Контрольное задание 1 (стр. 4 )

. (6.18)

Зная ее, можно определить требуемый режим покоя БТ и его максимально допустимые параметры:

амплитуду коллекторного тока согласно (6.17);

постоянный ток коллектора ;

допустимый ток коллектора ;

амплитуду выходного напряжения (коллектор — эмиттер)
;

постоянную составляющую напряжения коллектор — эмиттер ;

напряжение источника питания ;

допустимое напряжение коллектор — эмиттер .

Транзистор выбирают из выполнения условий, что рассчитанные допустимые значения напряжения и не превышают соответствующих максимально допустимых параметров:

, .

При выборе режима покоя, расчете амплитудных значений коллекторного тока и выходного напряжения необходимо учитывать их возможное изменение при работе усилителя в широком диапазоне температур, что обусловлено влиянием изменения температуры на параметры БТ и в конечном итоге — на его ВАХ.

Влияние температуры на ВАХ БТ и положение рабочей точки показано на рис. 6.3. При увеличении температуры растет значение статического коэффициента передачи по току , что приводит к подъему семейства выходных ВАХ (рис. 6.3, а). С ростом температуры входная характеристика смещается влево. Влияние температуры на входные ВАХ описывается температурным коэффициентом напряжения:

.

Увеличение температуры приводит к перемещению рабочей точки БТ в схеме с фиксированным током базы вверх по нагрузочной прямой ближе к режиму насыщения: растет ток коллектора и уменьшается напряжение . Это приводит к уменьшению максимального значения амплитуды выходного сигнала и снижению КПД усилителя. Для устранения влияния температуры на параметры усилителя используется ряд способов стабилизации рабочей точки БТ.

На рис. 6.4 представлена принципиальная схема усилительного каскада на БТ с коллекторной стабилизацией рабочей точки. Согласно второму закону Кирхгофа для данной схемы можно записать два уравнения:

; (6.19)

. (6.20)

В данной схеме с помощью резистора , подключенного к коллектору БТ, осуществляется отрицательная обратная связь (передача выходного сигнала на вход) по напряжению, параллельная по входу, за счет которой и осуществляется стабилизация режима покоя.

Изменение выходного напряжения, обусловленное изменением температуры, создает противофазное изменение тока базы, препятствующее изменению рабочей точки. Принцип действия схемы коллекторной стабилизации состоит в следующем: с ростом температуры растет , что приводит к росту и уменьшению . Согласно выражению (6.20)

,

т. е. уменьшение приводит к уменьшению , а значит, и к уменьшению . Поэтому в схеме положение рабочей точки не так сильно зависит от температуры и других дестабилизирующих факторов.

На рис. 6.5 показана принципиальная схема усилительного каскада с эмиттерной стабилизацией рабочей точки БТ, в которой осуществляется отрицательная обратная связь по току, параллельная по входу.

Для схемы справедливы следующие уравнения:

; (6.21)

; (6.22)

; (6.23)

. (6.24)

Делитель напряжения, образованный резисторами и , задает напряжение на базе транзистора . Изменение тока коллектора, обусловленное изменением температуры, создает противофазное изменение напряжения база-эмиттер транзистора с помощью резистора . С ростом температуры за счет смещения входных ВАХ транзистора увеличивается ток базы , что приводит к росту тока коллектора и уменьшению напряжения на коллекторе . Растет также и ток эмиттера, что приводит к увеличению падения напряжения на резисторе и уменьшению напряжения , а значит, к уменьшению тока базы и соответственно тока коллектора.

Конденсатор устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, существующую в схеме, и увеличивает тем самым коэффициент усиления по напряжению. Дело в том, что заданная схема уменьшает любые изменения выходного напряжения и тока, в том числе обусловленные изменением сигнала на входе. Что уменьшает в конечном итоге коэффициент усиления по напряжению. Для переменной составляющей эмиттерного тока конденсатор имеет малое сопротивление, поэтому переменная составляющая напряжения на эмиттере стремится к нулю и отрицательная обратная связь отсутствует.

Влияние температуры на положение рабочей точки БТ описывается коэффициентом нестабильности тока коллектора:

. (6.25)

Чем лучше стабилизируется рабочая точка, тем меньше коэффициент нестабильности. Наибольшее значение S имеет в схеме с фиксированным током базы и наименьшее — в схеме с эмиттерной стабилизацией.

Влияние температуры на коллекторный ток можно заменить эквивалентным синфазным изменением напряжения база-эмиттер:

.

В рассмотренных схемах стабилизации рабочей точки для компенсации температурного изменения коллекторного тока за счет наличия обратной связи создается изменение напряжения смещения величиной

, (6.26)

где ΔТ — изменение температуры.

Для схемы с коллекторной стабилизацией напряжение база-эмиттер можно представить в виде

. (6.27)

Тогда компенсирующее изменение напряжения база-эмиттер

, (6.28)

а коэффициент нестабильности имеет вид

. (6.29)

В схеме с эмиттерной стабилизацией компенсирующее изменение напряжения создается за счет падения напряжения на резисторе :

. (6.30)

Тогда коэффициент нестабильности определяется выражением

. (6.31)

Расчет усилителя на БТ с эмиттерной стабилизацией выполняется по следующему алгоритму:

1. По заданному коэффициенту нестабильности определяется падение напряжения на резисторе :