Эмиттерная стабилизация

Характеристики электронных устройств во многом определяются режимом работы транзистора. Однако режим работы транзистора зависит от многих факторов и в первую очередь от коэффициента усиления самого транзистора. Коэффициент усиления транзистора по току h21э меняется в зависимости от температуры, разброса параметров самих транзисторов, напряжения питания, радиации.

Для стабилизации режима работы транзистора (стабилизации тока коллектора) применяется отрицательная обратная связь по постоянному току и наилучшими характеристиками обладает схема эмиттерной стабилизации. В схемах усилителей радиочастоты и усилителей промежуточной частоты эмиттерная стабилизация применяется так же часто, как и в схемах усилителей низкой частоты. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общим эмиттером приведена на рисунке 1.

Схема эмиттерной стабилизации (схема включения транзистора с общим эмиттером)
Рисунок 1. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общим эмиттером

Обратите внимание, что схема приведена для полосового усилителя, такого как усилитель промежуточной частоты или усилитель радиочастоты. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общим коллектором приведена на рисунке 2.

Схема эмиттерной стабилизации (схема включения транзистора с общим коллектором)
Рисунок 2. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общим коллектором

Подобным же образом выглядит и схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общей базой. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общей базой приведена на рисунке 3.

Схема эмиттерной стабилизации (схема включения транзистора с общей базой)
Рисунок 3. Схема эмиттерной стабилизации в каскаде с общей базой

В этой схеме точно так же, как и в предыдущих схемах, напряжение на базу транзистора подается при помощи резистивного делителя напряжения R3R3, эмиттер подключен к корпусу через резистор R1. Как видно из рисунков 1...3 схема эмиттерной стабилизации в каскадах с различным включением транзистора по переменному току не изменяется. Меняются только точки подачи входного сигнала и подключения нагрузки. Поэтому работу схемы эмиттерной стабилизации можно рассмотреть без учета схемы включения транзистора по переменному току (общий эмиттер, общий коллектор, общая база).

Принцип работы эмиттерной стабилизации

Обобщенная схема эмиттерной стабилизации рабочей точки транзистора (схема включения по постоянному току) приведена на рисунке 4.

схема эмиттерной стабилизации рабочей точки транзистора
Рисунок 4. Обобщенная схема эмиттерной стабилизации

Рассмотрим как работает эта схема. В схеме эмиттерной стабилизации ток через резисторы R1 и R2 задается в несколько раз больше тока базы транзистора. В результате напряжение на базе транзистора не зависит от его тока базы. Пусть за счет увеличения температуры или напряжения питания увеличится коллекторный ток транзистора. Тогда по закону Ома увеличится падение напряжения на резисторе R3. Напряжение на эмиттере транзистора увеличилось. Но напряжение на базе транзистора равно сумме напряжения на эмиттере и напряжения база-эмиттер транзистора:

Uб = Uэ + Uбэ;

следовательно напряжение база-эмиттер транзистора будет:

Uбэ = UбUэ

Если напряжение на эмиттере увеличивается, то напряжение Uбэ уменьшается, а это приводит к уменьшению базового тока. Но ток коллектора связан с током базы известным соотношением:

iк = iб*h21э

Это приводит к тому, что ток коллектора тоже уменьшается до первоначального значения, чего мы и добивались изначально.

Точно такой же результат мы получим, если за счет температуры или других дестабилизирующих рабочую точку транзистора факторов ток коллектора попытается уменьшиться. Таким образом, эмиттерная стабилизация не позволяет измениться току коллектора относительно заданного нами значения.

Расчет элементов схемы эмиттерной стабилизациии

Пример 1 Теперь рассмотрим как можно рассчитать значение элементов схемы эмиттерной стабилизации, приведенной на рисунке 4. Такая схема соответствует схеме с общим коллектором (рисунок 2) или когда в качестве нагрузки используется дроссель (рисунки 1 и 2). Напряжение на эмиттере транзистора обычно выбирают равным половине питания схемы. Пусть наша схема питается от 3,3 В. Для кремниевых транзисторов напряжение база-эмиттер обычно равно 0,7 В. Напряжение на базе транзистора по закону Киргофа равно сумме напряжения на эмиттере и напряжения база-эмиттер транзистора. Поэтому напряжение на базе транзистора должно быть равно:

Uб = Uп/2 + Uбэ = 3,3 В/2 + 0,7 В = 2,4 В

Рассчитанное напряжение на базе транзистора может быть получено при помощи сопротивлений R1 и R2. Для того, чтобы транзистор не влиял на это напряжение, ток через эти резисторы выбирается в десять раз больше тока базы транзистора. Ток базы можно определить, задавшись рабочим током коллектора транзистора. Обычно задаются значением тока 5 мА. (Если требуется работа в режиме микропотребления, то можно выбрать меньший ток, например, в районе 100 мкА, но при этом резко упадет коэффициент усиления транзистора по току.) Тогда ток базы будет равен:

iб = iк/h21э = 5 мА/20 = 250 мкА

И тогда ток делителя через резисторы R1 и R2 определяется следующим образом:

iд = iб*10 = 250 мкА * 10 = 2,5 мА

Зная ток и напряжение на базе транзистора, по закону Ома можно определить сопротивление R2:

R2 = Uб/iд = 2,4 В/2,5 мА = 960 Ом

Точно так же зная ток и напряжение питания схемы, по закону Ома можно определить суммарное сопротивление R1 + R2:

R1 + R2 = Uп/iд = 3,3 В/2,5 мА = 1,32 кОм

Отсюда:

R1 = (R1 + R2) – R2 = 1,32 кОм – 960 Ом = 360 Ом

На первый взгляд достаточно маленькое значение. Однако следует учесть, что схемы с дросселем применяются на высоких частотах, где входное сопротивление каскада должно быть 50 Ом. Такое низкое сопротивление шунтироваться резисторами R1 и R2 уже не будет. На этом расчет элементов эмиттерной стабилизации можно считать законченым.

Пример 2 В широкополосных схемах в качестве нагрузки каскада обычно используется резистор. Тогда схема эмиттерной стабилизации преобразуется к виду, показанному на рисунке 5.

схема эмиттерной стабилизации транзистора с сопротивлением в цепи коллектора
Рисунок 5. Схема эмиттерной стабилизации при резистивной нагрузке каскада

В этом случае глубину обратной связи эмиттерной стабилизации приходится уменьшать. Основная задача усилительного каскада &mdsh; получить максимальное усиление и динамический диапазон. Поэтому сопротивление Rэ стараются выбрать исходя из компромисса: минимальное с точки зрения получения максимального динамического диапазона, но при этом достаточно большое для получения стабильности работы каскада.

Пусть в этом случае схема будет питаться от 5 В. Зададимся падением напряжения на резисторе Rэ 0,5 В. Тогда для обеспечения максимального динамического диапазона напряжение на Rэ должно быть равно половине от оставшегося напряжения:

формула расчета падения напряжения на Rк

А напряжение на коллекторе будет равно сумме половины оставшегося напряжения и напряжения эмиттера:

формула расчета напряжения на коллекторе транзистора

Дата последнего обновления файла 26.05.2020

Литература:

  1. Войшвилло Г. В. Усилительные устройства: Учебник для ВУЗов — М.: Радио и связь, 1983. стр. 114...116
  2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство — М.: Мир, 1982. стр. 32
  3. http://kurs.ido.tpu.ru/ Влияние температуры на работу усилительных каскадов
  4. http://radioforall.ru/ РадиоЛекторий Эмиттерная стабилизация
  5. http://www.rlocman.ru/ Искусство схемотехники. Часть 2 - Стабилизация режима

Вместе со статьей "Эмиттерная стабилизация" читают:

Схема каскада с фиксированным током базы
https://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/FiksTokBaz/

Схема каскада с фиксированным напряжением на базе
https://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/FiksNaprBaz/

Коллекторная стабилизация
https://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/KollStab/

Дифференциальный каскад
https://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/EmitStab/

Двухтактные усилители
https://digteh.ru/Sxemoteh/ShTrzKask/DvTaktUs/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 82 научных и научно-методических работ, в том числе 18 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика