Способ задания рабочей точки

Простейшие способы установки рабочей точки в схеме с общим эмиттером (ОЭ)

На рис. 3.3 приведена упрощенная схема включения биполярного транзистора \(n\)-\(p\)-\(n\)-типа с ОЭ, а на рис. 3.4 — семейства типичных статических характеристик этой схемы.

Рис. 3.3. Упрощенная схема включения биполярного транзистора n-p-n-типа с ОЭ

Рис. 3.4. Статические характеристики схемы с ОЭ

Внимательное рассмотрение этих характеристик позволяет сделать ряд полезных заключений о работе транзистора в анализируемой схеме. Естественно, рассматривать следует те участки характеристик, которые соответствуют активному режиму работы транзистора.

Во-первых, из входных характеристик (рис. 3.4,а) видно, что при достижении током базы \(_0\) определенного уровня он практически перестает влиять на напряжение \(>_0\), а вот незначительное изменение этого напряжения может приводить к существенным колебаниям тока \(_0\). Выходные характеристики (рис. 3.4,б) и характеристики передачи (рис. 3.4,в) позволяют сделать следующие заключения. Ток базы в активном режиме оказывает большое влияние на ток коллектора \(_0\) (естественно, и на ток эмиттера \(_0\), поскольку \(I_Э \approx I_К\)), а тот одновременно незначительно зависит от колебаний напряжения \(>_0\).

Итоговый вывод следующий: при включении по схеме с ОЭ на положение рабочей точки биполярного транзистора (т.е. на ток коллектора \(_0\)), находящегося в режиме линейного усиления (активный режим), наибольшее влияние оказывает ток базы \(_0\), который, в свою очередь, может сильно колебаться под воздействием изменений напряжения \(>_0\). Токи коллектора \(_0\) и эмиттера \(_0\) практически полностью определяются током базы транзистора. Напряжение \(U_<<КЭ>_0>\) не оказывает существенного влияния на другие электрические показатели каскада и должно выбираться только из соображений обеспечения нахождения транзистора в области линейного усиления и непревышения предельных электрических режимов на электродах транзистора.

На практике получили распространение два способа обеспечения заданного положения рабочей точки по постоянному току: схема с фиксированным током базы (рис. 3.5) и схема эмиттерно-базовой стабилизации (рис. 3.6).

Рис. 3.5. Схема с фиксированным током базы

Рис. 3.6. Схема эмиттерно-базовой стабилизации

В первой схеме стабильность всех показателей каскада по постоянному току базируется на поддержании устойчивого значения тока базы транзистора \(_0\). Достигается это созданием безальтернативной цепи протекания постоянного тока через резистор \(R_Б\) и эмиттерный переход транзистора \(VT1\). Поскольку сопротивление эмиттерного перехода мало, то ток \(_0\) целиком определяется напряжением питания \(U_П\) и значением базового сопротивления \(R_Б\):

\(_0 \approx \cfrac < >\Large \Rightarrow \normalsize < >R_Б = \cfrac<_0> \).

Стабильность тока базы в рассматриваемой схеме приводит к стабильности тока коллектора, поскольку

где \(\beta_<ст>\) — статический коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ.

Но данная формула также демонстрирует и основной недостаток схемы с фиксированным током базы (рис. 3.5).

Дело в том, что при производстве биполярных транзисторов возникает большой разброс в возможных значениях коэффициента \(\beta_<СТ>\), т.е. для разных экземпляров приборов необходимо устанавливать разные токи базы \(_0\), чтобы обеспечить требуемое значение тока коллектора \(_0\) (заметим, что в выборе этого параметра практически недопустимы никакие вольности, он определяет множество важнейших характеристик каскада, например, таких, как коэффициент усиления, линейность усиления, потребляемая мощность и т.п.). Таким образом, конкретная величина сопротивления \(R_Б\) будет определяться теми характеристиками, которые присущи именно конкретному экземпляру примененного в каскаде транзистора, а не всем приборам данной серии. Это крайне неудобно при серийном производстве, поэтому схема с фиксированным током базы не находит широкого применения, гораздо больше распространена схема эмиттерно-базовой стабилизации (рис. 3.6) и различные ее доработки.

Как следует из названия, в этой схеме положение исходной рабочей точки каскада стабилизируется за счет поддержания неизменного значения напряжения на переходе эмиттер—база транзистора. Простейший способ обеспечения данного режима состоит в применении подключенного к базе транзистора делителя напряжения на двух резисторах \(R1\), \(R2\), ток через который \(_0\) значительно превышает все возможные значения тока базы \(_0\) (это гарантирует, что ток базы транзистора не будет оказывать сколь-либо существенного влияния на напряжение в средней точке делителя). Стабильное напряжение \(>_0\) на эмиттерном переходе автоматически стабилизирует ток коллектора \(_0\) транзистора. Действительно, ведь

\( >_0 = _0 r_Б + _0 r_Э = _0 \left[ r_Б + (\beta_ <СТ>+ 1) r_Э \right] \approx _0 \beta_ <СТ>r_Э = _ <0>r_Э\)

Поскольку такой физический параметр транзистора, как сопротивление эмиттерной области \(r_Э\), остается достаточно стабильным при массовом производстве, то и отпадает необходимость подбирать элементы делителя напряжения под каждый конкретный прибор — достаточно лишь один раз произвести расчеты, учитывая типономинал применяемых транзисторов и требуемое значение тока коллектора (эмиттера). Таким образом, схема эмиттерно-базовой стабилизации оказывается гораздо более удобной при массовом производстве и поэтому используется гораздо чаще (у нее есть и другие достоинства, сделавшие ее столь популярной).

Источник

Способы задания рабочей точки

Выше обосновано, что характер работы усилителя определяется выбором рабочей точки, которая задается постоянными значениями напряжения U_ЭБ0 и тока I_Б0 на входе транзистора. Для задания этих параметров между эмиттером и базой необходимо включить источник смещения E_Б (рис. 8). Таким образом, усилителю требуется два источника: Е_К и Е_Б.

Электронное устройство может содержать десятки, сотни транзисторов, каждый из которых требует два источника. Практически это неудобно и не экономично, поэтому применяются способы получения напряжения покоя U_ЭБ0 от источника коллекторного питания Е_К.

Рис. 8. Схема усилителя с источником Е_Бзадания рабочей точки

Способ задания рабочей точки фиксированным напряжением на базе основан на использовании делителя напряжения на резисторах R1 и R2, которые включаются последовательно в цепь коллекторного источника Е_К (рис. 9а).

Рис. 9. Включение делителя в цепь питания транзистора (а) и схема усилителя с заданием рабочей точки фиксированным напряжением с помощью делителя (б)

По цепи делителя протекает ток

, (6)

тогда напряжение на резисторе R2

. (7)

Резисторы R1 и R2 можно выбрать так, чтобы напряжение покоя U_ЭБ0 было равно U_R2, то есть

.(8)

На этом основании выход делителя соединяется со входом усилителя по пунктирной линии и получается схема рисунка 9б.

В уравнении (8) два неизвестных: R1 и R2. Для их расчета учитывают, что напряжение смещения U_ЭБ0 должно оставаться постоянным, вход транзистора не должен шунтировать делитель. Это возможно, если ток делителя I_Д много больше тока покоя транзистора I_Б0. Практически достаточно выполнения условия I_Д = (5 — 10) I_Б0 или .(9)

Уравнения (8) и (9) объединяют в систему и по выбранной рабочей точке (U_ЭБ0, I_Б0) вычисляют неизвестные R1 и R2.

В точку «d» каскада требуется подать напряжение сигнала. Если внешний источник сигнала Е_С подключить параллельно R2, то он будет шунтировать резистор своим внутренним сопротивлением и, тем самым, смещать рабочую точку. Для исключения влияния на рабочую точку источник сигнала Е_С, подключается через разделительный конденсатор С_Б. Его емкость выбирается так, чтобы сопротивление конденсатора Х_С было много меньше входного сопротивления каскада (или транзистора) по переменному току. Обычно конденсатор выбирают из условия: Х_С ≤ 0,1∙r_ВХ, откуда и(10)

Задание рабочей точки фиксированным током базы. Рабочей точке на входной характеристике соответствуют два параметра, поэтому режим покоя можно задавать не только напряжением U_ЭБ0, но и током базы I_Б0. Для этого исходную схему усилителя на рисунке 1 дополняют резистором

R_Б, который подключается к источнику E_К (рис. 10а).

По резистору протекает ток

. (11)

Резистор R_Б можно выбрать так, чтобы ток резистора I_RБ был равен току покоя транзистора I_Б0. Тогда режим покоя транзистора можно задать пере-

а) б)

Рис. 10. Включение резистора задания тока в цепь питания транзистора (а) и

схема усилителя с заданием рабочей точки фиксированным током базы (б)

носом нижнего вывода резистора по направлению стрелки на рис. 10а и в результате получить схему рис. 10б.

При таком переносе условие (11) несколько нарушится, так как на резистор будет приходиться напряжение на величину U_ЭБ0 меньше. Тогда ток базы

. (12)

Резистор R_Б можно выбрать так, чтобы I_Б0 = I_RБ, то есть

. (13)

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

Методы задания рабочего режима (рабочей точки) активного элемента и его стабилизация.

В предыдущей схеме рабочая точка БТ задавалась двумя источниками ЭДС. Применять два источника напряжения не целесообразно т.к. это отдельные устройства и требуют дополнительных затрат. Для создания рабочей точки транзистора обычно используют источник Ек, а рабочую точку на базе задают с помощью резисторов путем задания необходимого тока базы или напряжения база-эмиттер. Рассмотрим основные схемы.

1) Схема с фиксированным током базы I_б.рт..

В этой схеме рабочая точка задается током базы I_б.рт..

Его величина задается сопротивлением резистора R_б. Его величина выбирается из соотношения

а величина резистора Rк выбирается из соотношения

Преимущество схемы: простота схемы.

Недостаток: рабочая точка, т.е. U_{кэ рт} сильно зависит от температуры окружающей среды и параметров конкретного транзистора.

2.) Схема с резистивным делителем в цепи базы.

В этой схеме — R₁, R₂ – резистивный делитель цепи базы, с его помощью задается необходимая величина U_{бэ рт}. (Он делит напряжение Е_к и получает необходимое напряжение на базе).

3.) Схема с эмиттерной стабилизацией рабочей точки.

R_Э – сопротивление эмиттерной цепи, с его помощью создается отрицательная обратная связь, которая стабилизирует положение рабочей точки. Схема работает так. С возрастанием температуры окружающей реды I_К.РТ возрастает, это приводит к тому, что U_КЭ.РТ уменьшается. Так происходило бы, если бы не было R_Э, а с R_Э происходит так. С возрастанием температуры I_К.РТ возрастает (U_К.РТ должно бы уменьшаться, но) I_Э.РТ»I_К.РТ, при этом U_RЭ возрастает, а U_БЭ.РТ=(U_Б1-U_RЭ) уменьшается, уменьшение этого напряжения эквивалентно уменьшению I_Б.РТ, что приводит к тому, что I_k0 уменьшается, а Uкэ остается постоянным, т. е. U_КЭ.РТ = const.

4.) Схема с коллекторной стабилизацией рабочей точки.

В этой схеме рабочая точка задается током в цепи базы который возникает за счет обратной связи. Благодаря ему происходит стабилизация выходного напряжения при изменении температуры окружающей среды.

Источник