2.3. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ. СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА ПОКОЯ

Для стабилизации режима покоя в каскад вводят обратную связь (ОС). Обратной связью называется передача информации (или энергии) с выхода устройства или системы на его вход.

Мы упомянули термин, который будет сопровождать нас до конца этой книги. С помощью ОС добиваются новых качеств устройств и создают новые схемы. Теория ОС лежит в основе «Теории автоматического регулирования». Обратные связи применяют не только в технике, но и в управлении отраслями народного хозяйства, в управлении социальными процессами.

Обратимся к электронной технике. Сигнал ОС зависит от одного из выходных параметров устройства: напряжения, тока, частоты вращения двигателя, температуры объекта и т. п. В соответствии с этим ОС разделяются на ОС по напряжению, току, скорости, температуре и т.д.

На входе: устройства происходит сложение входного сигнала и сигнала ОС. Если упомянутые сигналы суммируются так, что алгебраически складываются их напряжения, то ОС называется последовательной. При алгебраическом суммировании токов речь идет о параллельной ОС.

Если на входе складываются сигналы разных знаков, то ОС является отрицательной (ООС). В этом случае на входе схемы действует разностный сигнал, который меньше входного. Выходной сигнал при этом уменьшается. Однако при применении ООС увеличивается стабильность выходной величины: ООС по напряжению стабилизирует напряжение, ООС по скорости стабилизирует скорость и т. д. В этой особенности ООС мы убедимся в этом параграфе, а также в § .

При положительной ОС (ПОС) на вход устройства подается сумма входного сигнала и сигнала ОС. Выходной сигнал увеличивается, но стабильность выходного параметра падает. ПОС используются для ускорения переходных процессов, они находят применение в схемах генераторов (см. § 2.15) и в импульсных устройствах (гл. 3).

Итак, перед нами стоит задача стабилизации точки покоя каскада с общим эмиттером. Для этого вводим в каскад рис. 2.3 резистор . Падение напряжения на нем прикладывается ко входу транзистора:

Напряжение является сигналом ОС, он пропорционален выходному току транзистора , т. е. в данном случае речь идет об ОС по току. На входе происходит вычитание напряжений, поэтому ОС является последовательной и отрицательной.

В § 1.5 указывалось, что при нагреве увеличиваются р, поэтому растет постоянная составляющая напряжения ОС . В соответствии с уменьшается, снижается прямое напряжение на эмиттерном переходе, в результате чего уменьшаются токи транзистора . Следовательно, ОС поддерживает токи транзистора в режиме покоя более стабильными. Стабильность режима покоя возрастает при увеличении , так как при этом растет сигнал ОС.

Такая стабилизация точки покоя дается дорогой ценой. При подаче на вход каскада положительного (или отрицательного) входного сигнала увеличиваются (или соответственно уменьшаются) токи , а также падение напряжения на ОС).

Из (2.4) определим приращение напряжения между базой и эмиттером: . Транзистор управляется напряжением , поэтому теперь меньше, снижаются и коэффициент усиления каскада.

Для уменьшения вредного воздействия ОС на усиление каскада ограничивают напряжение (не более , но и при этом вредное воздействие ОС достаточно велико. Противоречие между требованиями к стабильности точки покоя и к высокому усилению преодолены в дифференциальном каскаде (см. § 2.6).

При выборе точки покоя в классе А необходимо исключить искажения сигнала (для чего траектория рабочей точки должна быть ограничена отрезком АОВ) (рис. 2.5), при этом мощность, рассеиваемая на транзисторе, должна быть минимальной. Для выполнения этих условий достаточно выбрать

где — напряжение, отсекающее крутой участок выходных характеристик транзистора (см. рис. ); — запас на перемещение точки покоя 0 при нагреве; — максимальная амплитуда выходного сигнала.

Предлагаем читателю с помощью диаграмм рис. 2.5 убедиться, что при выполнении соотношений (2.5), (2.6) траектория рабочей точки каскада не покидает области соответствующей участку II передаточной характеристики рис. 2.2, как при минимальной, так и при максимальной температуре.

Решив это уравнение совместно с (2.6), после преобразований найдем сопротивление в цепи коллектора: