При построении усилительных устройств наибольшее распространение получили каскады на биполярных и полевых транзисторах, использующие соответственно схемы включения транзистора с общим эмиттером и общим истоком. Реже используются схемы включения с общим коллектором и общим стоком. Схемы включения с общей базой или общим затвором находят применение только в узком классе устройств, например, во входных цепях радиоприемных устройств, работающих в диапазоне УКВ.
На рис. 2 приведена упрощенная схема включения биполярного транзистора п-р-п-типа с ОЭ, а на рис. 3 – семейства типичных статических характеристик этой схемы.
а) входные характеристики б) выходные характеристики
в) характеристики передачи г) характеристики обратной связи
Рисунок 3 – Статические характеристики схемы с ОЭ
Рассмотрение этих характеристик позволяет сделать следующие выводы.
Из входных характеристик (рис. 3.3,а) видно, что при достижении током базы IБоопределенного уровня он практически перестает влиять на напряжение UБЭ, а вот незначительное изменение этого напряжения может приводить к существенным колебаниям тока IБо. Выходные характеристики (рис. 3.3,6) и характеристики передачи (рис. 3.3,в) позволяют сделать следующие заключения. Ток базы в активном режиме оказывает большое влияние на ток коллектора IКо (естественно, и на ток эмиттера IЭо, поскольку Iэ≈ IК), а тот одновременно незначительно зависит от колебаний напряжения UКЭо.
Итоговый вывод: при включении по схеме с ОЭ на положение рабочей точки биполярного транзистора (т.е. на ток коллектора IКо), находящегося в режиме линейного усиления (активный режим), наибольшее влияние оказывает ток базы IБо, который, в свою очередь, может сильно колебаться под воздействием изменений напряжения UКЭо. Токи коллектора IКои эмиттера IЭопрактически полностью определяются током базы транзистора. Напряжение UКЭоне оказывает существенного влияния на другие электрические показатели каскада и должно выбираться только из соображений обеспечения нахождения транзистора в области линейного усиления и не превышения предельных электрических режимов на электродах транзистора.
На практике получили распространение два способа обеспечения заданно-
го положения рабочей точки по постоянному току: схема с фиксированным током базы(рис. 4) и схема эмиттерно-базовой стабилизации(рис. 5).
В первой схеме стабильность всех показателей каскада по постоянному току базируется на поддержании устойчивого значения тока базы транзистора 1Б.
Достигается это созданием безальтернативной цепи протекания постоянного тока через резистор RБи эмиттерный переход транзистора VT1. Поскольку сопротивление эмиттерного перехода мало, то ток IБ целиком определяется напряжением питания UП и значением базового сопротивления RБ :
Рисунок 4 – Схема с фиксированным током базы
βСТ – статический коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ.
Но данная формула также демонстрирует и основной недостаток схемы с
фиксированным током базы (рис. 4). Дело в том, что при производстве биполярных транзисторов возникает большой разброс в возможных значениях коэффициента βСТ т.е. для разных экземпляров приборов необходимо устанавливать разные токи базы, чтобы обеспечить требуемое значение тока коллектора IК0 (заметим, что в выборе этого параметра недопустимы вольности, он определяет множество важнейших характеристик каскада, например, таких, как коэффициент усиления, линейность усиления, потребляемая мощность и т.п.). Таким образом, конкретная величина сопротивления RБ будет определяться теми характеристиками, которые присущи конкретному экземпляру примененного в каскаде транзистора, а не всем приборам данной серии. Это крайне неудобно при серийном производстве, поэтому схема с фиксированным током базы не находит широкого применения, гораздо больше распространена схема эмиттерно-базовой стабилизации(рис. 5) и различные ее доработки.
Рисунок 5 – Схема эмиттерно-базовой стабилизации
В этой схеме положение исходной рабочей точки каскада стабилизируется за счет поддержания неизменного значения напряжения на переходе эмиттер база транзистора.
Простейший способ обеспечения данного режима состоит в применении подключенного к базе транзистора делителя напряжения на двух резисторах R1, R2 , ток через который I Д0 значительно превышает все возможные значения тока базы IБо (это гарантирует, что ток базы транзистора не будет оказывать существенного влияния на напряжение в средней точке делителя). Стабильное напряжение UБЭ0 на эмиттерном переходе автоматически стабилизирует ток коллектора IКо транзистора.
Поскольку такой физический параметр транзистора, как сопротивление
эмиттерной области rЭ ; остается достаточно стабильным при массовом производстве, то и отпадает необходимость подбирать элементы делителя напряжения под
каждый конкретный прибор — достаточно лишь один раз произвести расчеты, учитывая тип и номинал применяемых транзисторов, и требуемое значение тока коллектора (эмиттера). Таким образом, схема эмиттерно-базовой стабилизации оказывается гораздо более удобной при массовом производстве и поэтому используется гораздо чаще.
