А. Красько - Схемотехника аналоговых электронных устройств

Рисунок 2.19. Каскад с коллекторной термостабилизацией (а) и его варианты (б, в)

R б определяется соотношением:

т.к. U к 0>> U б 0.

Термостабилизация в этой схеме осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС), введенной в каскад путем включения R б между базой и коллектором БТ. Механизм действия ООС можно пояснить следующей диаграммой:

T ⇑⇒ I ⇑ к 0⇒ U ⇓ к 0⇒ I ⇓ б 0⇒ I ⇓ к 0,

↑←←←←петля ООС ←←←←↓

где символами ⇑ и ⇓ показано, соответственно, увеличение и уменьшение соответствующего параметра. Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:

Из этих формул видно, что данная схема имеет лучшую термостабильность ( S T 1 и S T 2 меньше единицы), чем схема с фиксированным током базы.

В схеме коллекторной термостабилизации ООС влияет и на другие характеристики каскада, что должно быть учтено. Механизм влияния данной ООС на характеристики каскада будет рассмотрен далее. Схемные решения, позволяющие устранить ООС на частотах сигнала, приведены на рисунках 2.19б,в.

В большинстве случаев, наилучшими свойствами среди простейших (базовых) схем термостабилизации обладает эмиттерная схема термостабилизации показанная на рисунке 2.20.

Рисунок 2.20. Каскад с эмиттерной термостабилизацией

Эффект термостабилизации в этой схеме достигается:

◆ фиксацией потенциала U б выбором тока базового делителя I д >> I б 0, U б ≈const.

◆ введением по постоянному току ООС путем включения резистора R э . На частотах сигнала эта ООС устраняется шунтированием резистора R э емкостью C э .

Напряжение U бэ 0 определяется как:

U бэ 0 = U б – U Rэ .

Механизм действия ООС можно изобразить следующей диаграммой:

T ⇑⇒ I ⇑ к 0⇒ U ⇓ Rэ ⇒ U ⇓ бэ 0⇒ I ⇓ б 0⇒ I ⇓ к 0,

↑←←←←петля ООС ←←←←↓

где символами ⇑ и ⇓ показано, соответственно, увеличение и уменьшение соответствующего параметра. Эскизный расчет эмиттерной схемы термостабилизации маломощного каскада можно проводить в следующей последовательности:

◆ Зададимся током делителя, образованного резисторами R б 1 и R б 2:

I д = (3…10) I б 0;

◆ выбираем U Rэ = (0,1…0,2) E к ≈ (1…5) В, и определяем номинал R э :

◆ определяем потенциал U б :

U б = U Rэ + U бэ 0;

◆ рассчитываем номиналы резисторов базового делителя:

R б 1= U б / I д ,

где E к = U к 0+ U Rэ + I к 0 R к , Rк определяется при расчете сигнальных параметров каскада.

Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:

S T 1≈ 1/(1 + S 0· R э ),

Здесь R 12 — параллельное соединение резисторов R б 1 и R б 1.

Для каскадов повышенной мощности следует учитывать требования экономичности при выборе I д и U Rэ .

Анализ полученных выражений показывает, что для улучшения термостабильности каскада следует увеличивать номинал R э и уменьшать R 12.

Для целей термостабилизации каскада иногда используют термокомпенсацию .Принципиальная схема каскада с термокомпенсацией приведена на рисунке 2.21.

Рисунок 2.21. Каскад с термокомпенсацией

Здесь в цепь базы транзистора включен прямосмещенный диод D, температурный коэффициент стабилизации напряжения (ТКН) которого равен ТКН эмиттерного перехода БТ. При изменении температуры окружающей среды напряжение U бэ 0 и напряжение на диоде Δφ 0 будет меняться одинаково, в результате чего ток покоя базы I б 0 останется постоянным. Применение этого метода особенно эффективно в каскадах на кремниевых транзисторах, где основную нестабильность тока коллектора порождает Δ U бТ (из-за относительной малости Δ I кбо ). Наилучшая реализация этого метода термокомпенсации достигается в ИМС, где оба перехода естественным образом локализуются в пределах одного кристалла и имеют совершенно одинаковые параметры. Возможно применение других термокомпенсирующих элементов и цепей, например, использующих сочетания БТ и ПТ. Большой класс цепей, питающих БТ, составляют схемы с двумя источниками питания ,пример одной из них приведен на рисунке 2.22.

Рисунок 2.22. Каскад с двуполярным питанием

По сути, это схема эмиттерной термостабилизации, у которой "жестко" зафиксирован потенциал U б , , а S T 12≈1/ H 21 э .

Следует отметить возможность применения данных схем термостабилизации при любой схеме использования БТ в любой комбинации.

Вариант схемы каскада с ОБ с эмиттерной схемой термостабилизации приведен на рисунке 2.23, схема каскада для частот сигнала — на рисунке 2.24.

Рисунок 2.23. Усилительный каскад с ОБ

Рисунок 2.24. Схема каскада с ОБ для частот сигнала

Каскад с ОБ называют еще "повторителем тока", т.к. коэффициент передачи по току этого каскада меньше единицы:

K I = I вых / I вх = I к / I э = H 21э/(1 + H 21э) = H 21б.