Коллекторное напряжение

В схеме на 18.6, а стабилизация режима достигается включением резистора между базой и коллектором. При этом транзистор оказывается охваченным параллельной ООС по напряжению. Это приводит к уменьшению входного и выходного сопротивлений, а также к стабилизации режима. Такой способ получил название коллекторной стабилизации. Каскады с коллекторной стабилизацией сохраняют нормальную работу при перепадах температуры до 30° С и изменении (36 т транзисторов до двух раз.

Однако схема коллекторной стабилизации обеспечивает меньшую стабильность тока покоя коллектора по сравнению со схемой эмиттерной стабилизации. Это обусловлено большим сопротивлением резистора /?б и относительно небольшим входным сопротивлением каскада. В усилителях на дискретных элементах коллекторная стабилизация тока покоя коллектора используется сравнительно редко, но в каскадах, выполненных по интегральной технологии, подобные схемы встречаются часто.

На 3.15 приведены варианты стабилизации рабочей точки отрицательной обратной связью, снимаемой с коллектора или коллекторной стабилизации. К сопротивлению R\ приложена

Для коллекторной стабилизации '( З.Ш) расчётные формулы имеют следующий вид:

В наиболее сложных условиях работы (большой перепад температуры, значительный разброс параметров, жесткие требования к стабильности режима работы) находит применение эмиттерно-коллектор'ная стабилизация, схема которой ( 4.68) совмещает элементы змиттерной и коллекторной стабилизации.

В этой схеме .для того, чтобы избежать свойственного коллекторной стабилизации эффекта снижения входного сопротивления, используется еще один резистор ^'/, образующий вместе с коя* денсатором C'j фильт]р, назначение которого рассматривается «иже в п. 5.12. Конденсатор С'/ достаточно большой емкости блокирует обратную связь по сигналу, которая действует только для медленных изменений тока.

из которых 'Следует, что добавление коллекторной стабилизации к змиттерной эквивалентно уменьшению i/?& и увеличению RE', как было показано, и то и другое способствует повышению стабильности (режима. Изменение коллекторного тока и здесь определяется по ф-ле (4.211), в которой J?& и КЕ заменяются на RM я REO-

Интересно, что схема с эмиттерной стабилизацией позволяет получить такую же малую нестабильность тока Д/с =0,76 мА (нижняя строка таблицы), но только за счет увеличения RE с 300 ДО 620 Ом (при Rb-\ кОм). ОтСВДЗ МОЖ-по сделать вывод, что использование эмиттерно-коллекторной стабилизации целесообразно в тех случаях, когда выбор сравнительно большой величины сопро-

Конденсатор С'/, как правило, берется большой емкости, но он влияет на характеристики в том случае, если резистор фильтра /?'/ используется для коллекторной стабилизации (раде. 4.68).

"25. 'Войшвилло Г. В. Влияние фильтра Сф^ф на характеристики резисторного каскада при использовании '/?ф для коллекторной стабилизации. — «Радиотехника», т. 23, 1968, № 12, с. 98—99.

Резистор /?ф и конденсатор Сф являются элементами фильтра. Одновременно резистор /?ф служит для коллекторной стабилизации рабочей точки. Конденсатор Сф образует цепь низкого сопротивления для переменной составляющей тока, потребляемого каскадом от источника ?к. Это необходимо для того, чтобы в общих для нескольких каскадов усилителя цепях источника EY, не было переменного тока, способного вызвать паразитные связи между ними по цепям питания.

Напряжение Udc поступает на входы усилителей-ограничителей, собранных на транзисторах Т\, Т2. Питающее коллекторное напряжение подается на транзисторы с мостового выпрямителя (диоды Д5—Д8 и фильтр /?ф, Сф). Усилители на транзисторах TI, Т2 работают поочередно. При udc>0 диод Д\ шунтирует вход транзистора Гь а при и<гс<0 диод Д2 шунтирует вход транзистора 7V

Ограничение по допустимой мощности коллектора не является единственным. Если между коллектором и эмиттером приложено слишком высокое напряжение, то может произойти электрический пробой коллекторного перехода, поэтому необходимо, чтобы при работе транзистора коллекторное напряжение было меньше допустимого:

Существенным недостатком транзисторов является зависимость их параметров от температуры. При повышении температуры транзистора увеличивается коллекторный ток за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это приводит к изменению коллекторных характеристик транзистора ( 5.8). При увеличении коллекторного тока на Д/к коллекторное напряжение уменьшается на &UK=RR Д/к. Это вызывает смещение рабочей точки на коллекторной ( 5.8) и переходной характеристиках. В некоторых случаях повышение

Рассмотренный способ температурной стабилизации называют эмиттерной стабилизацией. Недостатком его является необходимость повышения напряжения питания коллекторной цепи, так как при включении резистора R3 в эмиттерную цепь коллекторное напряжение уменьшается за счет падения напряжения на резисторе R3.

В случае коллекторной температурной стабилизации напряжение обратной связи подается из коллекторной цепи в цепь базы с помощью резисторов с сопротивлениями Ru—Re ( 5.10), включенных между коллектором и базой транзистора. При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, а коллекторное напряжение уменьшается. Это приводит к снижению потенциала базы, а следовательно, к уменьшению тока базы /g и коллекторного тока /к, который стремится к своему первоначальному значению. В результате коллекторный ток и коллекторное напряжение изменяются незначительно. Таким образом, введение резисторов с сопротивлениями Rf, и R& приводит к существенному ослаблению влияния температуры на характеристики усилительного каскада.

этих случаях используют транзисторные ключи. На 8.13, а приведена схема ключа на биполярном транзисторе. Входная (управляющая) цепь здесь отделена от выходной (управляемой) цепи. Ключ мало отличается от усилителя, выполненного по схеме с общим эмиттером. Однако транзистор работает в ключевом режиме, характеризуемом двумя состояниями. Первое состояние определяется точкой А! на выходных характеристиках транзистора; его называют режимом отсечки. В режиме отсечки ток базы /б=0, коллекторный ток /Ki равен начальному коллекторному току, а коллекторное напряжение UK—UKi^EK ( 8.13, б). Режим отсечки реализуется при отрицательных потенциалах базы. Второе состояние определяется точкой А 2 и называется режимом насыщения. Он реализуется при положительных потенциалах базы. При этом ток базы определяется в основном сопротивлением резистора /?б и I(,^ = UBJR^, поскольку сопротивление открытого эмиттерного перехода мало. Коллекторный переход также открыт, и ток коллектора IK^EJRK, а коллекторное напряжение i/K2»0. Из режима отсечки в режим насыщения транзистор переводится воздействием положительного входного напряжения. При этом повышению входного напряжения (потенциала базы) соответствует понижение выходного напряжения (потенциала коллектора), и наоборот. Такой ключ называют инвертирующим (инвертором). В рассмотренном транзисторном ключе уровни выходного напряжения, соответствующие режимам отсечки и насыщения, стабильны и почти не зависят от температуры.

На 11.4 приведена схема фотоэлектронного реле с фоторезистором и двухкаскадным уси- 11.4. Схема фотоэлектронного реле лителем на биполярных транзисторах типа р-п-р. Если фоторезистор не освещен, то потенциалы базы и эмиттера транзистора 7\ определяются делителями #j/?2 и R3R&, подключенными к источнику коллекторного напряжения. Значения сопротивлений этих делителей подобраны таким образом, что при неосвещенном фоторезисторе потенциал эмиттера транзистора Тг оказывается более положительным, чем потенциал базы. При этом коллекторный ток транзистора 7\ велик, а коллекторное напряжение мало. Потенциал базы транзистора Г2 при этих условиях имеет положительный потенциал относительно потенциала эмиттера, поэтому коллекторный ток транзистора Т2 практически равен нулю.

Рассмотрим значения толщины базы to, w' и коллекторного перехода dK, & при различных значениях коллекторного напряжения ?/КБ и UKB с помощью диаграмм, представленных на 6.5, б. Из этих диаграмм видно, что при заданном токе /э на входе и изменении напряжения t/кв на t/кв одновременно с сокращением ширины базы изменяется распределение концентрации зарядов рп, так что прямая / переходит в прямую 2, имеющую больший угол наклона. Такому изменению распределения соответствует увеличение эмиттерного напряжения. Следовательно, коллекторное напряжение, модулируя толщину базы, одновременно воздействует на эмиттерное напряжение. Это влияние можно определить как внутреннюю обратную связь по напряжению с коэффициентом обратной связи, равным

Для повышения надежности работы транзисторов рекомендуется выбирать рабочие напряжения так, чтобы они не превышали 0, 7... 0, 8 предельных значений. Учитывая максимальное коллекторное напряжение, для нашей схемы нужен транзистор, у которого постоянное напряжение, коллектор — эмиттер

Выбираем номинальное сопротивление 10 кОм±5 % [9]. Мощность, рассеиваемая на резисторе R5, учитывая максимальное коллекторное напряжение, будет:

Из 3.23 видно, что в активном режиме коллекторное напряжение не оказывает кб влияния на выходные характеристики схемы ОБ. Такой вывод оправдан для большинства практических случаев. В действительности с повышением обратного коллекторного напряжения ток коллектора в активном режиме будет слабо возрастать (пунктирные кривые на 3.23) за счет увеличения обратного коллекторного тока /К0 (2.79) и коэффициента передачи эмиттерного тока ссдт (3.6).