Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
имеют большие емкости при малых размерах и низкой цене, но должны
включаться в схему с учетом полярности, за исключением конденсаторов
специального типа - неполярных конденсаторов.
1.6.5 Стабилизация рабочей точки
Серьезный недостаток схемы на рис. 1.18(Ь) состоит в том, что напряжение
коллектора в режиме покоя целиком зависит от величины hFE транзистора, в
то время как численные значения этого параметра имеют большой разброс у
различных экземпляров транзисторов одного типа. Например, при типичном
значении hFE для транзистора ВС 107, равном 200, изготовители указывают,
что оно может изменяться в пределах от 90 до 450. Изменение hfE сдвигает
рабочую точку по постоянному току. Например, если коэффициент hfE равен
100 вместо 200, то при этом потечет ток коллектора, равный 0,5 мА, а не 1
мА, и падение напряжения на RL составит только 2,35 В вместо 4,7 В.
Увеличение напряжения на коллекторе в режиме покоя означает, что выходное
напряжение в схеме может изменяться в сторону увеличения только на 2 В, а
не на 4 В (возможно изменение выходного напряжения в сторону уменьшения
до 6 В, но от этого мало пользы, когда положительные приращения
ограничены).
30 Усиление и транзисторы
Последствия использования транзистора с hFE = 400 еще более серьезны. В
этом случае ток коллектора удвоится до 2 мА. Простое вычисление
показывает, что все 9 В питания будут падать на резисторе RL . Говорят,
что транзистор находится в насыщении. Практически между коллектором и
эмиттером остается небольшое напряжение порядка 0,2 В. Любое дальнейшее
увеличение тока базы почти ни к чему не приводит; действительно, падение
напряжения на Rl не может превышать Vcc Поскольку при насыщении
транзистора потенциал коллектора фактически равен потенциалу земли, схема
теперь не пригодна для линейного усиления: невозможны изменения выходного
напряжения в сторону уменьшения. Состояние насыщения будет рассмотрено в
параграфе 1.7.
Возвращаясь к линейному усилителю на рис. 1.18(6), можно сказать, что
необходимо некоторое усовершенствование схемы, чтобы повысить ее
устойчивость к изменениям hFE Даже если бы у нас была возможность
отбирать транзисторы с hFE = 200, а это очень дорого при массовом выпуске
схем, hFE увеличивается с ростом температуры, так что схема все равно не
была бы надежной. На рис. 1.19 показано очень простое, но эффективное
улучшение. Вместо того, чтобы подключать резистор Rs непосредственно к
Vcc, мы, уменьшив сопротивление вдвое, подключим его к коллектору (VCE ~
Vcc /2). Теперь, благодаря этому, ток базы в режиме покоя зависит от
коллекторного напряжения в режиме покоя. Даже при увеличении hfE,
транзистор не может попасть в насыщение: если коллекторное напряжение
падает, то также падает ток базы, "придерживая" коллекторный ток. И
наоборот, если hFE уменьшается, коллекторное напряжение в режиме покоя
возрастает, увеличивая ток 1В .
Ток базы определяется теперь соотношением
1В= Усе/Rb
и, как и прежде,
V = V - h I R
r СЕ r СС
Объединяя эти равенства, получим
V - усс
Ch l + hFERL/RB'
Если Rl и Rb имеют значения, указанные на рис. 1.19, и hfE = 100, то VCE
"6 В; если hFE = 400, то VCE *3 В. Хотя здесь все еще положение рабочей
точки меняется, это не существенно, пока для получения больших сигналов
не требуется иметь возможно большие пределы изменения выходного
напряжения. Схема, приведенная на рис. 1.19, будет работать при изменении
параметров транзисторов в очень широком диапазоне и является полезным
усилителем напряжения общего назначения. Принцип построения схемы с
автокомпенсацией изменений hFE является просто примером отрицательной
обратной связи, которая представляет собой одно из самых важных понятий в
электронике и будет рассмотрена в главе 4.
Усилитель напряжения 31
Rl
4к7
RB IMO
i , c: 10 мкФ
---vVWV
В
С| 10 мкФ
О
Ъ
BCI07
6
V
in
1
х
Рис. 1.19. Усилитель напряжения со стабилизацией рабочей точки.
1.6.6 Стабилизированный усилитель напряжения
Для некоторых применений даже относительно небольшие изменения положения
рабочей точки, имеющиеся в схеме на рис. 1.19, недопустимы. Если режим по
постоянному току должен практически не зависеть от hFE, можно
использовать схему стабилизированного усилителя, показанную на рис. 1.20.
Первым характерным признаком этой схемы является наличие резистора Л3 в
цепи эмиттера, а это означает, что потенциал эмиттера больше не равняется
потенциалу земли, а немного выше его и равен 1?Л3, где 1Е - ток эмиттера.
Второе отличие состоит в том, что вместо единственного резистора для
задания базового тока определенной величины применен делитель напряжения
Rx, R2, фиксирующий потенциал базы относительно земли. Ток делителя
напряжения на порядок выше тока базы, так что последний слабо влияет на
потенциал базы. Так как переход база - эмиттер смещен в прямом
направлении, на нем падает небольшое напряжение (у кремниевого
транзистора приблизительно 0,6 В), так что потенциал эмиттера ниже
