Порядок расчета цепей смещения биполярных транзисторов: Схема эмиттерно-базовой стабилизации с ООС по току и напряжению

Рис. 3.30. Схема эмиттерно-базовой стабилизации с ООС по току и напряжению

Основные расчетные соотношения:

\( R1 = \cfrac{{U_{КЭ}}_0 - {U_{БЭ}}_0 }{{I_д}_0 + \cfrac{{I_К}_0}{\beta_{СТ}}} = R2 \cfrac{{U_{КЭ}}_0 - {U_{БЭ}}_0}{{U_{БЭ}}_0 + {I_К}_0 \left( \cfrac{R2 + R_Э}{\beta_{СТ}} + R_Э \right)} \approx \)

\( \approx R_К \cfrac{{U_{КЭ}}_0 - {U_{БЭ}}_0}{U_П - {U_{КЭ}}_0 - {I_К}_0 \left( R_Э + R_К \right)} \) ;

\( R2 = \cfrac{{U_{БЭ}}_0 + R_Э {I_К}_0}{{I_д}_0} \approx \cfrac{R_К \left( {I_К}_0 R_Э + {U_{БЭ}}_0 \right)}{U_П - {U_{КЭ}}_0 - {I_К}_0 \left( R_Э + R_К \right)} \approx \)

\( \approx R1 \cfrac{{U_{БЭ}}_0 + R_Э {I_К}_0}{{U_{КЭ}}_0 - {U_{БЭ}}_0 - \cfrac{{I_К}_0 R1}{\beta_{СТ}}} \);

\( R_Э \approx \cfrac{R2 \left( {U_{КЭ}}_0 - {U_{БЭ}}_0 \right)}{{I_К}_0 R1} - \cfrac{{U_{БЭ}}_0}{{I_К}_0} - \cfrac{R2}{\beta_{СТ}} \approx \)

\( \approx \cfrac{R1 \left( U_П - {U_{КЭ}}_0 - {I_К}_0 R_К \right) - R_К \left( {U_{КЭ}}_0 - {U_{БЭ}}_0 \right)}{{I_К}_0 R1} \);

\( R_К = \cfrac{U_П R1 - \left( R1 + R2 \right) \left( {U_{КЭ}}_0 - {U_{БЭ}}_0 \right) + \cfrac{{I_К}_0 R1 R2}{\beta_{СТ}}}{{I_К}_0 R1 + {U_{КЭ}}_0 - {U_{БЭ}}_0} \approx \)

\( \approx \cfrac{R2 \left( U_П - {U_{КЭ}}_0 - {I_К}_0 R_Э \right)}{{I_К}_0 \left( R2 + R_Э \right) + {U_{БЭ}}_0}\) ;

\( {U_{КЭ}}_0 \approx \cfrac{R1  \left( U_П - {I_К}_0 R_Э \right) + R_К  \left( {U_{БЭ}}_0 - {I_К}_0 R1 \right)}{R1 + R_К} \);

\( {I_К}_0 \approx \cfrac{R2 \left( U_П - {U_{БЭ}}_0 \right) - {U_{БЭ}}_0 \left( R1 + R_К \right)}{R_Э \left( R1 + R_К \right) R2 \left( R_Э + R_К \right) + \cfrac{R1 R2}{\beta_{СТ}} } \);

\( {S_I}_К = 1 + \cfrac{R1 R2}{R_Э \left( R1 + R_К \right) R2 \left( R_Э + R_К \right) + \cfrac{R1 R2}{\beta_{СТ}}} \) ;

\( {F_U}_0 = 1 + \cfrac{{I_К}_0 R_К}{U_П}\);       \( {F_I}_0 = 1 + \cfrac{{I_Э}_0 R_Э}{U_П}\).

Комментарий

Номиналы всех сопротивлений очень слабо зависят от \(\beta_{СТ}\) (причем тем слабее, чем большим выбрано значение тока \({I_д}_0\) делителя напряжения \(R1\), \(R2\)). Коэффициент нестабильности \({S_I}_К\) самый низкий среди всех рассмотренных выше схем. Это обусловлено наличием в каскаде двух петель обратной связи. Зависимость \({S_I}_К\) от \({F_I}_0\) и \({F_U}_0\) сильно нелинейная. Тем не менее, если стоит задача разработки каскада с заданным значением коэффициента температурной нестабильности \({S_I}_К\), то могут быть найдены выражения, определяющие минимальные (или оптимальные по какому-либо параметру) значения для \({F_I}_0\) и \({F_U}_0\). В большинстве случаев выражения эти очень сложны и расчет каскада без компьютера становится весьма трудоемким. Один же из простейших способов — начать с выбора тока делителя \({I_д}_0\), рассчитать величины сопротивлений \(R1\), \(R2\), а затем и сопротивлений \(R_К\), \(R_Э\).

Схема эмиттерно-базовой стабилизации с ООС по току и напряжению (рис. 3.30) во многих случаях является оптимальным способом задания смещения практически в любых одиночных каскадах на биполярных транзисторах. Этим обусловлено ее очень частое применение. Основной проблемой разработчика здесь является устранение или коррекция влияния цепей ООС на частотах рабочего сигнала. Схема на рис. 3.30, хотя и рассматривалась нами отдельно, является лишь частным случаем более общей схемы, разбираемой далее (рис. 3.31). В общем случае допускается возможность гибкого задания глубины ООС по напряжению за счет разделения коллекторного резистора, других отличий у этих двух схем нет.