Компенсированный источник тока превращается в усилитель с общим эмиттером

Журнал РАДИОЛОЦМАН, май 2017

Bill Reeve

Electronic Design

Добавив всего несколько компонентов, вы можете превратить термо- и ß-компенсированный источник втекающего тока в усилитель с общим эмиттером со стабилизацией положения рабочей точки. Такая архитектура полезна для создания биполярных усилителей класса A, стабильных во времени и нечувствительных к разбросу параметров компонентов.

В показанной на Рисунке 1 схеме через коллектор и эмиттер транзистора Q3 протекает постоянный ток I_CE3. Поскольку схема сбалансирована, изменения напряжения база-эмиттер транзистора Q3 на характеристики источника втекающего тока влияния не оказывают. Обратная связь, охватывающая Q3, делает схему нечувствительной к изменениям коэффициента передачи тока (b) транзистора Q3, обусловленным колебаниями температуры и разбросом параметров.

Рисунок 1.	Эта схема термокомпенсированного источника тока нечувствительна к величине низкочастотного коэффициента передачи тока (b) транзистора Q3.

Нечувствительной к изменениям температуры источник опорного напряжения V_REF, подключенный к базе транзистора Q1, образован стабилитроном D1 и резистором Q1. Стабилитрон с напряжением стабилизации 6.2 В идеально подходит для этих целей. Если же вы располагаете меньшим запасом по напряжению, можно воспользоваться шунтовым опорным источником, таким как LM385, или даже простым резистивным делителем напряжения V1, если оно берется от стабилизированного источника.

Напряжение на эмиттере включенного повторителем транзистора Q1 ниже напряжения V_REF на величину падения на его переходе база-эмиттер. Это значит, что на эмиттере Q2 будет стабильное опорное напряжение. Транзистор Q2 препятствует росту напряжения на базе Q3, замыкая цепь обратной связи, поддерживающей его коллекторный ток I_CE3 на постоянном уровне, а падение напряжения V_FB на резисторе R4 приблизительно равным V_REF.

При увеличении тока I_CE3 падение напряжения на R4 увеличивает напряжение на базе Q2. Вследствие этого увеличивается коллекторный ток транзистора Q2, и падающее на R3 напряжение уменьшает напряжение на базе Q3, снижая ток I_CE3. Точно так же, при уменьшении тока I_CE3 действие обратной связи стремится вернуть его к исходному уровню. Работа этого механизма никак не зависит от величины низкочастотного коэффициента передачи тока транзистора Q3.

Рисунок 2.	Добавление сопротивления нагрузки R5, конденсатора C1, шунтирующего напряжение смещения, и разделительных конденсаторов C2, C3 превращает термо- и b-стабильный источник тока в упрощенный усилитель с общим эмиттером.

Стабильность коллекторного тока транзистора Q3 позволяет, добавив несколько компонентов, превратить его в усилитель напряжения (Рисунок 2). Первым дополнением к схеме является конденсатор C1, шунтирующий резистор R4 и фильтрующий идущий через него переменный ток. Добавление разделительных конденсаторов C2 и C3 на входе и выходе, отсекающих постоянные составляющие напряжений, нагрузочного резистора R5 в коллекторе Q3 и потенциометра регулировки громкости R7 превращают схему в усилитель напряжения звуковой частоты, нечувствительный к изменениям температуры и разбросу коэффициентов усиления тока транзисторов. Обратите внимание, что в этом примере для установки опорного напряжения V_REF вместо стабилитрона используется резистор R6 как часть делителя напряжения.

Рисунок 3.	Упрощенная схема усилителя (а) служит малосигнальной моделью (б) для анализа.

Упрощенная схема усилителя с общим эмиттером (Рисунок 3а) дает нам малосигнальную модель для анализа (Рисунок 3б). В этой схеме I_bias – коллекторный ток (I_C) транзистора Q3. В идеале сопротивление нагрузки R5 мы должны выбрать таким, чтобы напряжение на коллекторе Q3 составляло половину напряжения питания V1 относительно шины земли. Поэтому

или

Обратите внимание, что выходное напряжение V_OUT усилителя определяется формулой

или

Поскольку

(где V_T приблизительно равно 26 мВ), малосигнальный коэффициент усиления

примерно равен

Усилитель напряжения звуковых частот, в котором используются компоненты с номиналами, показанными в Таблице 1, будет иметь максимальный коэффициент усиления около 45 дБ.

Таблица 1.	Перечень элементов усилителя звуковой частоты
Компонент Значение C1, C2 220 мкФ C3 1 мкФ Q1, Q2, Q3 2N3904 R1 10 кОм R2, R4, R6 2 кОм R3 27 кОм R5 5.1 кОм R7 1 кОм V1 12 В

Материалы по теме