Температурная стабилизация режимов работы

Подача смещения на вход управляющего элемента

При отсутствии входного сигнала необходимо правильно выбрать начальное положение рабочей точки усилительного каскада – точку покоя. Положение начальной рабочей точки определяется полярностью и значением напряжения смещения на входе управляющего элемента. Значения напряжения смещения на входе обычно лежат в пределах от 0,1 до 1 В. Существует ряд схем, которые позволяют осуществлять подачу напряжения смещения во входную цепь от источника питания выходной цепи. Такие схемы называют схемами смещения фиксированным током или фиксированным напряжением. Рассмотрим их для случая, когда управляющим элементом является биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером.

Подача смещения фиксированным током. В этой схеме (рис.3.25, а) база соединена с минусом источника Е_к через резистор R_б. В режиме покоя напряжение смещения на базе

U_0б = Е_к - I_обR_б,

где ток I_об определяют по входной статической характеристике транзистора, исходя из требуемого положения начальной рабочей точки. Сопротивление базового резистора определяется по формуле:

R_б = (Е_к - U_об)/I_об.

Напряжение U_об << Е_к, поэтому R_б ≈ Е_к/I_об. Отсюда следует, что при установленных значениях Е_к и R_б ток базы I_об ≈ Е_к/R_б останется тем же при замене транзистора или при изменении температуры и др. Значения R_б обычно составляют десятки и сотни килоом.

Аналогично осуществляется подача смещения фиксированным током в схеме с общей базой.

Подача смещения фиксированным напряжением. Напряжение смещения создается делителем напряжения с резисторами R₁ R₂ (рис.3.25, б), через которые проходят токи делителя I_R1 и I_R2. Сопротивления делителя определяются по формулам:

R₁ = (E_к - U_об)/I_R1;

R₂ = U_об/I_R2.

При расчете схемы сопротивления делителя выбираются таким образом, чтобы токи, проходящие через них, были в 3 ÷ 5 раз больше тока I_об. В этом случае изменение тока базы I_об не вызывает ощутимого изменения напряжения смещения, практически оно остается постоянным.

Основные свойства усилительного каскада (КПД, нелинейные искажения, мощность выходного сигнала и т.д.) определяются положением начальной рабочей точки. Поэтому при изменении температуры, замене управляющего элемента и т.д. положение начальной рабочей точки не должно изменяться сверх допустимых значений. Вместе с тем, параметры транзисторов (например, коэффициент усиления и обратный ток коллекторного перехода) существенно зависят от температуры. Для того чтобы обеспечить работоспособность усилительного каскада при изменении температурных условий используют схемы стабилизации положения начальной рабочей точки. С этой целью в схемы усилителей вводят, как правило, отрицательные обратные связи. Обратной связью (ОС) называют

передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную. Если напряжение ОС поступает на вход в противофазе с напряжением входного сигнала, то такая ОС называется отрицательной.

Эмиттерная стабилизация (рис.3.26, а). Стабилизация осуществляется введением в схему последовательной отрицательной ОС по постоянному току. Напряжение обратной связи снимается с резистора R_э, который включен в цепь эмиттера. Напряжение смещения, приложенное к эмиттерному переходу,

U_об = R₂I_R2 - R_эI_оэ.

С изменением температуры изменится ток покоя коллектора, а следовательно, и ток покоя эмиттера (например, увеличится). Начальная рабочая точка при этом должна изменить свое положение, но этого не происходит, т.к. напряжение смещения U_об уменьшится, а вместе с этим уменьшатся и токи транзистора. Начальная рабочая точка остается на прежнем месте.

Для исключения влияния отрицательной ОС по переменному току на коэффициент усиления параллельно резистору R_э включен конденсатор С_э. Чтобы переменная составляющая эмиттерного тока на всех частотах усиливаемого сигнала не проходила через резистор R_э емкость конденсатора С_э должна быть большой. При этом емкостное сопротивление 1/(2πfС_э) << R_э.

Коллекторная стабилизация (рис.3.26, б). Стабилизация осуществляется введением отрицательной ОС по напряжению. Напряжение подается через резистор R_б, который включается между коллектором и базой. При этом напряжение на коллекторе U_ок = U_об + R_бI_об. Поскольку напряжение U_об мало по сравнению с напряжением на резисторе R_б им можно пренебречь. Тогда

R_бI_об = Е_к - R_к(I_ок + I_об),

откуда следует, что, например, при увеличении температуры и, следовательно, тока I_ок напряжение на резисторе R_б, равное R_бI_об, уменьшается, т.е. уменьшается ток I_об, а это вызывает уменьшение тока I_ок. Чтобы исключить отрицательную ОС по переменной составляющей коллекторного напряжения (что вызвало бы снижение коэффициента усиления усилителя), в цепь ОС вводят конденсатор. При этом резистор R_б заменяют двумя с примерно равными сопротивлениями (рис.3.26, в) и конденсатор включают между ними и заземленной точкой, в результате чего переменная составляющая напряжения ОС не попадает на базу транзистора. Коллекторная стабилизация проще и экономичней эмиттерной, но уступает ей по диапазону стабилизируемых температур.

Дата добавления: 2015-05-06