Стабилизация параметров транзисторных каскадов с помощью цепей обратной связи

Методика введения обратных связей является универсальным средством, которое может использоваться всегда, когда необходимо обеспечить стабильную работу схемы при любых внешних воздействиях на нее. Вводя в отдельный каскад усиления элементы обратной связи, часто можно полностью решить все проблемы устойчивости рабочей точки и совершенно не вспоминать о терморезисторах и других компенсирующих элементах.

Выше мы уже встречались с одним из видов обратной связи при рассмотрении каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОК или с ОЭ. Речь идет о последовательной ООС по току нагрузки, возникающей в таком каскаде при включении в цепь эмиттера некоторого сопротивления R_Э (см. Рис. 3.9.).

Ток эмиттера, протекая по резистору R_Э, создает на нем падение напряжения . Это напряжение алгебраически складывается с напряжением на резисторе делителя R2. Сумма напряжений прикладывается к эмиттерному переходу транзистора. Поскольку напряжение и напряжение обратной связи направлены встречно, обратная связь является отрицательной. Что касается конкретного значения сопротивления то в усилителях с ОЭ обычно выбирают

Создавая в каскаде обратную связь по постоянному току, бывает довольно трудно избавиться от ее влияния на характеристики в рабочем диапазоне частот. Иногда такое влияние может оказаться вредным, а иногда и полезным. Например, в рассмотренной нами схеме усилителя с ОЭ включение резистора в цепь эмиттера без каких-либо дополнительных элементов, корректирующих работу каскада в полосе усиления, приводит к следующим последствиям: снижается общий коэффициент усиления каскада, повышаются его входное и выходное сопротивления, расширяется полоса усиливаемых частот, снижаются линейные и нелинейные искажения. Обычно для предотвращения снижения коэффициента усиления резистор шунтируют конденсатором, чье эквивалентное сопротивление в рабочем диапазоне частот оказывается крайне незначительным (т.е. эмиттер заземлен по переменному току). Пример такой схемы представлен на рис. 3.21.

Заметим, что в схеме на рис. 3.21 вследствие использования цепи ООС по выходному току при изменении температуры окружающей среды происходит непосредственная стабилизация коллекторного тока I_K . Однако такое решение не является единственным. Для стабилизации рабочей точки транзистора могут быть использованы и цепи ООС по выходному напряжению.

На рис. 3.22 приведена типовая схема усилительного каскада на биполярном транзисторе во включении с ОЭ, в которой применена цепь параллельной ООС по выходному напряжению (т.н. схема автоматического смещения). Стабилизирующее действие данного вида обратной связи основано на следующих процессах. Увеличение под влиянием внешних факторов постоянного коллекторного тока I_K транзистора приводит к увеличению падения напряжения на нагрузочном резисторе R_к и, как следствие, к уменьшению падения напряжения на оставшемся участке цепи протекания тока нагрузки ("коллектор-земля" или "коллектор-эмиттер" в схемах без резистора в эмиттерной цепи). Так как коллектор соединен с базой с помощью резистора , то одновременно снижается напряжение, подаваемое на эмиттерный переход транзистора Uбэ_о а это автоматически приводит к уменьшению токов I_Ко, I_Эо и возврату рабочей точки транзистора в прежнее положение.

Так же, как и ООС по току, параллельная ООС по напряжению оказывает влияние на многие параметры каскада: снижается общий коэффициент усиления, уменьшаются входное и выходное сопротивления, уменьшаются линейные и нелинейные искажения, расширяется полоса пропускания.

В реальных усилительных каскадах уменьшение входного сопротивления приводит к еще большему снижению общего коэффициента усиления. Кроме того, качество стабилизации рабочей точки по постоянному току в данном виде ООС несколько хуже, чем при применении ООС по току нагрузки. Все это обусловливает достаточно редкое применение данной схемы на практике. Несколько большее распространение получили различные ее модификации, в которых с помощью небольших изменении цепей смещения удается улучшить отдельные наиболее важные показатели усилительного каскада. Примеры некоторых таких схем приведены на рис. 3.23, 3.24.

Рис. 3.24. Варианты модификаций цепей смещения в схеме с ООС по напряжению