Порядок расчета цепей смещения биполярных транзисторов: Схема эмиттерно-базовой стабилизации с ООС по току и дополнительным резистором в цепи базы

Рис. 3.32. Схема эмиттерно-базовой стабилизации с ООС по току и дополнительным резистором в цепи базы

Основные расчетные соотношения:

\( R_К = \cfrac{R1 + R_Б}{\beta_{СТ}} + \cfrac{{I_д}_0 R1 + {U_{БЭ}}_0 - {U_{КЭ}}_0}{{I_К}_0} = \)

\( = \cfrac{U_П - {U_{КЭ}}_0}{{I_К}_0} - \cfrac{\beta_{СТ} + 1}{\beta_{СТ}} R_Э \);

\( R_Э \approx \cfrac{U_П - {U_{БЭ}}_0 - {I_д}_0 R1}{{I_К}_0} - \cfrac{R1 + R_Б}{\beta_{СТ} + 1} \approx \)

\( \approx \cfrac{\beta_{СТ} \left( \beta_{СТ} - {S_I}_К \right) \left( U_П R_Б + {U_{БЭ}}_0 К1 \right)}{{I_К}_0 {S_I}_К R1 + \beta_{СТ}^2 \left[ U_П \left( {S_I}_К - 1 \right) - {I_К}_0 R1 \right]} \);

\( R1 = R2 \cfrac{\beta_{СТ} \left( U_П -  {U_{БЭ}}_0 \right) - {I_К}_0 \left[ R_Б + R_Э \left( 1 + \beta_{СТ} \right) \right]}{{I_К}_0 \left[ R2 + R_Б + R_Э \left( 1 + \beta_{СТ} \right) \right] +  \beta_{СТ} {U_{БЭ}}_0 } \approx \)

\( \approx U_П \cfrac{R_Э \left( {S_I}_К - 1 \right) - R_Б \left( 1 + \cfrac{{S_I}_К - 1}{\beta_{СТ}} \right)}{{U_{БЭ}}_0 \left( 1 + \cfrac{{S_I}_К - 1}{\beta_{СТ}} \right) + {I_К}_0 R_Э} \);

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

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

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

\( = \beta_{СТ} \cfrac{R2 \left( U_П - {U_{БЭ}}_0 \right) - {U_{БЭ}}_0 R1}{{I_К}_0 \left( R1 + R2 \right)} - \cfrac{R1 R2}{\left( R1 + R2 \right)} - \left( 1 + \beta_{СТ} \right) R_Э \);

\( {U_{КЭ}}_0 = \cfrac{{U_{БЭ}}_0 \left( R_Э \left( 1 + \beta_{СТ} \right) + \beta_{СТ} R_К \right)}{R_Э \left( 1 + \beta_{СТ} \right) + \cfrac{R1 R2}{R1 + R2} + R_Б} + \)

\( + \cfrac{U_П \left( \cfrac{R1 R2}{R1 + R2} + R_Б + \cfrac{R1 R_Э \left( 1 + \beta_{СТ} \right) - \beta_{СТ} R_К R2}{R1 + R2} \right)}{R_Э \left( 1 + \beta_{СТ} \right) + \cfrac{R1 R2}{R1 + R2} + R_Б} \);

\( {I_К}_0 = \beta_{СТ} \cfrac{R2 \left( U_П - {U_{БЭ}}_0 \right) - R1 {U_{БЭ}}_0}{\left[ R_Э \left( 1 + \beta_{СТ} \right) + R_Б \right] \left( R1 + R2 \right) + R1 R2} \);

\( {S_I}_К \approx 1 + \cfrac{R_д}{R_Э + \cfrac{R_д}{\beta_{СТ}}} \), где \( R_д = \cfrac{R1 R2}{R1 + R2} + R_Б \) ;

\( {F_I}_0 = 1 + \cfrac{R_Э {I_Э}_0}{U_П} \).

Комментарий

С первого взгляда может показаться, что включение дополнительного резистора \(R_Б\) в схеме на рис. 3.32 лишено всякого смысла, поскольку режим работы по постоянному току совершенно не меняется по сравнению со схемой на рис. 3.28. Однако в дальнейшем будет показано, что для улучшения характеристик каскада в рабочей полосе частот рассмотренная схема может пригодиться. Основное ее достоинство в том, что при определенных условиях она может обеспечить значительное увеличение входного сопротивления каскада. Достигается это как включением дополнительных элементов (как в случае т.н. следящей обратной связи), так и самим выбором номиналов сопротивлений делителя напряжения. Действительно, в каскаде без резистора \(R_Б\) сопротивление \(R1\) может оказаться значительно больше сопротивления \(R2\). В результате общее входное сопротивление будет определяться относительно небольшим сопротивлением \(R2\), влияние же всех остальных факторов окажется несущественным. Включение дополнительного резистора в цепь базы позволяет сделать входную цепь более сбалансированной. Теперь мы можем гибко подходить к выбору номиналов сопротивлений \(R1\) и \(R2\), обеспечивая увеличение входного сопротивления (конечно, только до вполне определенного предела).

К сожалению, у данной схемы есть и отрицательные черты. Включение дополнительного сопротивления в цепь протекания тока базы несколько снижает коэффициент нестабильности \({S_I}_К\).

Мы рассмотрели порядок расчета восьми типовых схем задания исходной рабочей точки по постоянному току в каскадах на биполярных транзисторах. Следует понимать, что этим не ограничивается все многообразие возможных решений. Тем не менее принципы построения любых других цепей смещения базируются на уже изученных нами приемах. Например, для расчета каскада на биполярном транзисторе во включении с ОК (рис. 3.9) можно воспользоваться методикой, описанной для схемы на рис. 3.28, приняв \(R_К = 0\). Несколько сложнее, но также по аналогии могут рассчитываться и каскады с термокомпенсирующими элементами.