Забезпечення стійкості робочої точки Стабілізація режимів роботи транзисторних каскадів за допомогою
Методика введення зворотних зв'язків є універсальним засобом, який може використовуватися завжди, коли необхідно забезпечити стабільну роботу схеми за будь-яких зовнішніх впливів на неї. Вводячи в окремий каскад посилення елементи зворотного зв'язку, часто можна повністю вирішити всі проблеми стійкості робочої точки і зовсім не згадувати про терморезистори та інші компенсуючі елементи.
Вище ми вже зустрічалися з одним із видів зворотного зв'язку при розгляді каскаду на біполярному транзисторі, включеному за схемою з ОК або ОЕ. Йдеться про послідовну ООС за струмом навантаження, що виникає в такому каскаді при включенні в ланцюг емітера деякого опору (R_Е) (див. рис. 3.9).
Струм емітера, протікаючи по резистору \(R_Э\), створює у ньому падіння напруги \(>_0 = _0 R_Э\). Ця напруга алгебраїчно складається з напругою на резисторі дільника (R2). Сума напруги прикладається до емітерного переходу транзистора. Оскільки напруга \(>_0\) і напруга зворотного зв'язку \(>_0\) спрямовані зустрічно, зворотний зв'язок є негативним. Що стосується конкретного значення опору \(R_Е\), то в підсилювачах з ОЕ зазвичай вибирають \(R_Е \approx 0,1 \cdot R_К\).
Створюючи в каскаді зворотний зв'язок по постійному струму, буває досить важко позбавитися її впливу на характеристики в робочому діапазоні частот. Іноді такий вплив може бути шкідливим, інколи ж і корисним. Наприклад, у розглянутій нами схемі підсилювача з ОЕ включення резистора (R_Е) в ланцюг емітера без будь-яких додаткових елементів, що коригують роботу каскаду в смузі посилення, призводить до наступнихнаслідків: знижується загальний коефіцієнт посилення каскаду, підвищуються його вхідний та вихідний опори, розширюється смуга посилюваних частот, знижуються лінійні та нелінійні спотворення. Зазвичай для запобігання зниження коефіцієнта посилення резистор (R_Е) шунтують конденсатором, еквівалентний опір якого в робочому діапазоні частот виявляється вкрай незначним (тобто емітер заземлений по змінному струму). Приклад такої схеми подано на рис. 3.21.
Мал. 3.21. Підсилювальний каскад із шунтувальною ємністю в ланцюзі емітера
Зауважимо, що у схемі на рис. 3.21 внаслідок використання ланцюга ООС по вихідному струму за зміни температури навколишнього середовища відбувається безпосередня стабілізація колекторного струму \(_0\). Однак таке рішення не є єдиним. Для стабілізації робочої точки транзистора можуть бути використані і ланцюги ООС з вихідної напруги.
На рис. 3.22 наведено типову схему підсилювального каскаду на біполярному транзисторі у включенні з ОЕ, в якій застосовано ланцюг паралельної ООС за вихідною напругою (т.зв. схема автоматичного зміщення). Стабілізуюча дія даного виду зворотного зв'язку ґрунтується на наступних процесах. Збільшення під впливом зовнішніх факторів постійного колекторного струму \(_0\) транзистора призводить до збільшення падіння напруги на навантажувальному резисторі \(R_К\) і, як наслідок, до зменшення падіння напруги на ділянці, що залишилася, протікання струму навантаження ("колектор-земля" або "колектор-емітер" у схемах без резистора в емітерному ланцюзі). Так як колектор з'єднаний з базою за допомогою резистора \(R_\), то одночасно знижується напруга, що подається на емітерний перехід транзистора \(>_0\), а це автоматично призводить до зменшення струмів \(_0\), \(_0\) ) таповерненню робочої точки транзистора у колишнє положення.
Мал. 3.22. Транзисторний каскад з ланцюгом ООС по напрузі (схема автозміщення)
Так само, як і ООС по струму, паралельна ООС за напругою впливає на багато параметрів каскаду: знижується загальний коефіцієнт посилення, зменшуються вхідний і вихідний опори, зменшуються лінійні та нелінійні спотворення, розширюється смуга пропускання.
У реальних підсилювальних каскадах зменшення вхідного опору призводить до ще більшого зниження загального коефіцієнта посилення. Крім того, якість стабілізації робочої точки по постійному струму в даному виді ООС дещо гірша, ніж при застосуванні ООС за струмом навантаження. Усе це зумовлює досить рідкісне застосування цієї схеми практично. Дещо більшого поширення набули різні її модифікації, в яких за допомогою невеликих змін ланцюгів зміщення вдається поліпшити окремі найважливіші показники підсилювального каскаду. Приклади деяких таких схем наведено на рис. 3.23, 3.24.
Мал. 3.23. Варіанти модифікації ланцюгів зміщення у схемі з ООС за напругою
Мал. 3.24. Усунення впливу ланцюгів зворотний зв'язок на коефіцієнт посилення у смузі робочих частот каскаду з ООС