Фиксация и температурная стабилизация положения рабочей точки

1). Простейший способ фиксации положения рабочей точки – фиксация током покоя базы I_бА – осуществляется подбором сопротивления резистора R_б. При этом способе фиксации изменения I_кА вследствие колебаний температуры происходят в широких пределах.

По второму закону Кирхгофа

I_бR_б+U_эб=E_к, => I_б=(E_к-U_эб)/R_б

Так как U_эб<<E_к, то I_б≈E_к/R_б.

Для этого способа фиксации требуется небольшое количество простых схемных элементов, ток смещения I_бА почти не зависит от напряжения на эмиттерно-базовом переходе U_эб. Это напряжение необходимо для стабилизации тока коллектора при повышении температуры. Это преимущество.

Установившееся значение тока коллектора , . Ток I ко является неуправляемым током, поэтому положение рабочей точки может меняться. Этому способствует также и увеличение коэффициента при повышении температуры, а также его сильный разброс у разных экземпляров транзисторов. Несмотря на указанные недостатки, токовое смещение используется особенно при экспериментальных работах. Изменение положения рабочей точки существенно уменьшается при больших токах коллектора () и малых нагрузках.

2.) В идеальном случае смещение на транзистор должно задаваться таким способом, чтобы исключить большие уходы рабочей точки при изменении температуры. Действительно, при отсутствии температурной стабилизации или в случае, когда повышение температуры вызывает увеличение тока коллектора, которое в свою очередь приводит к дальнейшему росту температуры. Таким образом подобный эффект является накапливающимся и может привести к разрушению транзистора, хотя на практике это может произойти только в мощных каскадах. Рассмотрим простейший метод температурной стабилизации рабочей точки.

U_эк+I_кR_к=E_к => U_эк= E_к- I_кR_к
Считаем, что I_к>>I_б. Также запишем

(при условии, что U_эк>> U_эб). Перепишем (2) с учётом (3) и (1)

, откуда . Дифференцируя это равенство по , получаем:

. Отсюда следует, что приращение тока утечки приводит к приращению тока коллектора, равному: , где . Множитель представляет собой коэффициент стабилизации. Необходимо стремиться сделать его по возможности большим. Это достигается применением транзисторов с большим .

Недостатки: ток коллектора должен быть больше ; имеется ООС (отрицательная обратная связь) по переменной составляющей сигнала, если не предусмотреть специальных мер для развязки; степень стабилизации сравнительно невелика.

Этот метод стабилизации, как правило, применяется в усилительных каскадах с инвертированием сигнала.

Преимущество: для его реализации требуется лишь один конденсатор (вносится только одна дополнительная постоянная времени). Это очень важно для усилителей с ОС.

3.) Стабилизация с помощью резистора в цепи эмиттера. Такой метод стабилизации применяется совместно с делителем напряжения, с помощью которого задаётся напряжение на базе. Из схемы видно, что напряжение на базе задаётся делителем, образованным резисторами R₁ и R₂.

(при U_б>> U_эб).

При малых сопротивлениях резисторов R₁ и R₂ и большом R_э. Эта схема ничем не отличается от схемы с общей базой. Здесь током утечки является I _ко (а не ), . В широком диапазоне температур α изменяется незначительно, следовательно, эта схема обеспечивает хорошую стабилизацию.

По теореме об эквивалентном генераторе:

, . По второму закону Кирхгофа , откуда

Из этих трех уравнений получим выражение для I_б и I_к при U_эб<<U_э:

подставим (6) в (4)

подставим (8) в (7)

подставим (9) в (5)

, где - коэффициент стабилизации. Дифференцируя по , получаем .

При R_э>>R_б К=1+. Таким образом разработчик имеет возможность получить необходимую степень стабилизации путём соответствующего выбора сопротивления.

Дата добавления: 2014-01-07