Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Она проходит через ту же точку Мь но идет круче, Так как полезным переменным током является только ток ао внешней нагрузке )1„, то желательно постоянное сопротивление в цепи коллектора )1, увеличить в несколько раз по сравнению с )1 „. Например, при )1„ =0,5 кОм сопротивление )1, можно взять равным 2,5 кОм, Для нового сопротввления )1„можно выбрать рабочую точку Мз и провести через нее нагрузочную линию для перелбенного тока, соответствующую сопротивлению Я „=Я ))Я„. Рабочая точка Мз предпочтительнее М„ так как в этом случае бесполезное ответвление коллекторного переменного тока в сопротивление Як меньше. Однако максимально допустимая амплитуда переменной составляющей тока при этом уменыпается.
Для увеличения максимально допустимой амплитуды переменной составлюощей коллекторного тока можно при том же сопротивлении 11 =2,5 кОм сдвинуть рабочую точку влево (точка М, на рис. 5,29, а). Если при этом амплитуда все же окажется недостаточной, можво взять несколько меньшее сопротивление )1ю например 1,25 кОм, и выбрать в качестве исходной рабочую точку М, Если величины Я, и Й выбраны, то соответствующие им координаты рабочей точки М (рис, 5.29, б), обеспечивающие наибольшую амплитуду тока на выходе, а следовательно, и наибольшую амплитуду аапряжения на нагрузке, можно для схемы с ОЭ определить из следующих уравнений: точку (О; 27л) в предположении, что максимальная амплятуда переменного тока равна исходному току.
Решая эти уравнения, получаем следующие координаты рабочей точки: (!я=У Д1+ (!7 +)7*))77„)! (5.45) ! =(7.(()7.+й.+)7„"). (5.46) Пример. Пусть (7 =1О В; (7 =0,3 кОм; )7,=0,5 кОм; (7„=0,5 кОм; )г „=)т 1()7 „=0,3 кОм. Подставляя эти значения в (5.45) и (546), получаем: ()пж1,9 В; 7л= =6,3 мА.
Эти координаты примерно соответствуют точке М, на рис. 5.29,а. На рис. 5.29 приведены только координатные оси выходных характеристик, а не сами характеристики. По реальным характеристикам для выбранной рабочей точки с координатами Уя, 7и можно найти соответствующий этой точке ток базы, Чтобы обеспечить протекание в транзисторе тока базы, соответствующего выбранной рабочей точке, в цеиь базы (см. рве.
5.22) следует включить сопротивление Аб= ((7 !!л)/7в. (5.47) Обычно в справочниках приводятся усредненные характеристики, значительно отличающиеся от реальных, не обеспечивающие правильности выбора рабочей точки для конкретного транзистора. Пожалуй, главное значение характеристик заключается в их наглядности, Ток базы можно определить, не пользуясь характеристиками. Нз соотио. щения (5.35) 7К Аз!9!в (5.48) при условии, что можно пренебречь током !лзо по сравнению с исходным значеннем тока коллектора !и. Поэтому об ~йзя(Уи ()в)7!и.
(5,49) Данное выражение позволяет определить )7з, не обращаясь к входным и выходным характеристикам, если известен Ьз,з — коэффвциент передачи тока в схеме с ОЭ в режиме больших сигналов. Пример. Пусть У =10 В; ((в=0,6 В; !а=1 мА; аз~а 100. По формуле (5.49) находим Ъж 940 кОм.
Такой подход в определении !(з не учитывает возможного разброса значений коэффициента ймз прямой передачи тока в режиме больших амплитуд и значительного ухода рабочей точки при изменении Ьз,з вследствие нагрева транзистора. Но и с помощью усредненных характеристик транзистора нельзя достичь более точного результата. Лишь стабилизацив рабочей точки, рассматриваемая в следующем параграфе, позволяет более точно задавать рабочую точку и стабилизировать ее положение.
5,8, СТАБИЛИЗАИИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ Пусть Тв и )п — токи змиттера и базы в рабочей точке, а !ив исходный ток коллектора. Тогда в соответствии с (5.31) г к уизо+ Аз1пгв (5.50) и в соответствии с (5.32) для схемы с ОЭ !я Типо+Аз!э!В, (5.51) Ток коллектора (и, определяющий рабочую точку, может при изменении температуры изменяться по следующим причинам: вслед- 104 ствие изменения 1кво и 1кэо, вследствие изменения Ьмв и ймэ, следствие изменения 1э и /в, обусловленного температурным изменением напряжения перехода (/вэ, при котором появляется заметный ток Температура транзистора может изменяться при изменении окружающей температуры и самопрогреве под действием проходящего через него тока.
Токи /кво и 1кэо сильно зависят от температуры Повышение температуры на каждые 10'С приводит к удвоению токов 1кво и 1кэо. Это справедливо как для германиевых, так и для кремниевых транзисторов, однако вследствие значительно ббльших абсолютных значений токов /кво и 1кэо германиевых транзисторов температурное изменение этих токов сильнее влияет на положение их рабочей точки, Так как обратный ток 1кэо= (ймэ+ 1)1кво, оп во много раз больше тока 1кво.
Смещение рабочей точки, вызванное изменением обратного тока коллектора, опасно для схемы с ОЭ и не имеет существенного значения для схемы с ОБ. Поэтому должны быть приняты меры, обеспечивающие стабилизацию исходной рабочей точки схемы с ОЭ. Коэффициент нестабильности. Как указано выше, причинами температурной нестабильности коллекторного тока являются увеличение /кво и 1кэо и уменьшение Увэ с увеличением температуры.
Принято характеризовать влияние изменения тока 1кво на ток коллектора 1к кпэффациснтом нестабильности 5 = Нк/скво. '(5.52) Чем меньше коэффициент нестабильности 5, тем меньше изменение /кво влияет на изменение коллекторного тока. Лля уменьшения влияния температурного изменения 1кво на коллекторный ток применяют схемы стабилизации рабочей точки. При этом также уменьшается влияние изменения Ьбш и Увэ на коллекторный ток (см. в 10.2). Схема с фиксированным током базы. Прежде чем рассматривать схемы, стабилизирующие рабочую точку, рассмотрим количественно нестабильность тока простейшей схемы с ОЭ (см. рис, 5.22).
Эта схема называется также схемой со стабилизацией тока базы, потому что при достаточно большом напряжении питания У„ исходный ток базы, определяющий рабочую точку, /в= (('и ~~вэ)/Йб ~~э/йб фиксирован и не меняется при изменении Увэ вследствие изменения температуры. Однако схема не обеспечивает стабильности коллекторного тока при изменении 1кво, вызванного изменением температуры. Йля схемы, приведенной на рис.
5.22, 1к=/кзо/(1+ймв) +ймэ/в (5.53) Считая Тн=сопз1, получаем 5=1/(1+да~в) =1+йшэ (554) Так как величина Ьз~н отрица- '' тельна и очень близка к единице [например, йз1п= — (0,98 — 0,99) ), коэффициент нестабильности ве- .' лик (порядка 50 †1). Следовательно, схема с фиксированным током базы не обеспечивает хорошей стабильности . тока коллектора при температурном изменении 1кво. Рис. 5ЛО.
Смешение рабочей точки прн нагреве транзистора ( — характеристики при исходной тем. пературе; — — — — характеристики при повышенной температуре) Пример. При температуре Т=20'С ток !нас=10 мкА. Обычно ток 1иво удваивается при возрастании температуры на каждые 1О 'С; Тнээ увеличивается быстрее, так как с ростом температуры увеличивается не только !яво, но н ймэ.
Однано, считая йэ1э=сопз1, получаем, что уже пря Т=70' С ток 1иэо = 0,3 мА, Если ток порядка 0,3 мА сравним с исходным током коллектора, то такое изменение коллекторного тока недопустимо. Следует отметить, что обратный ток коллектор — амиттер кремниевого транзистора на 1 — 2 порядка меньше. На рис. 5.30 показано смещение семейства выходных характеристик вверх при повышении температуры и изменение положения рабочей точки, приближающейся к точке насыщения. Схема стабилизации с делителем напряжения в базе и резистором в цепи эмиттера. Для стабилизации рабочей точки транзисторов наиболее часто применяется схема, показанная на рис. 5.31. Она содержит делитель напряжения в цепи базы, состоящий из двух резисторов: Л, и )ся. В цепь эмиттера включен резистор )с,. Сопротивления )ч, и )тя выбираются достаточно малыми, чтобы ток, проходящий через них, во много раз превышал ток базы.
В этом случае потенциал базы относительно земли почти не зависит от тока базы. Рнс. 5.31. Схема стабилизации рабочей точки с делителем напряжения в цепи базы и сопро. тивленнем в цепи змяттера Рис. 5.32. Схема ва рис. 5.31, преобразонанная по Тевенину Ток коллектора в этой схеме при изменении температуры изменяется очень мало, так как увеличение тока эмиттера вызывает уменьшение разности потенциалов база — эмнттер, что препятст. вует увеличению тока коллектора. Для анализа стабилизирующих свойств схемы обратимся к теореме Тевенина и заменим схему, представленную на рис. 5.31, схемой, показанной на рис.
5.32. В соответствии с теоремой Тевепина: Е'=Йг(увl(Й2+Йг)1 Йб =Й2Й21 (Й2+Йг). Для схемы, приведенной на рис. 5.32, можно написать равенство -Йб1в — Е'= 11вэ- Й21э. Левая и правая части данного равенства — это потенциал базы относительно земли. Так как этот потенциал значительно больше разности потенциалов база — эмиттер Увэ, последней обычно пренебрегают и заменяют данное равенство приближенным — Йб1в Е Йа1э.
Заменяя ток эмиттера суммой токов коллектора и базы, получаем — йб1в-Е =Й21к+ Й21в. откуда Е' Р, 1в = — — — — 1к. Ра+Лб Р +Лб Подставляя это значение тока 1в в выражение "(5,53), получаем Р* ) 1ввб ЛявЕ' 1 + Ь22э — 1к = Р.+Рб 1+622в Рв+Р, Следовательно, ббв 11(1+а) (5.55) и1ввб 1-1 62~9 2 1Я +ббб) .Числителем данного выражения является коэффициент неста- бильности схемы с фиксированным током базы. Знаменатель по- казывает, во сколько раз уменьшается нестабильность, поэтому его можно называть коэффициентом улучшения стабильности Квл= 1 + Ь22эй,7 (Йа+ йб) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
