Стабилизация режима покоя каскада с общим эмиттером

Токи в биполярном транзисторе сильно зависят от температуры окружающей среды, что является общим недостатком полупроводниковых приборов. При нагреве 20°C─30°C, ток коллектора I_k транзистора может измениться.

Выходная характеристика транзистора смещается вверх и точка покоя l3 перемещается вверх по линии нагрузки, в результате чего приращения выходных сигналов могут выйти на нелинейный участок передаточной характеристики, и форма сигнала будет искажена.

Поэтому в транзисторных усилителях необходима стабилизация точек покоя, и усилительные схемы без схем стабилизации практически не применяют.

Стабилизация не только помогает исключить искажение формы сигнала с нелинейностью, но и стабилизировать режим при замене транзистора, т.к. параметры транзистора от экземпляра к экземпляру имеют большой разброс.

Существует 3 основных метода стабилизации работы каскадов:

· Термокомпенсация;

· Параметрическая стабилизация;

· Введение отрицательной обратной связи.

Термокомпенсация

Для температурной коррекции режима работы при помощи терморезисторов, с ростом температуры окружающей среды, необходимо либо уменьшать R_б2, либо увеличивать R_б1. Возможно и одновременное изменение резисторов, при этом R_б2 должен иметь отрицательный коэффициент сопротивления, а R_б1 – положительный.

.

Параметрическая стабилизация

VTk –корректирующий.

Если параметры транзисторов VT1 и VT2 одинаковы, то это позволяет почти полностью убрать изменение I_k покоя, вызванное изменением напряжения U_бэ.

Введение отрицательной обратной связи.

Для стабилизации рабочей точки (точки покоя каскада с общим эмиттером) введем в каскад дополнительный Rэ.

Uэ = Iэ*Rэ ≈ Iк*Rэ при Rн → ∞

Напряжение Uэ является сигналом обратной связи, пропорциональным выходному току транзистора. (Сигнал обратной связи пропорционален выходному току транзистора Iэ ≈ Iк). В данном случае речь идет об ОС по току.

На входе транзистора происходит вычитание напряжения (Uбэ = Uвх+Uсм ─ Uэ либо

Uбэ = Uвх ─ Uэ). Поэтому обратная связь является последовательной и отрицательной.

При нагреве транзистора увеличивается его коэффициент усиления β и соответственно Iк покоя, поэтому растёт постоянная составляющая напряжения обратной связи

(Uэ = Iэ*Rэ), уменьшая при этом напряжение базы эмиттера транзистора.

Uбэ =Uсм ─ Uэ, снижая при этом Uбэ, в результате чего уменьшается Uбп.

Следовательно, ОС поддерживает токи транзистора в режиме покоя более стабильными и менее зависящими от температуры.

Стабильность режима возрастает при увеличении Rэ, так как при этом растёт сигнал ОС (при этом уменьшается коэффициент усиления на каскаде).

Каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

Uбэ = Uвх ─ Uэ;

Uэ =(Iк + Iб)Rэ;

Благодаря Rэ каскад охвачен стопроцентной последовательной ОС по току и коэффициент усиления его по напряжению близок к единице (от 0,9─0,99). Чем больше коэффициент усиления β транзистора, тем ближе к 1 коэффициент усиления каскада с общим коллектором по напряжению.

В отличии от каскада с ОЭ, схема с общим коллектором (ОК) не инвертирует входной сигнал, т. е. увеличение Uвх приводит к увеличению Uвых, поэтому эту схему называют эмиттерным повторителем.

Входное сопротивление Rвх= ; Rвых ≈;

Благодаря этим качествам каскад с ОК применяется для согласования высокоомных (маломощных) источников сигнала с высокомощными низкоомными потребителями и для построения каскадов мощных усилителей тока.