Режимы работы транзистора в усилителе

Перед нем как подавать на вход усилителя на транзис­торе сигнал, подлежащий усилению, необходимо обеспе­чить начальный режим работы (статический режим, ре­жим по постоянному току, режим покоя). Начальный режим работы характеризуется постоянными токами элек­тродов транзистора и напряжениями между этими элект­родами. Используют термин «начальный режим работы транзистора» и фактически равноценный ему термин «на­чальный режим работы усилителя». Для определенности обратимся к схеме с общим эмиттером и соответствующим выходным характеристикам транзистора. Тогда начальный

режим работы характеризуется положением так называе­мой начальной рабочей точки (НРТ) с координатами (U_{кэ н} , I_{к н}), где Uкэ н и Iк н — начальное напряжение меж­ду коллектором и эмиттером и начальный ток коллекто­ра. Для стабильной работы усилителя стремятся не допус­кать изменения положения начальной рабочей точки.

Для характеристики проблемы обеспечения начально­го режима традиционно и вполне оправданно рассматри­вают следующие три схемы:

• с фиксированным током базы;

• с коллекторной стабилизацией;

• с эмиттерной стабилизацией.

На практике первую из этих схем почти никогда не используют. Из остальных двух схем предпочтение часто отдают схеме с эмиттерной стабилизацией. Рассмотрим каждую из этих схем.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа

Отсюда находим ток коллектора iк:

Схема с фиксированным током базы (рис. 2.14).На по­добныхсхемах источник напряжения Е_К обычно не изоб­ражают.

что соответствует линейной зависимости вида у = а • х + b. Это уравнение описывает так называемую линию на­грузки (как и для схемы с диодом). Изобразим выходные характеристики транзистора и линию нагрузки (рис. 2.15).

В соответствии со вторым законом Кирхгофа

Отсюда находим ток базы i_б:

ствует точке Y (режим отсечки, i_б = 0), а самое верхнее положение — точке Z (режим насыщения, i_б ³ i_б4).

Схему с фиксированным током базы используют редко по следующим причинам:

• при воздействии дестабилизирующих факторов (на­
пример, температуры) изменяются величины b_CT и I¢_КО что
изменяет ток I_КН положение начальной рабочей точки.

• для каждого значения b_CT необходимо подбирать со­ответствующее значение R_б, что нежелательно при ис­пользовании как дискретных приборов (т. е. приборов, из­готовленных не по интегральной технологии), так и
интегральных схем.

Схема с коллекторной стабилизацией (рис. 2.16). Эта схема обеспечивает лучшую стабильность начального ре-

 

Будем пренебрегать напряжением и_6Э, так как обычно

Таким образом, в рассматриваемой схеме ток i_б задает­ся величинами Е_К и R_б (ток «фиксирован»). При этом

Пусть i₆ = i₆₂. Тогда НРТ займет то положение, которое указано на рис. 2.15. Легко заметить, что самое нижнее возможное положение начальной рабочей точки соответ-

жима. В схеме имеет место отрицательная обратная связь по напряжению (выход схемы — коллектор транзистора соединен со входом схемы — базой транзистора с помо­щью сопротивления R_б). Рассмотрим ее проявление на следующем примере. Пусть по каким-либо причинам (на­пример, из-за повышения температуры) ток i_K начал уве­личиваться. Это приведет к увеличению напряжения u_Rk уменьшению напряжения и_кэ и уменьшению тока i_б

что будет препятствовать значительному уве-

личению тока i_KЭ т. е. будет осуществляться стабилизация тока коллектора.

Схема с эмиттерной стабилизацией (рис. 2.17).В зару­бежнойлитературе такую схему называют схемой с Н-сме-

При воздействии дестабилизирующих факторов вели чина и_бэ изменяется мало, поэтому мало изменяется и ве­личина и_Rэ. На практике обычно напряжение и_Rэ состав­ляет небольшую долю напряжения Е_к.

 

щением (конфигурация схемы соответствует букве Н). Основная идея, реализованная в схеме, состоит в том, что­бы зафиксировать ток i_э и через это ток i_K (i_K » i_э). С ука­занной целью в цепь эмиттера включают резистор R_э, и создают на нем практически постоянное напряжение u_Rэ. При этом оказывается, что

В соответствии со вторым законом Кирхгофа

Для создания требуемого напряжения и_R используют делитель напряжения на резисторах R₁ и R₂. Сопротивле­ния R₁ и R₂ выбирают настолько малыми, что величина тока i₆ практически не влияет на величину напряжения и_R2 При этом

Различают следующие режимы работы транзистора (классы работы): А, АВ, В, С и D. РассматриваемыеRC-усилители обычно работают в режиме А. В режиме А ток коллектора всегда больше нуля (i_K > 0). При этом он увеличивается или уменьшается в зависимости от входно­го сигнала. В режиме В I_kн = 0, поэтому ток коллектора мо­жет только увеличиваться. При синусоидальном входном сигнале в цепи коллектора протекают положительные полуволны тока. Режим АВ является промежуточным между режимами А и В. В режиме С на мод транзистора подается начальное запирающее напряжение, поэтому в цепи коллектора в каждый период входного сигнала ток протекает в течение времени меньшего, чем половина периода. Режимом D называют ключевой режим работы (транзистор находится или в режиме насыщений, или в режиме отсечки),