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 UБЭ ;
· ток базы IБ ;
· напряжение коллектор-эмиттер UКЭ ;
· ток коллектора IК .
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 UК ) или в точку А′′ (большие нелинейные искажения). При небольших отклонениях рабочей точки от среднего положения А нежелательные эффекты отсутствуют.
Исходный режим задаётся либо током IБ (рис. 4.18,а), либо напряжением смещения UБЭ (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 IБ
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 |
IБ = (Е0 - UБЭ) / IКБ0 = (Е0 – 0,6) / IКБ0 ;
IК = h21Э IБ + (1+ h21Э) IКБ0 . (4.25)
Обратный ток коллектора IКБ0 и h21Э зависят от температуры:
IКБ0(t) = IКБ0(t0)·2(t-tо)/10 ; (4.26)
h21Э(T) = h21Э(T0) ·(T0/T)γ. (4.27)
Эта схема наиболее проста (всего один резистор RБ), но имеет существенный недостаток – зависимость IК от дестабилизирующих факторов. Зависимость IК от температуры показана на рис. 4.19,б.
4.6.2. Фиксация напряжения UБЭ
Схема с фиксацией UБЭ приведена на рис. 4.20. Требуемое смещение UБЭ = 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 IК от дестабилизирующих факторов. Зависимость IК 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 IК (коллекторная стабилизация)
Схема с коллекторной стабилизацией IК приведена на рис. 4.21. Эта схема автоматически стабилизирует IК при воздействии дестабилизирующих факторов – изменении температуры и разбросе параметров транзистора. Входное сопротивление схемы уменьшается в глубину ООС, что в ряде случаев может быть нежелательным. RБ – элемент параллельной отрицательной обратной (ООС) связи по напряжению.
IБ = (UКЭ – UБЭ)/RБ = (UКЭ – 0,6)/RБ .
 |
| Рис. 4.21. Схема с коллекторной стабилизацией IК |
4.6.4. Стабилизация напряжения UБЭ (эмиттерная стабилизация)
Схема с эмиттерной стабилизацией UБЭ приведена на рис. 4.22. Эта схема автоматически стабилизирует UБЭи соответственно IК . Входное сопротивление схемы увеличивается в глубину ООС, что в большинстве случаев является желательным. RЭ – элемент последовательной ООС связи по напряжению.
ΔIК → ΔIЭ → ΔUЭ → ΔUБЭ → - ΔIК .
UБЭ ≈ RБ2Е0 /( RБ1 + RБ2) – RЭIЭ .
 |
| Рис. 4.22. Схема с эмиттерной стабилизацией UБЭи IК |
Резистор RЭ 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 RЭ шунтируется конденсатором СЭ .
Сопротивления делителя напряжения RБ1+RБ2 рассчитываются исходя из двух противоречивых соображений: с одной стороны, ток делителя IД должен быть существенно больше тока базы IБ , с другой стороны, ток IД должен быть малым, чтобы не уменьшать входное сопротивление каскада. Рекомендуется выбирать RБ1+RБ2 так, чтобы обеспечить IД ≈ 10 IБ .
4.6.5. Цепи питания полевых транзисторов
Отличие полевых транзисторов от биполярных – очень малый и нестабильный ток затвора IЗ , поэтому схемы питания с фиксацией или автоматическим регулированием IЗ не применяются. На рис. 4.23 приведены 2 схемы с истоковой стабилизацией UБЭ 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 UЗИ:
UЗИ = – RИ IС .
Схема № 2 (рис. 4.23,б) обеспечивает при положительном Е0 как положительное, так и отрицательное смещение UЗИ:
UЗИ = [RЗ2 /( RЗ1 + RЗ2)] – RИ IС .