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 меняется в зависимости от температуры, разброса параметров самих транзисторов, напряжения питания, радиации.
Наилучшими параметрами обладает схема эмиттерной стабилизации, однако в ряде случаев для стабилизации режима транзисторного каскада достаточно коллекторной стабилизации. Особенно это можно сказать про схемы усилителей радиочастоты и усилителей промежуточной частоты. Схема коллекторной стабилизации в каскаде с общим эмиттером приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема коллекторной стабилизации в каскаде с общим эмиттером
Схема коллекторной стабилизации в каскаде с общим коллектором приведена на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема коллекторной стабилизации в каскаде с общим коллектором
В данной схеме резистор из цепи коллектора перемещен в цепь эмиттера. С точки зрения физики работы коллекторной стабилизации это не имеет никакого значения. Подобным же образом выглядит и схема коллекторной стабилизации в каскаде с общей базой. Подобным же образом выглядит и схема коллекторной стабилизации в каскаде с общей базой. Схема коллекторной стабилизации в каскаде с общей базой приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема коллекторной стабилизации в каскаде с общей базой
В данной схеме в качестве нагрузки каскада по переменному току служит дроссель L1. Он не обладает сопротивлением постоянному току, поэтому схема коллекторной стабилизации, приведенная на рисунке 3, не отличается от схемы, приведенной на рисунке 2. В качестве варианта данной схемы сопротивление R1 и дроссель L1 могут поменяться местами. В этом случае резистор R1 будет являться нагрузкой каскада, а дроссель L1 обеспечивать путь протекания постоянного тока.
Все приведенные схемы по постоянному току эквивалентны. Обобщенная схема коллекторной стабилизации (схема включения по постоянному току) приведена на рисунке 4.
Рисунок 4. Обобщенная схема коллекторной стабилизации
Рассмотрим работу коллекторной стабилизации. Пусть ток коллектора за счет дестабилизирующих факторов увеличился (повысилась температура транзистора, увеличилось напряжение питания или в схеме применили транзистор с большим коэффициентом усиления по току h21Э). По закону Ома на резисторе R2 увеличится падение напряжения, а так как напряжение на коллекторе равно:
то напряжение на коллекторе уменьшится. Это приведет к уменьшению напряжения на базе транзистора, что вызовет уменьшение тока базы. Так как ток коллектора можно определить из выражения
то ток коллектора тоже уменьшится и вернется к первоначальному значению. Рассмотренная цепочка рассуждений доказывает, что коллекторная стабилизация обеспечивает стабильность работы транзисторного каскада.
Теперь сравним эффективность работы эмиттерной и коллекторной стабилизации. В схеме эмиттерной стабилизации все падение напряжения на эмиттерном сопротивлении прикладывается к базовому переходу. В схеме коллекторной стабилизации напряжение на коллекторе уменьшается до напряжения UБЭ. В этой схеме присутствует делитель напряжения, образованный сопротивлениями R1 и Rвх. Он уменьшает глубину отрицательной обратной связи, а значит эффективность стабилизации.
Теперь рассмотрим как можно рассчитать значение элементов схемы коллекторной стабилизации. Напряжение на коллекторе
транзистора для получения максимального динамического диапазона выбирают равным половине питания схемы. Ток коллектора
выбирают, при котором будет максимальный коэффициент усиления транзистора (по справочнику) Обычно это
Резистор R1 расчитывается практически так же, как и в схеме с фиксированным током базы. Сначала определим ток базы:
Затем снова воспользуемся законом Ома:
