7.3. Методика инженерного расчёта элементов эмиттерной термостабилизации

Дано: напряжение питания и выбрана рабочая точка – , , , , .

Найти: , , .

1. Задаемся величиной падения напряжения на сопротивлении эмиттера – .

2. Определяем величину сопротивления .

3. Определяем потенциал на базе транзистора (см. рис. 7.3).

4. Задаемся величиной тока делителя (согласно условию 7.5).

5. Находим сопротивления базового делителя: , следовательно ; , следовательно, .

7.4. Строгий расчёт температурной нестабильности тока коллектора

Для схемы эмиттерной термостабилизации (рис.7.9) с учетом схемы температурной нестабильности (рис.7.2) можно записать зависимость тока коллектора от изменения температуры в виде (7.6):

,

(7.6)

где , – НЧ Y-параметр.

В эту формулу входят как параметры схемы, так и параметры рабочей точки. (При этом в кремниевых транзисторах основной вклад приходится на и – особенно для транзисторов с большим значением ).

Температурная стабилизация положения р.т. обеспечивается, если выполняется условие (7.7):

,

(7.7)

где – допустимый разброс коллекторного тока, который определяется либо по нагрузочным прямым (наиболее корректный путь), либо задаётся. В малосигнальной области, где от каскадов не требуется получения максимального выходного напряжения можно принять – .

Потребуем выполнения условия (7.7) и из выражения для зависимости тока коллектора от температуры определим необходимую величину сопротивления эмиттера :

.

(7.8)

Формула (7.8) получена при выполнении условия . Сопротивление в цепи эмиттера необходимо выбирать не менее полученного значения: чем больше сопротивление , тем лучше температурная стабильность работы каскада.

7.5. Особенности задания рабочей точки и термостабилизации пт

Рассмотрим схему с общим истоком (ОИ) (рис. 7.10).

Рис.7.10. Схема ОИ

Чем больше сопротивление затвора , тем больше входное сопротивление всего каскада , поскольку входное сопротивление каскада определяется как параллельное соединение сопротивлений затвора и входного сопротивления ПТ (7.9):

.

(7.9)

Следует отметить, что в любых схемах обязательно нужно предусматривать пути протекания постоянного входного тока. Если убрать сопротивление затвора, то схема работать не будет, поскольку не будет тока для задания рабочей точки.

Для задания рабочей точки необходимо задаться значениями:

• ток истока ( ),

• ток затвора ( ),

• ток стока ( ).

При этом должно быть обеспечено требуемое значение напряжений затвор-исток и сток-исток (7.10):

(7.10)

Матрица параметров ПТ имеет вид (6.3): .

Из уравнений (7.10) и матрицы (6.3) следует, что входной ток ПТ очень мал, поскольку входное сопротивление очень большое: . Поэтому справедливо приближенное равенство . Такая схема называется схемой с автосмещением: ток истока, протекая через сопротивление истока создает на нем падение напряжения, которое прикладывается к сопротивлению затвора (задаёт рабочую точку). Кроме того, по аналогии со схемой ОЭ сопротивление истока создаёт ООС.

Ток стока зависит от температуры (7.11):

.

(7.11)

Потребуем выполнения условия (7.12):

.

(7.12)

Допустимая нестабильность тока стока определяется по нагрузочным прямым на выходных характеристиках, либо задаётся – . Исходя из записанного требования к максимально допустимому изменению тока стока определим термостабильное сопротивление истока (7.13):

.

(7.13)

Выражение (7.13) определяет величину сопротивления в цепи истока , необходимую для термостабилизации р.т. в заданном температурном диапазоне с учётом допустимого изменения тока стока . В результате получается две величины сопротивления истока: и . Следовательно, возможны два варианта:

1. – это наилучший случай, когда при установке в схему сопротивления обеспечивается термостабилизация лучше заданной.

2. – в этом случае придётся модифицировать схему для обеспечения заданной термостабилизации (рис. 7.11).

Рис.7.11. Схема ОИ с модифицированной цепью истока

Сопротивление обеспечивает необходимое для задания рабочей точки падение напряжения на сопротивлении затвора. Сопротивление обеспечивает увеличение сопротивления истоковой цепи до необходимого для обеспечения заданной термостабилизации – .

Дополнительным достоинством данной схемы (рис 7.11) является увеличенное входное сопротивление.