Метод обеспечения режима работы транзистора с фиксированным потенциалом базы

В этой схеме (рис 1.13) зафиксирован потенциал базы U _Бр=const. U _Бр= U _Бэр. Потенциал базы определяется из выражения

. (1.31)

Рассчитать сопротивления R ₁ и R ₂ можно, используя следующие условия.

1. Через R ₁ протекает сумма токов

I = I _дел+ I _Бр, (1.32)

I _дел=(5…10) I _Бр. (1.33)

2. Задавшись значением I _Бр, определим сумму R ₁+ R ₂ по формуле

. (1.34)

Сопротивление R ₁ можно оценить из условия

U _п=(I _дел+ I _Бр) R ₁+ U _Бр, (1.35)

Откуда следует

. (1.36)

В данном случае для расчётов удобно использовать схему замещения входной цепи по Тевенину.

В этой схеме (рис. 1.14)

. (1.37)

Поскольку

U _Бр= U _Бэр+ I _Б R _Б,

следовательно,

. (1.38)

Поэтому напряжение источника, задающего режим работы базы, равно

. (1.39)

1.4.2. Обеспечение режима работы транзистора при включении по схеме с ОБ

Схема простейшего каскада усиления на транзисторе с фиксированным током эмиттера, включённом по схеме с ОЭ, представлена на рис. 1.15.

Режим работы транзистора по выходной цепи (ток «покоя» коллектора I _Кр и напряжение U _{КБ р}) задаётся с помощью резистора R _К, включённого в цепь коллектора. Ток эмиттера I _Эр и потенциал эмиттера U _{ЭБ р} задаётся с помощью резистора R _Э , включённого в цепь эмиттера.

Расчёт режима работы выполняется в следующей последовательности.

1. Из справочников находятся графики выходных статических характеристик I _К= f (U _ЭБ). Графики представлены на рис. 1.16.

2. Определение рабочей области режима транзистора. Она ограничивается предельными значениями напряжения U _{К max} и тока коллектора I _{К max}, которые связаны следующей зависимостью

, (1.40)

где Р _{К max} – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, является справочной величиной.

График функции I _{К max}= f (U _КБ) является гиперболой и строится на графике выходной характеристики, как показано на рис.1.16. Область ниже этой кривой является рабочей областью.

3. На графике статической характеристики (рис. 1.16) выбирается рабочая точка А, соответствующая активному режиму работы транзистора. Этой точке соответствуют:

U _{КБ р} – рабочее напряжение на кол­лекторном переходе;

I _{К р} – рабочий ток коллектора.

4. Записывается уравнение нагрузочной прямой

, (1.41)

где U _п – напряжение питания, В; U _КБ – текущее напряжение между коллектором и базой транзистора; I _К – ток коллектора; R _К - сопротивление нагрузки в цепи коллектора.

Подставляя в эту формулу значения U _{КБ р} и I _{К р} получим:

. (1.42)

Из этого выражения можно рассчитать величину сопротивления нагрузки R _К в цепи коллектора по формуле:

. (1.43)

Аналогично выбирается режим работы входной цепи. Для этого используется уравнение входной характеристики I _Э= f (U _ЭБ), показанный на рис.1.17.

1. В соответствии с рис. 1.17 на этом графике выбирается рабочая точка B, соответствующая рабочему току эмиттера I _{Э р} и рабочему напряжению U _Эр.

2. Через эту точку проводится график нагрузочной прямой для входной цепи. Записывается уравнение нагрузочной прямой

, (1.44)

где U _Э – напряжение питания, В; U _ЭБ – текущее напряжение между базой и эмиттером транзистора; I _Э – ток базы; R _Э - сопротивление нагрузки в цепи базы.

Подставляя в эту формулу значения U _{ЭБ р} и I _{Э р} получим:

. (1.45)

Из этого выражения можно рассчитать величину сопротивления нагрузки R _Э в цепи коллектора по формуле:

. (1.46)

Рассмотрим методы расчёта обеспечения режимов работы биполярного транзистора, включённого по схеме с ОБ.

Метод с фиксированным током эмиттера. Используется схема включения согласно рис. 1.15. Расчёт схемных элементов производится по соответствующим формулам.

Метод с фиксированным потенциалом эмиттера. Схема включения представлена на рис. 1.18. В данной схеме потенциал эмиттера регулируется методом фиксации потенциала базы с помощью делителя на резисторах R ₁ и R ₂. Значение потенциала базы рассчитывается из соотношения

. (1.47)

Величину сопротивления резистора R ₁ рассчитываем по формуле

.

(1.48)

1.4.2. Обеспечение режима работы транзистора при включении по схеме с ОК

Схема простейшего каскада усиления на транзисторе, включённом по схеме с ОК, представлена на рис. 1.19.

Режим работы транзистора по выходной цепи (ток «покоя» коллектора I _Кр и напряжение U _{КЭ р}) задаётся с помощью резистора R _Э, включённого в цепь эмиттера. Ток базы I _бр и потенциал базы U _{БЭ р} задаётся с помощью резистора R _Б , включённого в цепь базы.

Расчёт режима работы усилительного каскада с ОК выполняется в последовательности изложенной в п.1.4.1.

Методы и схемы обеспечения режимов работы биполярного транзистора, включённого по схеме с ОК.

Метод с фиксированным током базы. Используется схема включения согласно рис. 1.19. В данной схеме уравнение нагрузочной прямой записывается в виде

. (1.49)

Из этого выражения можно рассчитать величину сопротивления нагрузки R _Э в цепи эмиттера по формуле:

. (1.50)

Величину сопротивления R _Б в цепи базы рассчитываем из условий:

(1.51)

Из этих выражений следует, что величина R _Б рассчитывается по формуле:

. (1.52)

Метод обеспечения режима работы транзистора с фиксированным потенциалом базы (схема Ши).

В этой схеме (рис 1.20) зафиксирован потенциал базы U _Бр=const. Напряжение база–эмиттер будет определяться разностью потенциалов базы и эмиттера: U _БЭ= U _Бр– U _Эр. Потенциал базы определяется из выражения

. (1.53)

Потенциал эмиттера равен U _Эр= I _Э R _Э. Следовательно,

.(1.54)

Рассчитать сопротивления R ₁ и R ₂ можно, используя следующие условия.

1. Через R ₁ протекает сумма токов

I = I _дел+ I _Бр.

2. I _дел=(5…10) I _Бр.

Поэтому, задавшись значением I _Бр, определим сумму R ₁+ R ₂ по формуле

. (1.55)

Сопротивление R ₁ можно оценить из условия

U _п=(I _дел+ I _Бр) R ₁+ U _Бр, (1.56)

Откуда следует

. (1.57)

1.4.3. Методы температурной стабилизации рабочей точки биполярного транзистора

Наиболее чувствительным к изменению температуры является коллекторный ток биполярного транзистора. Выполним анализ причин, приводящих к температурной нестабильности коллекторного тока.

Для всех схем включения биполярного транзистора справедливо следующее выражение для коллекторного тока транзистора:

. (1.58)

Поскольку I _К= f (I _Б, I _К0), то полное приращение коллекторного тока может быть представлено выражением

. (1.59)

В этом выражении производная , поскольку значение тока базы, и не зависит от температуры. Следовательно

, (1.60)

где - абсолютный коэффициент влияния.

Очевидно, значение .

Рассмотрим условие работоспособности схемы. Обычно, допускаемое отклонение величины коллекторного тока Δ I _{К доп} определяется соотношением

Δ I _{К доп}≈(0,1…0,2) I _{К р}, (1.61)

где I _{К р} – рабочий ток коллектора.

Схема является работоспособной, если выполняется условие

Δ I _{К расч}< Δ I _{К доп}, (1.62)

где Δ I _{К расч} – расчётное отклонение коллекторного тока.

Схема является неработоспособной, если выполняется условие

Δ I _{К расч}> Δ I _{К доп}. (1.63)

При реализации схемы коллекторной стабилизации для стабилизации рабочей точки используют внутрикаскадную отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току.

В общем случае различают три вида и, соответственно, способа температурной стабилизации режима работы работы транзистора:

параллельная ООС по напряжению (коллекторная стабилизация);

последовательная ООС по току (эмиттерная стабилизация);

комбинированная температурная стабилизация.

Дата добавления: 2014-01-07