Способы напряжение смещения транзистора

Методы смещения транзистора

Смещение в транзисторных цепях осуществляется с помощью двух источников постоянного тока V _BB и V _CC . Экономично сводить источник постоянного тока к одному источнику вместо двух, что также упрощает схему.

Обычно используемые методы смещения транзистора

• Метод базового резистора
• Коллектор на базовый уклон
• Смещение с резистором обратной связи коллектора
• Смещение делителя напряжения

Все эти методы имеют один и тот же базовый принцип получения требуемых значений I _B и I _C из V _CC в условиях нулевого сигнала.

Метод базового резистора

В этом методе резистор R _B с высоким сопротивлением подключается к базе, как следует из названия. Требуемый нулевой базовый ток сигнала обеспечивается V _CC, который протекает через R _B. Основание эмиттерного соединения смещено вперед, так как база положительна по отношению к эмиттеру.

Требуемое значение нулевого базового тока сигнала и, следовательно, тока коллектора (как I _C = βI _B ) может быть выполнено путем выбора правильного значения базового резистора RB. Следовательно, значение R _B должно быть известно. На рисунке ниже показано, как выглядит метод смещения схемы с базовым резистором.

Пусть I _C будет требуемым нулевым током коллектора сигнала. Следовательно,

I B = f r a c I C b e t a

Рассматривая замкнутую цепь от V _CC , базы, эмиттера и земли, применяя закон напряжения Кирхгофа, мы получаем,

V C C = I B R B + V B E

I B R B = V C C − V B E

R B = f r a c V C C − V B E I B

Поскольку V _BE обычно довольно мала по сравнению с V _CC , им можно пренебречь с небольшой ошибкой. Затем,

R B = f r a c V C C I B

Мы знаем, что V _CC является фиксированной известной величиной, и I _B выбирается при некотором подходящем значении. Поскольку R _B может быть найден напрямую, этот метод называется методом фиксированного смещения .

S = f r a c b e t a + 1 1 − b e t a l e f t ( f r a c d I B d I C r i g h t )

В методе смещения с фиксированным смещением I _B не зависит от I _C, так что

f r a c d I B d I C = 0

Подставляя вышеуказанное значение в предыдущее уравнение,

Коэффициент устойчивости, S = b e t a + 1

Таким образом, коэффициент устойчивости при фиксированном смещении равен (β + 1), что означает, что I _C изменяется (β + 1) в разы по сравнению с любым изменением I _CO .

преимущества

• Схема проста.
• Требуется только один резистор R _E.
• Условия смещения устанавливаются легко.
• Эффект нагрузки отсутствует, так как резистор отсутствует в соединении база-эмиттер.

Недостатки

Стабилизация плохая, поскольку выделение тепла невозможно остановить.

Коэффициент устойчивости очень высок. Так что есть большие шансы на тепловое убегание.

Стабилизация плохая, поскольку выделение тепла невозможно остановить.

Коэффициент устойчивости очень высок. Так что есть большие шансы на тепловое убегание.

Следовательно, этот метод используется редко.

Коллектор на базовый уклон

Схема смещения между коллектором и базой такая же, как и схема смещения базы, за исключением того, что резистор R _B базы возвращается к коллектору, а не к источнику питания V _CC, как показано на рисунке ниже.

Эта схема помогает значительно улучшить стабильность. Если значение I _C увеличивается, напряжение на R _L увеличивается, и, следовательно, V _CE также увеличивается. Это в свою очередь уменьшает базовый ток I _B. Это действие несколько компенсирует первоначальное увеличение.

Требуемое значение R _B, необходимое для задания тока I _C коллектора нулевого сигнала, можно рассчитать следующим образом.

Падение напряжения на R _L будет

R L = ( I C + I B ) R L c o n g I C R L

I C R L + I B R B + V B E = V C C

I B R B = V C C − V B E − I C R L

R B = f r a c V C C − V B E − I C R L I B

R B = f r a c ( V C C − V B E − I C R L ) b e t a I C

Применяя КВЛ мы имеем

( I B + I C ) R L + I B R B + V B E = V C C

I B ( R L + R B ) + I C R L + V B E = V C C

Источник



Методы смещения транзистора

Смещение в транзисторных цепях осуществляется с помощью двух источников постоянного тока V _BB и V _CC . Экономично сводить источник постоянного тока к одному источнику вместо двух, что также упрощает схему.

Обычно используемые методы смещения транзистора

• Метод базового резистора
• Коллектор на базовый уклон
• Смещение с резистором обратной связи коллектора
• Смещение делителя напряжения

Все эти методы имеют один и тот же базовый принцип получения требуемых значений I _B и I _C из V _CC в условиях нулевого сигнала.

Метод базового резистора

В этом методе резистор R _B с высоким сопротивлением подключается к базе, как следует из названия. Требуемый нулевой базовый ток сигнала обеспечивается V _CC, который протекает через R _B. Основание эмиттерного соединения смещено вперед, так как база положительна по отношению к эмиттеру.

Требуемое значение нулевого базового тока сигнала и, следовательно, тока коллектора (как I _C = βI _B ) может быть выполнено путем выбора правильного значения базового резистора RB. Следовательно, значение R _B должно быть известно. На рисунке ниже показано, как выглядит метод смещения схемы с базовым резистором.

Пусть I _C будет требуемым нулевым током коллектора сигнала. Следовательно,

Рассматривая замкнутую цепь от V _CC , базы, эмиттера и земли, применяя закон напряжения Кирхгофа, мы получаем,

Поскольку V _BE обычно довольно мала по сравнению с V _CC , им можно пренебречь с небольшой ошибкой. Потом,

Мы знаем, что V _CC является фиксированной известной величиной, и I _B выбирается при некотором подходящем значении. Поскольку R _B может быть найден напрямую, этот метод называется методом фиксированного смещения .

В методе смещения с фиксированным смещением I _B не зависит от I _C, так что

Подставляя вышеуказанное значение в предыдущее уравнение,

Коэффициент устойчивости, $ S = \ beta + 1 $

Таким образом, коэффициент устойчивости при фиксированном смещении равен (β + 1), что означает, что I _C изменяется (β + 1) в разы по сравнению с любым изменением I _CO .

преимущества

• Схема проста.
• Требуется только один резистор R _E.
• Условия смещения устанавливаются легко.
• Эффект нагрузки отсутствует, так как в соединении база-эмиттер отсутствует резистор.

Недостатки

Стабилизация плохая, поскольку выделение тепла невозможно остановить.

Коэффициент устойчивости очень высок. Так что есть большие шансы на тепловое убегание.

Следовательно, этот метод используется редко.

Коллектор на базовый уклон

Схема смещения между коллектором и базой такая же, как и схема смещения базы, за исключением того, что резистор R _B базы возвращается к коллектору, а не к источнику питания V _CC, как показано на рисунке ниже.

Эта схема помогает значительно улучшить стабильность. Если значение I _C увеличивается, напряжение на R _L увеличивается, и, следовательно, V _CE также увеличивается. Это в свою очередь уменьшает базовый ток I _B. Это действие несколько компенсирует первоначальное увеличение.

Требуемое значение R _B, необходимое для задания тока I _C коллектора нулевого сигнала, можно рассчитать следующим образом.

Падение напряжения на R _L будет

$$ R_L = (I_C + I_B) R_L \ cong I_C R_L $$

$$ I_C R_L + I_B R_B + V_ = V_ $$

$$ I_B R_B = V_ — V_ — I_C R_L $$

$$ R_B = \ frac <(V_ — V_ — I_C R_L) \ beta> $$

Применяя КВЛ мы имеем

$$ (I_B + I_C) R_L + I_B R_B + V_ = V_ $$

$$ I_B (R_L + R_B) + I_C R_L + V_ = V_ $$

Поскольку V _BE практически не зависит от тока коллектора, мы получаем

Это значение меньше, чем (1 + β), которое получается для цепи с фиксированным смещением. Таким образом, происходит улучшение стабильности.

Эта схема обеспечивает отрицательную обратную связь, которая уменьшает усиление усилителя. Таким образом, повышенная устойчивость коллектора к цепи смещения базы достигается за счет усиления напряжения переменного тока.

Смещение с резистором обратной связи коллектора

В этом методе базовый резистор R _B имеет один конец, соединенный с базой, а другой с коллектором, как следует из его названия. В этой схеме нулевой базовый ток сигнала определяется V _CB, но не V _CC .

Понятно, что V _CB смещает вперёд база-эмиттер и, следовательно, ток I _B базы протекает через R _B. Это заставляет ток коллектора нулевого сигнала течь в цепи. На рисунке ниже показано смещение цепи резистора обратной связи коллектора.

Требуемое значение R _B, необходимое для задания нулевого тока I _C сигнала, может быть определено следующим образом.

Источник

Понятие рабочей точки. Основные способы подачи смещения во входные цепи транзисторов

2020-06-08
66

Для нормальной работы усилительного каскада необходимо выбрать и задать для транзистора в усилительном каскаде определенный режим работы по постоянному току, который определяется значениями постоянного тока I_к0 и напряжения U_кэ0. Току I_к0 соответствуют определенные значения I_б0 и U_бэ0. Параметры I_к0, I_б0 и U_бэ0 задают на вольт-амперных характеристиках транзистора точку, которая называется рабочей точкой или точкой покоя.

В транзисторах резисторных каскадов предварительного усиления между входными электродами (базой — эмиттером (коллектором) или затвором -истоком (стоком)) подают небольшое постоянное напряжение – напряжение смещения. Его величина составляет для германиевых транзисторов (0,1 ¸ 0,5) В, для кремниевых – (0,2 ¸ 1,0) В.

В приведенной ранее на рис.1 схеме усилительного каскада используются два источника постоянного напряжения, это неудобно с конструктивной точки зрения. Более практичны схемы с одним источником питания. Напряжение смещения обычно подается от того же источника, от которого питается и выходная цепь транзистора. Существуют два основных способа подачи смещения: фиксированным током и фиксированным напряжением.

Подача смещения фиксированным током базы

Простейшая схема усилителя с ОЭ, называемая схемой с фиксированным током базы (рис.3а), содержит всего три пассивных элемента: , , .

С резистора снимается усиленное выходное напряжение, резистор служит для создания смещения на базе транзистора (для создания необходимого напряжения между базой и эмиттером), а конденсатор (разделительный) вводят в схему для предотвращения падения постоянного напряжения из внешних цепей на базу транзистора. В отсутствии сигнала:

В связи с тем, что ток базы очень резко возрастает, при увеличении напряжения в любом транзисторе (рис.3б), можно принять, что для германиевых транзисторов , для кремниевых , а для арсенидгаллиевых .

На практике вместо выражения (1) часто пользуются более простым соотношением:

т.е, при фиксированном напряжении питания Е_к и конкретном значении R_б ток базы имеет фиксированное значение.

Работа реальной схемы с фиксированным током базы оказывается неудовлетворительной из-за нестабильного положения рабочей точки транзистора. Главными причинами, влияющими на положение рабочей точки, являются изменения температуры окружающей среды, вызывающее изменения напряжения U_бэ0, теплового тока коллекторного перехода I_т.п. (I_к0 = I_б0 h_21э + I_т.п., где (h_21э — статический коэффициент усиления по току транзистора в схеме с общим эмиттером)и самого h_21э. При изменении температуры от -40 до +40 0 С напряжение коллектора и коллекторный ток изменяются примерно в 1,4…1,5 раза. Лучшую стабильность рабочей точки обеспечивает схема подачи смещения фиксированным напряжением база-эмиттер.

Подача смещения фиксированным напряжением база-эмиттер

Напряжение смещение подается через делитель R1 – R2 (рис. 4).

R2 выбирается по величине гораздо меньшим, чем входное сопротивление транзистора, так что ток I_д, протекающий через R2 невелик (I_д = (5 ÷10) I_б0 для каскадов предварительного усиления, I_д = (1 ÷ 5) I_б0 – для мощных оконечных каскадов). Это позволяет записать

Источник