Задание рабочей точки биполярного транзистора (БТ) в схеме с фиксированным током базы. Основные расчетные соотношения.

Схема с фиксированным током базы.

Режим по постоянному току задается с помощью резисторов Rб, Rк и источника питания Uип (рис. 3.7). Уравнение для входной цепи согласно второму закону Кирхгофа имеет вид

где UБЭ≈(0,6…0,8) В (напряжение на открытом эмиттерном переходе кремниевого БТ), т.е. UБЭ << UИП, поэтому ток в цепи базы IБ≈UИП/RБ не зависит от параметров транзистора, а определяется параметрами входной цепи. Для выходной цепи уравнение по второму закону Кирхгофа имеет вид

С учетом связи IК≈h21Э IБ видно, что внешние элементы, задавая ток покоя базы IБ, тем самым определяют ток покоя коллектора IК.

Рассмотрим принцип работы усилителя на примере простейшей схемы (рис. 3.7). Усиливаемый сигнал U вх подается на базу транзистора через конденсатор C1 большой емкости. Выходной сигнал через конденсатор C2 большой емкости подается на нагрузку с сопротивлением Rн , которой может служить следующий усилительный каскад. На рис.3.8, а представлено семейство выходных ВАХ транзистора, на котором показано положение рабочей точки, соответствующей активному режиму работы БТ. Она лежит на пересечении характеристики, соответствующей току базы IБ=IБО≈ Uип/ RБ, и нагрузочной прямой, которая задается уравнением Iк=( Uип-Uкэ)/Rк . Данная прямая

строится по двум точкам, одна из которых лежит на оси абсцисс (Uкэ=Uип ),

а другая – на оси ординат (Iк=Uип/Rк). Точка А определяет постоянные составляющие коллекторного тока Iко и напряжения Uкэо . На семействе входных характеристик (рис.3.8, б) соответствующая рабочая точка находится на

пересечении прямой IБ= IБО и характеристики, соответствующей напряжению Uкэ= Uкэо.

Пусть на входе действует переменное гармоническое напряжение с низкой частотой и малой амплитудой U вх m. Тогда рабочая точка будет перемещаться вдоль отрезка ВАС, лежащего на одной входной характеристике (рис. 3.8, б), поскольку положение входных характеристик в активном режиме слабо зависит от напряжения Uкэ . На семействе выходных характеристик (рис. 3.8, а) при отсутствии резистора нагрузки рабочая точка будет перемещаться по отрезку нагрузочной прямой, ограниченному точками В и С, которые лежат на характеристиках, соответствующих

Поскольку амплитуды входных и выходных токов и напряжений усилителя связаны соотношениями и

то коэффициент усиления по напряжению

а коэффициент усиления по мощности

Недостатком рассмотренного способа задания рабочей точки является сильное влияние изменения температуры, параметров транзистора, напряжения питания на положение рабочей точки. При увеличении температуры растет величина h21Э, что приводит к увеличению IК, и точка покоя смещается в сторону режима насыщения. Использование в этой схеме транзисторов с параметрами, отличными от принятых при расчете, также приводит к сильному изменению положения рабочей точки. Для температурной стабилизации рабочей точки транзисторов усилительных каскадов используется отрицательная обратная связь по постоянному току или напряжению.