Усилительные каскады на биполярных транзисторах

В усилителе на БТ транзистор должен работать в активном режиме, при котором эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обрат­ном. В усилителях, показанных на рис. 5.2, а и рис. 5.3. смещение осуществляется отдельными источниками, од­нако в большинстве случаев вместо этих источников используются специальные цепи смещения.

В зависимости от способа смещения эмиттерного пере­хода различают усилители с фиксированным током базы, с фиксированным напряжением база — эмиттер и с цепью смещения с отрицательной обратной связью.

Усилитель с фиксированным током базы.Схема усили­тельного каскада с фиксированным током базы показана на рис. 5.7, а.

Расчет режима покоя начинается с построения вы­ходной нагрузочной прямой на семействе статических выходных характеристик (рис. 5.7, б) в соответствии с уравнением

и выбора рабочей точки А на выходных и входных (рис. 5.7, б, в) характеристиках. При заданных значе ниях Е_к и R_K режим покоя однозначно опре-

деляется зна­чением тока базы I_Бо, равным

и не зависящим от типа транзистора, так как . Следовательно, формула для расчёта сопротивления резистора имеет вид

Усилитель с фиксированным напряжением базы.Ре­жим покоя можно обеспечить и другим способом, задав, например, постоянное напряжение смещения эмиттерного перехода с помощью делителя R1R2, как показано на рис. 5.8. Это напряжение подается на эмиттерный пере-

ход с резистора R2. Таким образом, должно быть обеспечено равенство

где I_д — ток, протекающий через делитель R1R2. Тогда

Ток делителя I_д в маломощных каскадах предвари­тельного усиления выбирают из условия I_д = (5...1О)I_Б0, а в мощных каскадах — из условия I_д = (2...5)I_Б0.

Недостатком усилителей с фиксированным током базы и с фиксированным напряжением база — эмиттер является их низкая температурная стабильность. Изме­нение температуры приводит к изменению тока базы (а также токов коллектора и эмиттера), что вызывает изменение режима покоя.

Усилитель с эмиттерной термостабилизацией.Для ста­билизации режима покоя в усилитель вводят элементы или цепи, создающие ООС. На рис. 5.9, а показана схема усилителя с фиксированным напряжением база — эмит­тер и последовательной ООС по току, образуемой ре­зистором R3 в цепи эмиттера.

В таком усилителе

где

Рассмотрим, как осуществляется стабилизация ре­жима в таком усилителе при изменении температуры (термостабилизация).

Увеличение температуры вызывает увеличение токов , , и напряжения . Так как напряжение с изменением температуры практически не изменяется, то увеличение напряжения U_R3 приводит к уменьшению напряжения . Уменьшение напряжения влечет за собой уменьшение токов транзистора.В результате изменения токов транзистора, вызванные изменением температуры, при наличии резистора R3 оказываются меньшими, чем в усилителе без такого рези­стора. Поэтому резистор R3 называют резистором термо­стабилизации.

Расчет сопротивлений резисторов R1, R2 и R3 осуще­ствляется следующим образом:

В целях экономичности и получения удовлетворитель­ной температурной стабильности напряжение выби­рают в пределах

Затем определяют

Рассмотренный вид стабилизации режима работытранзистора называют эмиттерной стабилизацией.

Усилитель с коллекторной стабилизацией режима.В данном усилителе (рис. 5.9, б) через резистор R1 дейст вует параллельная ООС по напряжению.

Сопротивление этого резистора рассчитывается по формуле

Стабилизация режима покоя в таком усилителе за­ключается в следующем. Увеличение температуры при­водит к увеличению токов , и . В результате уве­личивается напряжение , анапряжение уменьшается. Так как

то уменьшение вызывает уменьшение тока и, следовательно, уменьшение токов I_ко, .

Коэффициент нестабильности.Для количественной оценки термостабильности режима усилительных каскадов с ООС на БТ вводится коэффициент нестабильности N. Этот коэффициент показывает, во сколько раз темпера­турные изменения коллекторного тока в усилителес ООС больше, чем температурные изменения коллектор­ного тока в усилителе с идеальной термостабилиза­цией режима, т. е.

Для усилителя с ОЭ, схема которого показана на рис. 5.9, а, выражение коэффициента нестабильности при­нимает вид

где — сопротивление переменному току ба­зовой цепи.

Согласно выражению (5.2), при R3 — 0, т. е. при от­сутствии ООС, . Если , то получим усилитель с идеальной термостабилизацией, у которого . Таким образом, значения коэффициента неста­бильности могут составлять от 1 до и зависят от со­противления резистора R3 в цепи эмиттера.

Недостатком стабилизации режима с помощью ООС является увеличение расхода мощности, потребляемой усилителем от источника питания, и уменьшение коэф­фициента усиления. При усилении переменного напряже­ния последний недостаток устраняется шунтированием элементов ООС конденсаторами большой емкости.