Стабілізація положення робочої точки підсилювальних

Каскадів

Дестабілізуючі фактори

Зміщення фіксованою напругою або струмом у чистому вигляді мало придатне для використання в серійній апаратурі, тому що при зміні температури навколишнього середовища, напруги живлення або при заміні транзистора вибраний режим його роботи може істотно порушуватися.

Найбільш сильний вплив на властивості транзистора здійснює зміна температури, що пояснюється значною температурною залежністю параметрів транзистора. Відомо, що при підвищенні температури вихідний струм транзистора збільшується, а при зниженні – зменшується. Оскільки зміни температури навколишнього середовища відбуваються досить повільно, вони викликають зміни вихідного постійного струму та прикладеної до транзистора напруги, що може призвести до зменшення підсилення і до значних нелінійних спотворень.

Вище згадане явище пояснює рис. 1.11, на якому представлено положення вихідної робочої точки (РТ) каскаду СЕ для значень при номінальній температурі (рис.1.11, а), мінімальній – (рис 1.11, б) і температурі (рис. 1.11, в). При цьому передбачається, що у всіх випадках . Очевидно, що при змінах вхідного струму у таких же межах та у випадках, наведених на рис. 1.11, повинні бути значні нелінійні спотворення через відсічення колекторного струму (рис. 1.11, б) або колекторної напруги (рис. 1.11, в).

Крім того, збільшення колекторного струму при підвищенні температури може мати лавиноподібний характер, тому що збільшення струму супроводжується подальшим підвищенням температури. При цьому колекторний струм перевищує допустиме значення і транзистор виходить з ладу.

Зі сказаного випливає, що для стабілізації вихідного струму необхідно змінювати за певним законом в залежності від температури параметри та . Незалежно від схеми включення транзистора мірою температурної нестабільності його вихідного режиму є ступінь зміни вихідного струму.

Зміна вихідного струму викликається наступними основними факторами, які діють при коливаннях температури навколишнього середовища:

а) зміна початкового (теплового) струму колектора ;

б) зміна падіння напруги на емітерному р-n–переході ;

в) зміна коефіцієнтів підсилення за струмом та .

Рисунок 1.11 – Зміна положення робочої точки при зміні температури:

а) – номінальна температура ; б) – мінімальна температура ;

в) – максимальна температура

Зазначені дестабілізуючі фактори можуть бути визначені наступним чином. Початковий колекторний струм при температурі , обумовлений в основному концентрацією неосновних носіїв, може бути визначений для германієвих транзисторів з виразу:

для кремнієвого транзистора

Ці вирази отримані на основі рішення дифузійного рівняння напівпровідникового діода. З наведених виразів видно, що струм подвоюється (для германієвих транзисторів) або потроюється (для кремнієвих) при підвищенні температури на кожні десять градусів. Для кремнієвих транзисторів величина значно менша, ніж для германієвих.

Може бути показано, що величина падає з підвищенням температури, причому її зміна відбувається приблизно пропорційно температурі, і складає як для германієвих, так і для кремнієвих транзисторів близько 2.0 ... 2,5 мВ / град.

Таким чином, температурна зміна напруги на емітерному р-n переході:

Коефіцієнт підсилення за струмом в схемі зі спільною базою (СБ) значно збільшується при підвищенні температури. Відповідно збільшується і коефіцієнт підсилення в схемі зі спільним емітером (СЕ)

При збільшенні температури навколишнього середовища в першу чергу збільшується некерований початковий струм колекторного кола . Цей струм, який є невеликим за абсолютною величиною, викликає значні зміни (збільшення) струму колектора у прямому напрямку. Якщо не прийняти ніяких заходів, то коефіцієнт нестабільності, що являє собою співвідношення:

буде мати значну величину, що призведе до лавиноподібного процесу зростання вихідного струму і виходу транзистора з ладу. Щоб цього не відбулося, передбачена стабілізація вихідного режиму транзистора.

Стабілізація може здійснюватися як за рахунок лінійного негативного зворотного зв'язку, так і за рахунок нелінійних кіл, що компенсують зміну вихідного струму, викликаного дестабілізуючими чинниками. Існують три основні методи стабілізації роботи транзисторного каскаду:

· термокомпенсація;

· параметрична стабілізація;

· введення негативного зворотного зв'язку.

Метод термокомпенсації полягає в тому, що окремі термозалежні елементи або цілком каскади поміщаються в термокамеру з постійною

температурою.