Mikroelektronické <strong>praktikum</strong> 91v klidu procházet určitý kolektorový proud. Jeho velikost není ovšem libovolná. Pracovní bodtranzistoru je určen velikostí proudu I C a napětím U CE . U spínače existují 2 pracovní body -pro polohu vypnuto a zapnuto. Jejich nastavení obvykle nečiní potíže. Složitější je situace uzesilovačů, tím se budem dále zabývat. Pro většinu zesilovacích obvodů platí, že nejlépe sepracovní bod nastaví tak, že napětí na kolektoru odpovídá polovičnímu napětí zdroje U CC ,takže U C = U CC /2.Snadno pochopíte, že tento režim tranzistoru dovoluje největší rozkmit výstupníhoproudu. Jinak řečeno: střídavé napětí na kolektoru může měnit svůj rozkmit souměrně kolemosy na obě strany bez zkreslení. Měřidlem se o nezkresleném průběhu nemůžeme přesvědčit.Umožní to jedině obrazovka osciloskopu.Závažným problémem tranzistorových stupňů je vliv teploty (ať okolního prostředínebo zvýšení teploty vlivem procházejícího proudu). Zvýšení teploty má za následek zvýšenípůvodně nastaveného klidového proudu. Musíme se tedy zabývat nejenom nastavenímklidového pracovního bodu, ale také jeho stabilizací (při změnách teploty).Na obrázku Obr. 6.2a je zapojení se společným emitorem s jednoduchým nastavenímpracovního bodu. Požadovaný proud báze, potřebný pro nastavení pracovního bodu, získámepřipojením báze ke zdroji napětí přes rezistor R B . Protože proud báze je nepatrný, odpor R Bmůže být značně velký. Ovšem i drobná změna napájecího napětí se projeví nepříznivě nazměně pracovního bodu. Zapojení však vyhoví, požadujeme-li velmi malý klidový proudtranzistoru. U napěťových zesilovačů bývá tento předpoklad obvykle splněn.Obr. 6.2: Obvyklé způsoby nastavení pracovního bodu bipolárních tranzistorů: a)rezistorem do báze, b) napěťovou zápornou zpětnou vazbou, c) můstkovéJak ovlivňuje velikost odporu R C napětí na kolektoru? Zvolíme-li velký odpor R C , budestačit menší proud I C k tomu, aby se vytvořilo velké napětí na rezistoru R C . To vypadá naprvní pohled velmi příznivě, protože to představuje velké zesílení. Má to však i stinnoustránku. Malá amplituda (rozkmit) výstupního proudu se může nepříznivě projevit přiodebíráni výstupního signálu. Následující stupeň zpravidla neúměrně zatěžuje takovýzesilovač, takže dochází ke zkreslení. Kromě toho lze zjistit, že každý větší signál přivedenýna bázi takového zesilovače je jednostranně nebo oboustranně zkreslen. Zjednodušeně řečeno,takový stupeň se snadno přebudí. Jsou tu ovšem i jiné problémy, především je třeba volitvyšší napájecí napětí. V praxi tedy nemůžeme volit R C příliš velký. Podrobným rozborem byse dalo ukázat, že obvod částečně stabilizuje pracovní bod pro křemíkové tranzistory(pro germaniové nestabilizuje !).Výhodnější, třebaže stále jednoduché zapojení, ukazuje Obr. 6.2b Toto nastavenípracovního bodu (pomocí napětí přiváděného z kolektoru) se vyznačuje stabilizací pomocínapěťové záporné zpětné vazby. Jak pracuje tato stabilizace ? Dojde-li ke zvětšeníkolektorového proudu, poklesne, jak víme, napětí na kolektoru. Rezistor R B , který přivádíkladné napětí z kolektoru na bázi, je nyní napájen zmenšeným napětím. Jaký to má důsledek ?Zmenší se napětí i na druhém konci rezistoru, tj. na bázi. Nižší napětí na bázi způsobí
92 FEKT Vysokého učení technického v Brnězmenšení proudu přechodem B-E. To změní nastavení pracovního bodu, protože menší proudbáze způsobí zmenšení kolektorového proudu. Menším kolektorovým proudem se zmenšíúbytek napětí na kolektoru, takže rezistor R B je znovu připojen na původní napětí. Pracovníbod se stabilizoval. Takováto stabilizace umožňuje i výměnu tranzistoru za jiný, pokud sejeho vlastnosti výrazně neliší. Odpadá tak nové nastavování pracovního bodu.Na Obr. 6.2c je zapojení s tzv. můstkovou stabilizací pracovního bodu. Předpětí báze sezískává z bázového děliče, ovšem za cenu zvětšeného odběru proudu ze zdroje a sníženívstupního odporu. Do emitoru je zařazen emitorový rezistor, který výrazně přispívá k teplotnístabilitě pracovního bodu. Zvětší se tím ovšem napětí mezi zemí a bází o úbytek naemitorovém odporu. Pro střídavé signály se proto zařazuje paralelně k emitorovému odporuještě emitorový kondenzátor (Obr. 6.2), který představuje pro signál daného kmitočtu zkrat.Pro nízkofrekvenční signál má tento kondenzátor kapacitu řádu desítek µF.Obr. 6.3: Grafické znázornění nastavení pracovního bodu v síti charakteristikVýpočet jednotlivých odporů se nejlépe provede graficky v charakteristikách tranzistoru(Obr. 6.3). Pracovní bod P určujeme obvykle podle zvoleného kolektorového proudu. Zcharakteristiky přečteme napětí kolektor - emitor a proud prochazející bází. Na napěťové oseoznačíme napájecí napětí U N . Tímto pracovním bodem vedeme tzv. zatěžovací přímku. Tam,kde přímka protíná proudovou osu, označíme proud I. Z toho proudu a napájecího napětívypočteme odpor R, který je součtem zatěžovacího odporu R Z a emitorového odporu (na Obr.6.3 není emitorový rezistor uvažován, proto R Z = R C ). Emitorový odpor volíme podlestejnosměrné úrovně výstupu; obvykle bývá jednou pětinou až jednou desetinou odporu R Z .Bodem P vedeme horizontálu, která protne v druhém kvadrantu přímku závislosti I C na I B vbodu P 1 při daném kolektorovém napětí. Z bodu P 1 vedeme vertikálu na křivku závislosti