Цепи питания, обеспечивающие режим работы транзистора по постоянному току

Цепи питания должны обеспечивать заданный режим работы транзистора по постоянному току. Для биполярного транзистора требуется обеспечить:

· напряжение база-эмиттер U_БЭ ;

· ток базы I_Б ;

· напряжение коллектор-эмиттер U_КЭ ;

· ток коллектора I_К .

При этом не должно быть отклонений выше допускаемых от заданного режима под воздействием дестабилизирующих факторов – изменения температуры, разброса параметров, колебаний напряжения питания. Кроме того, требуется, чтобы было меньше схемных элементов, меньшее число источников питания, меньшее потребление мощности.

На рис. 4.17 показаны семейство выходных характеристик транзистора, линия нагрузки и рабочая точка А, выбранная в середине рабочей области характеристик. Под воздействием дестабилизирующих факторов рабочая точка будет перемещаться по линии нагрузки и может сместиться в точку А′ (мала крутизна, велико U_К ) или в точку А′′ (большие нелинейные искажения). При небольших отклонениях рабочей точки от среднего положения А нежелательные эффекты отсутствуют.

Исходный режим задаётся либо током I_Б (рис. 4.18,а), либо напряжением смещения U_БЭ (рис. 4.18,б).

а)	б)
Рис. 4.18. Установка режима работы транзистора: а – током IБ ; б – напряжением UБЭ

4.6.1. Фиксация тока базы I_Б

Схема с фиксацией тока базы приведена на рис. 4.19,а.

а)	б)
Рис. 4.19. Фиксация тока базы: а – схема; б – зависимость IК от температуры

I_Б = (Е₀ - U_БЭ) / I_КБ0 = (Е₀ – 0,6) / I_КБ0 ;

I_К = h_21Э I_Б + (1+ h_21Э) I_КБ0 . (4.25)

Обратный ток коллектора I_КБ0 и h_21Э зависят от температуры:

I_КБ0(t) = I_КБ0(t₀)·2^(t-tо)/10 ; (4.26)

h_21Э(T) = h_21Э(T₀) ·(T₀/T)^γ. (4.27)

Эта схема наиболее проста (всего один резистор R_Б), но имеет существенный недостаток – зависимость I_К от дестабилизирующих факторов. Зависимость I_К от температуры показана на рис. 4.19,б.

4.6.2. Фиксация напряжения U_БЭ

Схема с фиксацией U_БЭ приведена на рис. 4.20. Требуемое смещение U_БЭ = 0,6 В может быть получено от внешней батареи (рис. 4.20,а) или с помощью диода D1 в прямом включении (рис. 4.20,б). Эта схема также имеет недостаток – зависимость I_К от дестабилизирующих факторов. Зависимость I_К от температуры показана на рис.4.20,в.

а)	б)	в)
Рис. 4.20. Схема с фиксацией UБЭ : а – смещение от внешней батареи; б – смещение с помощью диода; в – зависимость IК от температуры

4.6.3. Стабилизация тока коллектора I_К (коллекторная стабилизация)

Схема с коллекторной стабилизацией I_К приведена на рис. 4.21. Эта схема автоматически стабилизирует I_К при воздействии дестабилизирующих факторов – изменении температуры и разбросе параметров транзистора. Входное сопротивление схемы уменьшается в глубину ООС, что в ряде случаев может быть нежелательным. R_Б – элемент параллельной отрицательной обратной (ООС) связи по напряжению.

I_Б = (U_КЭ – U_БЭ)/R_Б = (U_КЭ – 0,6)/R_Б .

Рис. 4.21. Схема с коллекторной стабилизацией IК

4.6.4. Стабилизация напряжения U_БЭ (эмиттерная стабилизация)

Схема с эмиттерной стабилизацией U_БЭ приведена на рис. 4.22. Эта схема автоматически стабилизирует U_БЭи соответственно I_К . Входное сопротивление схемы увеличивается в глубину ООС, что в большинстве случаев является желательным. R_Э – элемент последовательной ООС связи по напряжению.

ΔI_К → ΔI_Э → ΔU_Э → ΔU_БЭ → - ΔI_К .

U_БЭ ≈ R_Б2Е₀ /( R_Б1 + R_Б2) – R_ЭI_Э .

Рис. 4.22. Схема с эмиттерной стабилизацией UБЭи IК

Резистор R_Э обеспечивает не только ООС по постоянному току, стабилизирующую режим работы каскада, но и создаёт нежелательную ООС по переменному току, уменьшающую усиление входного сигнала. Для исключения ООС по переменному току резистор R_Э шунтируется конденсатором С_Э .

Сопротивления делителя напряжения R_Б1+R_Б2 рассчитываются исходя из двух противоречивых соображений: с одной стороны, ток делителя I_Д должен быть существенно больше тока базы I_Б , с другой стороны, ток I_Д должен быть малым, чтобы не уменьшать входное сопротивление каскада. Рекомендуется выбирать R_Б1+R_Б2 так, чтобы обеспечить I_Д ≈ 10 I_Б .

4.6.5. Цепи питания полевых транзисторов

Отличие полевых транзисторов от биполярных – очень малый и нестабильный ток затвора I_З , поэтому схемы питания с фиксацией или автоматическим регулированием I_З не применяются. На рис. 4.23 приведены 2 схемы с истоковой стабилизацией U_БЭ рабочей точки.

а)	б)
Рис. 4.23. Схемы с истоковой стабилизацией: а – схема № 1; б – схема № 2

Схема № 1 (рис. 4.23,а) обеспечивает при положительном Е₀ отрицательное смещение U_ЗИ:

U_ЗИ = – R_И I_С .

Схема № 2 (рис. 4.23,б) обеспечивает при положительном Е₀ как положительное, так и отрицательное смещение U_ЗИ:

U_ЗИ = [R_З2 /( R_З1 + R_З2)] – R_И I_С .