3 8. Стабильность рабочей точки транзистора и 39. Анализ температурной нестабильности транзисторного каскада

Всякое смещение положение РТ характеризуется приращениями ΔIкA и ΔUкэA. Это вызывает изменение дифференциальных параметров транзистора, т.к. они зависят от его режима работы. Причины нестабильности РТ: технологический разброс параметров при транзистора при изготовлении; временные изменения параметров или старение; температурные зависимости параметров транзистора.

Рассмотрим температурные изменения для схем с ОБ и ОЭ. ОБ: Ik=αн*Iэ+Iко. ОЭ: Ik=βIб+Ik0*= βIб+(β+1)Ik0. Ток коллектора в РТ при изменении t° может изменяться по следующим причинам: 1. В следствии изменения тока Iк0 или Ik0*. 2. В следствии изменения αн или β. 3. В следствие изменения Iэ или Iб. Наибольшее влияние окажут изменение Iк0 или Iк0*. Iк0(t)=Iк0(t0)e^(αΔt). т.к. Iк0*=(β+1)Ik0, то температурные изменения наиболее опасны для схемы с ОЭ по сравнению со схемой с ОБ. Влияние изменения тока Ik0 на изменение тока Ik характеризуется коэффициентом нестабильности Ns=dIk/dIk0|Iб=const=d[βIб+(β+1)Ik0]/dIк0=β+1=1/(1- αн)=Ns. α=0.98-0.99; Ns=50-100.

Способы термостабилизации:

1. Термостабилизация с помощью терморезистора (схема как в курсаче, n-p-n, только R2-терморезистор и нет Rэ с Сэ). Терморезистор – резистор, сопротивление которого значительно изменяется при изменении температуры. R2(t)=R2(t0)(1+Qt°), где Q-температурный коэффициент сопротивления (ТКС). В данной схеме используется терморезистор с отрицательным ТКС. Термостабилизация осуществляется следующим образом: Iка=βIба+(β+1)Iк0.

Iк0(t)=Iк0(t0)e^(αΔt). Ika= βIба+(β+1)Iк0(t0) e^(αΔt). При увеличении температуры изменяется ток Ik0(t), что вызывает изменение тока Ika: Ika’=Ika+ΔIk. При этом уменьшается R2, что вызывает уменьшение UбэIба уменьшается и уменьшается Ik. Недостатки: так как Rt=f(t) и Ik0=f1(t), то трудно подобрать одинаковые функции f(t) и f1(t).

2. Термостабилизация с помощью диода. На схеме диод включен обратно веткой с Iб и землей. Ika=(Iба-I0) β+(β+1)Ik0. I0 через диод течет вниз. Пусть t повысилась, тогда Ikа’=(Iба-I0-ΔI0)β+(β+1)Ik0; ΔIka=Ika’-Ika= -βΔI0+(β+1)Ik0; I0=Ik0; ΔI0= ΔIk0. ΔIka=-βΔI0+βΔIk0+ ΔIk0= ΔIk0. Добавление диода уменьшает усиление тока ΔIk или повышает термостабильность каскада в (β+1) раз.

3. Термостабилизация с помощью эмиттерной стабилизации. Urэ=IэRэ=(Ik+Iб)Rэ≈IkRэ. Пусть t повышается, тогда повысится Ik0 и Ik. Следовательно увеличится Iэ=(Ik+Iб). Увеличение Iэ вызывает рост U_RЭ=Iэ*Rэ. Следовательно Uбэ=U_R2-U_RЭ уменьшится. Тогда уменьшится Iб и уменьшится Ik= βIб. Аналогичный процесс происходит и при понижении температуры. Ns=(1+β)/( 1+β*Rэ/[Rэ+Rб]). Rб=R1||R2. Если Rэ=0, то Ns=(1+β)/(1+0)= β+1; Если Rэбесконечности, то Ns= (β+1)/ (β+1)=1

Чем больше Rэ и меньше Rб больше температурная стабильность. Поэтому необходимо условие Rэ>Rб; т.е. Rэ>R1*R2/(R1+R2). Обычно в усилителях R2<R1, поэтому Rб≈R2. В этом случае Ns=(Rэ+R2)/Rэ. β>>1, т.е. Ns=1+R2/Rэ. Вывод: включение в схему сопротивления Rэ повышает температурную стабильность каскада с ОЭ. Rэ является сопротивлением последовательной отрицательной обратной связи по току. В качественных усилителях Ns=3-5.

Замечания по выбору Rэ. 1. Для того, чтобы термостабилизация по схеме с ОЭ была как можно лучше, величину Rэ необходимо выбирать как можно больше, а R2-меньше. Необходимое, чтобы R2>>Rвхоэ, т.к. в противном случае R2 будет шунтировать входное сопротивление транзистора. 2. Включение Rэ в цепь эмиттера приведет к уменьшению Ku для схемы с ОЭ. Обычно величину Rэ выбирают из условия Rэ=(0.1-0.3)Rk. Т.о. включение сопротивления Rэ приводит к уменьшению коэффициента усиления по напряжению по схеме с ОЭ. Есть один способ, позволяющий избежать этого. Сопротивление Rэ шунтируют конденсатором Cэ. Величину Сэ выбирают из условия Rэ>>1/(wн*Сэ). В этом случае на постоянном токе и на низких частотах Rэ термостабилизирует каскад. А на средних и высоких частотах емкость шунтирует Rэ и Rэ не влияет на коэффициент усиления. Это приводит к искажению частотной характеристики в области низких частот.