Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 21
Текст из файла (страница 21)
'(5.56) При правильно спроектированной схеме второе слагаемое в данном выражении много больше единицы. В этом случае 1 +Йб2йа (5.57) Обычно Йб)Й, в несколько раз больше единицы, а Йг в несколь- ко раз меньше Йь поэтому можно считать: 3 =Йг/Йа', '(5.58) 1(ила ймэ (Йа2 Йг) ° '(5. 59) 11в= ' 1/в= 12=4,5 В 11,-ЬДа ' 33+ йб Предположим, что в схеме применен кремниевый транзистор. Тогда в зависимости от тока коллектора напряжение Уин= =0,55 — 0,65 В, Мы пока не знаем коллекторный ток и должны У„ и л У кз Рис.
б 34. К определению рабочей точки по выходным характеристикам Рис. 3.33. К определению режима транзистора по заданным со. противлениям Достоинствами этих приближенных выражений являются простота и наглядность. Высокая стабильность, соответствующая малому Я, достигает- ' ся, как это указывалось выше, при малых й~ и )та. Прн этом тт, должно быть не очень мало. Однако )са нельзя уменьшить сильно, так как в этот резистор ответвляется переменная составляющая входного тока. Поэтому обычно )га берут в несколько раз большим, чем входное сопротивление транзистора переменному току.
Кроме того, нужно учитывать, что )гз шунтнрует сопротивление эквивалентного источника сигнала, что может вызвать искажения из-за нелинейности входной характеристики транзистора. Поэтому при расчете схем стабилизации редко задаются величиной 3, меньшей 5 — 10. В схеме стабилизации, приведенной на рис. 5.31, необходимы все три стабилизирующих сопротивления, Нельзя, например, исключить из схемы резистор )га. В противном случае сопротивление Й1 оказывается почти таким же, как и в схеме с фиксированным током базы„и коэффициент улучшения, найденный по формуле (5.56), мало отличается от единицы.
Ввиду важности данной схемы стабилизации остановимся на определении режима по заданным сопротивлениям и решим обратную задачу о выборе сопротивлений прн заданном режиме. Определение режима по значениям сопротивлений. На рис. 5.33 приведена схема. стабилизации рабочей точки с заданными сопротивлениями. Необходимо найти постоянные токи и напряжения в схеме. Определим потенциал точки Б, предполагая, что он не зависит от тока базы, так как ток через делитель много больше возможного тока базы: его определить, поэтому принимаем (1эа близким к среднему возможному значению: (1аэ=0,6 В.
В этом случае потенциал эмнттера 11э=(1л — (1в»=4,5 — '06= 39 В. Отсюда ток эмиттера 1»=11»Я.=3,9(4,3=09 мй. Считая, что ток коллектора приблизительно равен току эмиттера, получаем 1„=0,9 мй. Учитывая падение напряжений на сопротивлениях Й„и Р„находим, что напряжение между коллектором и эмиттером (1»э= И вЂ” 1»К — 1»й =12 — 0,9(4,3+4,3)=4,3 В. Таким образом, по известным значениям сопротивлений мы определили коллекторный н эмнттерный токи транзистора и напряжение между коллектором и эмиттером. Благодаря стабилизирующим свойствам схемы этот режим мадо изменится при замене одного кремниевого транзистора другим и при изменении температуры окружающей среды. В случае применения схемы, представленной на рис.
5.33, стабильность улучшается по сравнению со схемой без стабилизации в К» раз, где согласно выражению (5.59) Крл="мэ(Рэ/Й~) =50(4,3/20) = 10. Заметим, что мы определили рабочую точку транзистора, не пользуясь характеристиками. Это оказалось возможным благодаря тому, что ток делителя ЯЯэ при малых значениях этих сопротивлений на порядок болыпе тока базы и поэтому мало зависит от этого тока. Теперь воспользуемся выходными характеристиками транзистора, показанными на рис.
5.34. Найденная расчетным путем рабочая точка должна лежать на прямой, соединяющей точку и»а= (1„ на оси абсцисс, и точку 1„= (1„!(11»+Я,) на оси ординат. Эта линия является нагрузочной прямой по постоянному току. Проводя горизонтальную линию на уровне найденного тока 1» до пересечения с нагрузочной прямой по постоянному току, находим рабочую точку. Опуская перпендикуляр на ось абсцисс, получаем абсциссу этой точки, которая должна совпадать с ранее найденным значением (1»а. Если резистор в цепи эмиттера шунтирован конденсатором достаточно большой емкости (определение достаточной емкости описано в 3 5.14), то изменение тока базы, вызываемое сигналом, приводит к изменению тока коллектора н напряжения (1»а вдоль нагрузочной прямой, но уже по переменному, а не по постоянному току, Нагрузочная прямая по переменному току проходит через рабочую точку, но ее наклон определяется не суммой сопротивлений (Й»+1г,), а одним сопротивлением Р„.
Если подключена еще внешняя нагрузка, то, как указывалось ранее, нагрузочная линия по переменному току пройдет более круто, так как ее наклон определяется параллельным включением сопротивления Р, и сопротивления внешней нагрузки Р„. Эта линия, соответствующая сопротивлению И„=Р„~рт „, показана иа рис. 5.34 штриховой линией.
1сз Ближайшим номинальным значением является И~ — — ЗЗ кОм. Подсчет по более точной формуле (5.57) показывает, что коэффициент нестабильности на самом деле меньше заданного, т. е. стабильность схемы вьппе заданной. Итак, рассмотренная схема имеет следующие достоинства: сравнительно высокую стабильность рабочей точки в отношении изменения /кво и выходных характеристик с изменением температуры; стабильность режима при замене одного транзистора другим, Это очень важные практические достоинства. Промышленная аппаратура должна работать сразу после монтажа, несмотря на разброс параметров используемых при этом транзисторов и резисторов, который может быть очень большим.
Например, ймз может изменЯтьсЯ на .4-50о/о. Наряду с этими несомненными достоинствами, схема имеет следующие недостатки: снижается коэффициент усиления из-за ответвления части переменного тока в /х', и /сз (чтобы это ответвление было незначительным, необходимо, чтобы выполнялось неравенство /тз))/х',ю т. е. Й~))//„, /тз))/т',к); могут появиться нелинейные искажения вследствие уменьшения эквивалентного со- У противления генератора за счет п шунтирования его сопротивления вл сопротивлениями Я~ и /тз.
Схема стабилизации с резистором между базой и коллектором. Другой распространенной схемой стабилизации рабочей точки является схема, показанная на рис. 5.35. Считая, как и ранее, что Рис. 5 35. Схема стабилизации рабочей тачки с резистором бахав коллектор /к =/кво/(1 +/зз!в) +52!э/в~ 110 Определение сопротивлений по заданной рабочей точке. Решим обратную задачу: определим сопротивления в схеме, показанной на рис. 5.31, по заданным значениям коллекторного тока н напряжений на /х'„ /т„ и транзисторе. Пусть заданы /л=0,9 мА; (/ =12 В; напряжения на /х'„ /с„и напряжение 1/ттз одинаковы и, следовательно, равны 4 В. Пусть также задан коэффициент нестабильности 5=5, Находим /с,=(/в//з=4/0,9=4,4 кОм.
Ближайшим номинальным значением является /с,=4,3 кОм. Очевидно, что и /т„= =4,3 кОм. Из (5.58) 5=/тз//т,. По заданному 5=5 находим, что /хз= ~5И,=5 4,3=21,5 кОм. Выбираем /те=20 кОм. Сопротивление /(, находим из соотношения //,//хз= ((/„— (/в)/(/в, где (/в=(/в+(/вв. Подставляя (/„=12 В, (/,=4 В, (/во=0,6 В н /се=20 кОм, получаем Л,=Л,//" 15'"") =20 "-"'+'" -32 ком. Узч-0~~ Н,О+0,6) подставим сюда ток базы /я= (Уд — Лк/к)/Йб. Получим (/(,+й„,р„)/ =Н/ /(1+5,„,)+й„,и„.
Дифференцируя по /кво, находим Яб + Ь2 ~эйк) ~ = Йб/ ( 1 + ймб) ° Следовательно, 1/(~+Яяв) (5.60) 1+аяэ(й +Лб) Как и в предыдущей схеме стабилизации, знаменатель (5.60) характеризует улучшение стабилизации. Поэтому назовем его коэффициентом улучшения стабилизации и обозначим К„: Кал = 1 + йзгэ Ян/йб ) ° (5.61) Если взять исходное напряжение коллектор — эмиттер (/я равным 0,5У„, то и падение напряжения на коллекторном сопротивлении /кР~ окажется равным 0,5(/ . Поэтому Я„=0,5(/„//к. Сопротивление в цепи базы о,дия ози. гя 1./и, ' Следовательно, Й //се=1/агин Таким образом, К„,=1+йма(/(,/Ка) =1+1=2. Прн Ух=0,5(/„схема дает улучшение стабильности только в два раза.
Взяв исходное напряжение на коллекторе равным не половине, а одной десятой части напряжения питания, что вполне допустимо для транзистора в первом каскаде усиления, когда амплитуда усиленного напряжения мала„получим К„=10. Недостатком данной схемы является большая переменная составляющая входного тока через сопротивление Яа, поскольку напряжение на верхнем конце сопротивления Й~ относительно земли равно напряжению сигнала, усиленного транзистором.
Можно показать, что такое включение сопротивления /та эквивалентно включению на входе сопротивления /(а =На/(1 — К), где К вЂ” коэффициент усиления напрягкения. Например, при К= = — 450 и На=50 кОм получим Л~ =50/450=0,1 кОм. Для устранения шунтирующего влияния сопротивления его разбивают на две части и замыкают среднюю точку через конденсатор достаточно большой емкости на землю (рис. 5.36). Емкость устраняет связь между входом и выходом через сопротивление /1а, ы1: Рис. 5.36 Схема стабилизации рабочей точки с развязкой коллекторной и базовой цепей по переменному току чарсз емкость СЗ и входное сопротивление транзистора шунтируется лишь сопротивлением 1спь При проектировании аппаратуры на транзисторах для промышленного производства необходимо учитывать, что такая аппаратура должна изготавливаться без какого-либо подбора транзисторов и резисторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
