4.2.5. УСТАНОВКА РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

Приведенные выше соображения справедливы в режиме работы транзистора при малых сигналах в заданной рабочей точке Для установки рабочей точки

последовательно с источником напряжения малого сигнала можно включить источник напряжения величиной (рис. 4.14). Однако это решение из-за наличия незаземленного источника напряжения неэкономично.

Рис. 4.14. Принцип установки рабочей точки.

Поэтому базовое напряжение обеспечивается источником питающего напряжения а база присоединяется к источнику переменного напряжения через конденсатор (рис. 4.15). Выходное напряжение снимается с выхода через другой конденсатор. Таким образом, схема содержит два фильтра верхних частот, нижняя граничная частота которых должна быть выбрана так, чтобы полностью пропускались нижние частоты сигнала.

Рис. 4.15. Установка рабочей точки с помощью базового делителя напряжения.

Из рассмотрения крутой части передаточной характеристики, изображенной на рис. 4.5, видно, что влияние малых отклонений напряжения на существенно. Небольшие отклонения вызывают значительные отклонения коллекторного тока, поэтому вследствие неизбежного разброса параметров необходимо регулировать индивидуально для каждого отдельного транзистора с помощью подстроечного резистора Кроме того, схема особенно чувствительна к температурному дрейфу. Напряжение база-эмиттер, соответствующее определенному коллекторному току, уменьшается на при повышении температуры на один градус.

Это обстоятельство наглядно иллюстрируется на рис. 4.16 с помощью фиктивного источника напряжения в базовом выводе. Напряжение этого источника при комнатной температуре равно нулю и увеличивается на при повышении температуры на один градус.

Рис. 4.16. Эквивалентная схема для эффекта дрейфа напряжения база-эмиттер.

Этот источник включается последовательно с изображенным на рис. 4.15 источником напряжения сигнала, что приводит к следующей величине дрейфа потенциала коллектора при отсутствии сигнала:

Таким образом, при повышении температуры на 20 потенциал коллектора при отсутствии сигнала уменьшится примерно на 6 В. Такое большое отклонение от заданной рабочей точки является недопустимо большим.

Установка рабочей точки с помощью базового тока

Влияние на потенциал коллектора при отсутствии сигнала можно устранить, установив рабочую точку с помощью стабильного базового тока. Для этого база соединяется с источником питающего напряжения через высокоомное сопротивление (рис. 4.17). Исходя из необходимого

Рис. 4.17. Установка рабочей точки с помощью стабильного базового тока

коллекторного тока при отсутствии сигнала получим базовый ток

Этот ток должен протекать через величину которого определим из выражения

Поскольку как правило, велико по сравнению с то практически не влияет на базовый ток. Это в значительной степени устраняет источник дрейфа. Однако температурная зависимость коэффициента усиления по остается, причем В увеличивается примерно на 1% при повышении температуры на один градус. Кроме того, недостатком является то обстоятельство, что относительно большие разбросы В существенно изменяют коллекторный ток и потенциал коллектора при отсутствии сигнала.

При использовании германиевых транзисторов в этой схеме необходимо принимать во внимание обратные токи, так как они примерно в 1000 раз больше, чем у кремниевых транзисторов. Обратный ток перехода коллектор-база не проходит в этом случае через низкоомное сопротивление по пути к общей точке, поэтому он складывается с базовым током; следовательно,

Так как для германиевых транзисторов токи имеют один и тот же порядок, то они вносят значительную нестабильность рабочей точки. Поэтому рассмотренная схема так же мало подходит для германиевых транзисторов, как и предыдущая.

Входное сопротивление схемы значительно больше, чем при установке рабочей точки с помощью делителя напряжения. Это является недостатком, так как транзистор довольно долго остается закрытым при воздействии большого положительного входного импульса. В результате вместо кратковременного заряда конденсатора С через переход база-эмиттер происходит медленный разряд его через резистор

Установка рабочей точки с полющъю отрицательной обратной связи по току

Улучшение стабильности рабочей точки достигается при использовании отрицательной обратной связи на низких частотах. Для этой цели служит цепь на рис. 4.18. При этом дрейф напряжения база-эмиттер усиливается в раз.

Рис. 4.18. Стабилизация рабочей точки с помощью отрицательной обратной связи по постоянному току.

Вариант с использованием двух источников — положительной и отрицательной полярности приведен на рис. 4.19.

Рис. 4.19. Упрошенная схема стабилизапии рабочей точки с дополнительным отрицательным питающим напряжением.

В этом случае базовый потенциал при отсутствии сигнала можно сделать равным нулю; делитель напряжения на входе становится излишним, если входной источник обеспечивает цепь для постоянного базового тока при отсутствии сигнала.

Если отрицательная обратная связь нежелательна, конденсатор должен шунтировать переменное напряжение в требуемой области частот. Для определения требований к его номиналу рассмотрим частотную характеристику усиления, обусловленную С этой целью заменим в формуле на

При частотах выше модуль полученного импеданса уменьшается, т.е. коэффициент усиления возрастает пропорционально частоте и достигает значения (рис. 4.20). Отсюда следует, что

Если требуется осуществить неглубокую отрицательную обратную связь по переменному напряжению, можно включить резистор последовательно с конденсатором

Рис. 4.20. Воздействие конденсатора на частотную характеристику усиления.

Выбор параметров схемы, изображенной на рис. 4.18, поясним на числовом примере. Источник имеет внутреннее сопротивление Коэффициент усиления по току транзистора питающее напряжение Для того чтобы источник сигнала не был слишком сильно нагружен, выберем коллекторный ток небольшим, таким, чтобы для переменных напряжений входное сопротивление составило не менее Это входное сопротивление состоит из параллельно соединенных сопротивлений так как конденсатор в рассматриваемой области частот можно представить в виде короткозамкнутой перемычки. Выберем и из формулы (4.11) найдем

Если делитель напряжения выбрать надлежащим образом, то можно выполнить указанное выше требование обеспечения результирующего входного сопротивления

Далее необходимо установить потенциал при отсутствии сигнала. Стабильность рабочей точки тем лучше, чем больше падение постоянного напряжения на так как в этом случае изменение остается меньше следовательно, влияние коллекторного тока будет незначительным. Если выбрать то коллекторный ток изменится только на

При установке потенциала коллектора в отсутствие сигнала необходимо следить за тем, чтобы напряжение коллекторр-эмиттер транзистора во время его работы не падало до напряжения насыщения , поскольку в противном случае параметры в соответствии с характеристиками рис. 4.6 значительно уменьшатся. Попадание транзистора в режим насыщения может привести к сильным нелинейным искажениям. С другой стороны, потенциал коллектора при отсутствии сигнала необходимо выбирать не очень большим, так как иначе падение напряжения на и коэффициент усиления по напряжению будут малы. Положим, что наибольший сигнал на выходе должен составлять В относительно потенциала при отсутствии сигнала. Тогда получим

Для того чтобы это значение с учетом допусков на и резисторы нельзя было превысить, выберем Рассчитаем для этого случая номиналы резисторов

При этом дрейф потенциала коллектора при отсутствии сигнала равен

Далее необходимо установить базовый потенциал при отсутствии сигнала таким образом, чтобы падение напряжения на составляло Согласно рис. 4.5, при малых коллекторных токах равняется около 0,6 В. Отсюда следует

Базовый ток равен

Он не должен существенно влиять на базовый потенциал. Поэтому через делитель напряжения должен протекать шунтирующий ток, составляющий Для этого необходимо, чтобы

Рассчитанные значения номиналов резисторов указаны на рис. 4.21. Входное сопротивление по переменному току составляет

Для коллекторного тока сопротивление равно Тогда с учетом формулы (4.8) найдем коэффициент усиления по напряжению для ненагруженного каскада

Для выходного сопротивления получим

Таким образом, усиление генератора сигнала при составит

Это значение сохраняется до нижней частоты Гц. Поскольку схема содержит три фильтра верхних частот, то нужно выбрать частоты среза этих фильтров в пределах до Положим, что эти частоты равны; используя формулу (2.19), найдем

При этом получим