Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 12

Принципиально важно наличие сопротивления в эмиттерной цепи транзистора. Возникает очень сильная ООС по постоянной составляющей напряжения, которая и оказывает стабилизирующее воздействие. Можно это выразить иначе. Фактически, мы «привязываем» падение напряжения на этом сопротивлении к фиксированному напряжению на базе транзистора, определяемому делителем в цепи базы ( в). Тем самым, мы стабилизируем ток в выходной (основной) цепи транзистора. Он сам установится нужной величины, независимо от параметров транзистора.

Сопротивление  шунтируется конденсатором большой ёмкости , чтобы устранить ООС по переменной составляющей. Иначе усиление каскада будет очень маленьким.

Все приведённые ранее формулы (для  и др.), были фактически получены для простейшей схемы каскада. Однако они могут использоваться и для второй. Надо только скорректировать выражения для входного сопротивления каскада, учитывая сопротивления делителя  и  в цепи базы.

6.6.1. Температурная стабилизация режима.

Обратимся опять к рассмотренным двум схемам и начнём с простейшей, рис. 6.7. Пусть:  в,  ком, ,  ком. Реализован режим:  ма,  в,  мка,  в. Усилитель при комнатной температуре работает нормально. Как будет меняться режим работы, если транзистор нагревать? Оказывается, ток коллектора будет расти, а напряжение на коллекторе будет уменьшаться, пока транзистор не войдёт в насыщенное состояние. При этом ток базы практически не меняется. Когда температура транзистора станет примерно , усилитель работать перестанет. Чтобы правильно понять и объяснить этот результат, надо учесть два обстоятельства.

Первое обстоятельство касается самого транзистора и реализуется для обеих схем. В цепи базы транзистора, помимо нормального тока базы, течёт и «тепловой» ток неосновных носителей перехода коллектор – база, идущий из коллектора. При нормальной работе транзистора переход эмиттер – база открыт и ток через него обеспечивается основными носителями (нормальный ток базы). Переход коллектор – база надёжно закрыт для основных носителей. Ток через него обеспечивается неосновными (для базы) носителями, которые поставляет эмиттер. Обратный ток  неосновных (для коллектора) носителей, который и называют «тепловым» током, при комнатной температуре крайне мал, особенно для кремниевых транзисторов (поэтому они и преобладают). Но он очень быстро растёт с ростом температуры (экспоненциально). Этот ток и приводит к изменению режима работы транзистора при нагревании.

Второе обстоятельство относится только к первой схеме и отражает её основной недостаток. За счёт большого сопротивления в цепи базы транзистора, мы, фактически, застабилизировали суммарный ток базы . Тем самым, мы связали токи  и . Рост «теплового» тока должен неизбежно вызывать рост нормального тока базы, и как результат, рост тока коллектора. Пусть при комнатной температуре  мка, а  мка. Можно  не учитывать. Но при температуре 70 – 80 градусов «тепловой» ток будет уже 50 мка. Каким станет тогда основной ток базы? Он будет уже 100 мка. Соответственно, ток коллектора – 10 ма. Транзистор вошёл в насыщенное состояние, усилитель не работает.

Перейдём к другой схеме. Здесь ток базы и «тепловой» ток так жёстко не связаны. Резкий рост «теплового» тока с повышением температуры происходит и здесь, но при этом нормальный ток базы растёт очень слабо. Суммарный ток базы  может обратиться в ноль, даже стать отрицательным (), а усилитель работает. В этой схеме стабилизируется ток в основной, выходной цепи. С повышением температуры он тоже растёт, но не так сильно, как в первой. Итак, вторая схема обладает явными преимуществами перед первой и с позиций температурной стабилизации режима. Поэтому она и получила такое широкое распространение.

6.7. Выходные каскады. Усилители мощности.