Схема термостабилизации с ООС по напряжению база-эмиттер

9.2. Схема термостабилизации с ООС по напряжению база-эмиттер

Рис. 9.3. Схема усилителя ОЭ с цепями термостабилизации с ООС по напряжению база-эмиттер

Такую схему называют также схемой с фиксированным напряжением базы или схемой эмиттерной стабилизации. Особенность схемы состоит в том, что напряжение на базе транзистора определяется делителем напряжения на резисторах смещения R_см1 и R_см2:

Ток I_Д, протекающий по резисторам смещения, выбирается  в 10 раз больше, чем ток базы транзистора в рабочей точке

для того чтобы ток базы не нагружал делитель напряжения, и не влиял на напряжение на базе транзистора U_Б.

Напряжение на эмиттере транзистора относительно общего провода схемы определяется падением напряжения на резисторе R_Э от протекающего по нему тока I_Э0

. (9.6)

В выражении (9.6) для упрощения можно считать, что ток эмиттера примерно равен току коллектора.

Ток базы транзистора в данной схеме будет зависеть от напряжения между базой и эмиттером, которое определяется как разность напряжений на базе и на эмиттере

, (9.7)

и, следовательно, зависит от тока коллектора.

Из выражений (9.3)…(9.7) можно записать последовательность зависимостей:

,

растёт температура, растёт ток коллектора, увеличивается напряжение на эмиттере, уменьшается напряжение между базой и эмиттером, уменьшается ток базы, уменьшается ток коллектора. То есть, действие вызвало пропорциональное противодействие. Это называется отрицательной обратной связью по напряжению база-эмиттер. Цель термостабилизации достигнута.

Преимущество такой схемы термостабилизации заключается в её универсальности (можно применять как на низкой, так и высокой частоте) и высоком качестве стабилизации, которое будет тем лучше, чем больше будет сопротивление R_Э.

Однако схема обладает рядом недостатков.

Во-первых, достаточно большой ток делителя требует применения резисторов смещения существенно меньшей величины, чем в схеме на рис. 9.2. Из-за этого входное сопротивление схемы для усиливаемых сигналов уменьшается, что требует большей мощности источника сигнала. Одновременно большой ток делителя нагружает источник питания и снижает коэффициент полезного действия схемы.

Во-вторых, коэффициент усиления по напряжению данной схемы сильно зависит от величины R_Э, и приближённо может быть определён из выражения

то есть чем больше будет сопротивление R_Э, и, следовательно, чем лучше качество термостабилизации, тем меньше будет коэффициент усиления по напряжению.

Чтобы исключить это нежелательное явление, параллельно резистору R_Э включают шунтирующий конденсатор C_Э, который не влияет на режим работы транзистора по постоянному току (то есть на термостабилизацию), но позволяет избежать снижения коэффициента усиления по напряжению. Для этого ёмкость конденсатора С_Э должна быть такой, чтобы его сопротивление переменному току на самой низкой частоте усиливаемого сигнала было  в 10 раз меньше, чем R_Э:

. (9.9)

Поэтому схема термостабилизации с ООС по напряжению база-эмиттер применяется в сложных транзисторных схемах, преимущественно с питанием от сети, где решающим фактором служит качество термостабилизации, а температура изменяется в диапазоне от -30⁰ до +45⁰ С.

Более подробные сведения о термостабилизации режима работы транзисторов приведены в литературе [20].

Контрольные вопросы

1. Почему следует применять термостабилизацию рабочей точки в усилителе?

2. Нарисуйте схему термостабилизации с ООС по току базы и поясните её работу. Перечислите достоинства и недостатки данной схемы.

3. Нарисуйте схему термостабилизации с ООС по напряжению база-эмиттер и поясните её работу. Перечислите достоинства и недостатки данной схемы.