свою очередь влечет за собой изменение входного и выходного сопротивлений, изменение ширины полосы, нелинейных искажений, мощности потерь в транзисторе.

Изменение значений I_кбо и h_21э наблюдается под влиянием температуры транзистора, которая зависит как от температуры окружающей среды, так и от электрической мощности, выделяемой в транзисторе.

Схемы стабилизации обычно соединены со схемами питания транзистора, образуя чаще всего общую схему питания и стабилизации. Рассматриваемые до сих пор схемы питания не обеспечивали стабилизации рабочей точки транзистора. Эффективность стабилизации подсчитывают с помощью коэффициентов стабилизации S_ст, определяемых обычно как отношение приращения тока или стабилизированного напряжения к приращению тока I_кбо или коэффициента h_21э, вызванного ростом температуры, например

S_ст = ΔI_к/ΔI_кбо

Для простой схемы питания (без стабилизации) с учетом того, что I_к = h_21эI_б + (h_21э + 1)·I_кбо имеем S_ст = h_21э + 1, т. е. S_ст составляет десятки единиц, тогда как при идеальной стабилизации S_ст = 1.

На основе рассмотрения многих схем можно показать, что на практике стабилизация чаще всего сводится к поддержанию постоянных значений тока I_к и напряжения U_кэ.

Дополнительный выигрыш от использования большинства схем, стабилизирующих рабочую точку транзистора, является уменьшение влияния разброса параметров, имеющего место для отдельных экземпляров транзисторов одного типа, на работу транзисторной схемы.

На рис. 4.32 представлена схема питания со стабилизацией в виде резистора, включенного в цепь эмиттера. В схеме без резистора рост тока вызывает увеличение тока в цепи коллектора и увеличение падения напряжения на резисторе, находящемся в цепи базы, что вызывает более положительное смещение перехода и дальнейший рост токов эмиттера и коллектора. Введение резистора в цепь эмиттера препятствует росту токов, поскольку мгновенный рост тока вызывает увеличение падения напряжения на этом резисторе, а следовательно, увеличение напряжения, смещающего переход в непроводящем направлении. Это в свою очередь ведет к уменьшению роста тока и, следовательно, к его стабилизации на некотором, почти постоянном уровне.

В этом случае имеем следующие приближенные соотношения:

Эффективность стабилизации тем больше, чем выше отношение. Обычно стремятся к тому, чтобы достичь значения S_ст от нескольких единиц примерно до 10. Для больших значений S_ст рассчитываем по формуле S_ст ~= R_б/R_э.

Стабилизирующий резистор в цепи эмиттера часто шунтируется конденсатором большой емкости. При этом резистор влияет только на рабочую точку и ее стабильность и не вызывает уменьшения усиления схемы до тех частот, пока конденсатор обладает сопротивлением намного меньшим, чем резистор R_э.

Рис. 4.32. Схема питания со стабилизацией в цепи эмиттера

Обсуждаемую схему смещения часто называют схемой со стабилизацией на принципе эмиттерной связи.

Такая схема представлена на рис. 4.33. В этом случае стабилизация основана на питании базы через резистор, включенный между коллектором и базой. Увеличение тока коллектора вызывает снижение потенциала на коллекторе и через резистор R_б изменение потенциала на базе так, что это вызывает уменьшение изменений тока коллектора.

Рис. 4.33. Схема питания транзистора со стабилизацией на принципе коллекторной связи

В этом случае справедливы следующие приближенные соотношения:

Сопротивление резистора R_б не может быть слишком малым, так как это вызывало бы уменьшение усиления по напряжению, поэтому следует выбрать компромисс между усилением и коэффициентом стабилизации.

Разработано много других решений, например одновременное использование эмиттерной и коллекторной связей, питание базы при использовании делителя и одновременном включении эмиттерного резистора, шунтированного конденсатором (рис. 4.34, а).

Рис. 4.34. Схема стабилизации тока коллектора с отрицательной обратной связью по постоянному току при подаче смещения на базу от делителя (а) и пример решения этой схемы (б)

Для этой схемы имеем следующие соотношения:

U_б = (R₂/(R₁ + R₂))·E_к; U_э = U_б - U_бэ ~= U_б

U_к = E_к — I_к·R_к; U_кэ = E_к — I_к·R_э — I_э·R_э

Коэффициент стабилизации при этом выражается формулой