5.2. Температурный дрейф

При недостаточной стабильности напряжения источников питания и электрических параметров схем (нагрев, старение элементов) на выходе усилителя постоянного тока прямого усиления появляется напряжение при

отсутствии сигнала на его входе. Это явление называют дрейфом нуля. Дрейф нуля оценивают в единицах напряжения за единицу времени (например, мВ/ч).

Напряжение дрейфа в УПТ во времени имеет как медленно меняющееся, так и беспорядочно меняющееся напряжение на выходе. Основную роль в появлении дрейфа играет температурная зависимость параметров транзистора.

Рис.5.7. График зависимости напряжения дрейфа УПТ от времени

Если рассмотреть приведенный дрейф, т.е. напряжение дрейфа на выходе деленное на коэффициент усиления усилителя, то оказывается, что изменение температуры на 10 вызывает приведенный дрейф (напряжения) порядка 20 мВ. Такой же дрейф получается при изменении напряжения источника питания на 1-2 В.

Если дрейф, вызванный питанием устранить легко путем использования стабилизированных источников, то с температурным дрейфом бороться сложнее.

Перейдем к количественной оценке.

Любое изменение параметров схемы приводит в итоге к изменению тока коллектора транзистора I_К. Протекая через R_К этот ток создает напряжение

U_К = I_КR_К. Поделив это напряжение на _U, получим приведенный дрейф в виде входного напряжения.

U_ВХ=

Изменения тока коллектора определяется изменением коллекторного тока от температуры и от коэффициента нестабильности схемы:

I_К = S I_T

Если S=1, то I_К = I_T , т.е. I_T имеет смысл теплового дрейфового тока.

Выражение для I_T мы получали, когда рассматривали режим каскада ОЭ на постоянном токе.

I_T=∆I_K0+ + * +

Отличие лишь в том, что УПТ работает и на переменном токе, т.е. мы должны учитывать и его изменение.

Напомню, что:

1 член – прирост обратного тока I_K0,

2 член – изменение тока в цепи база – эмиттер,

3 член – изменение тока за счет изменения .

В формуле:

I_K0 – для схемы ОБ,

R_ЭБ – суммарный резистор эмиттерной и базовой цепи, т.е. r_Э, r_Б, R_Э, R_Б и R_Г,

– коэффициент токораспределения (для схемы ОЭ),

r_К и ∆r_К – дифференциальное сопротивление (схема ОБ) и его изменение,

E = Е_К + _ЭЕ_Э + _БЕ_Б

Выражение I_Т дает возможность выявить меры борьбы с дрейфом. Например, подбор транзисторов по , т.е. чем меньше , тем лучше.

Для усилительного каскада по схеме ОЭ мы имели:

.

Для УПТ мы должны формулу уточнить, учитывая R_Э и R_{Б .}

Под R_Б понимают Rг + r_Б + Rб , под R_Э = r_Э + R_Э.

Одновременно для УПТ имеет смысл коэффициента нестабильности S.

Т.о. , а для R_н =

U_к = S I_Т Rк показывает, что дрейф нуля зависит от _Б , т.е. от соотношения резисторов R_Э и R_Б . Т.о. приведенный дрейф не зависит от коэффициента

нестабильности S и тем меньше, чем меньше суммарный резистор эмиттерно-базовой цепи. Здесь мы имеем полную аналогию со стабильностью рабочей точки транзистора.

Анализ функции U_ВХ показывает, что

U_{ВХ MIN} = ∆U_ЭБ

т.е. путем различных ухищрений можно свести дрейф к изменению потенциала ЭБ.

Оказалось, что напряжение ЭБ связано с температурой

∆U_ЭБ = ∆Т

 - коэффициент, показывающий изменение U_ЭБ при изменении температуры на один градус.

1,6 мВ/град (можно считать 1,5 мВ/град)

Если, например, УПТ работает в диапазоне ∆Т=100 (например от -40 до +60С), то ∆U_ЭБ=1,6*100=160мВ.

Т.е. изменение ∆Т на 100 вызывает изменение потенциала БЭ равное действию сигнала в 160мВ.

Напряжение дрейфа можно перевести в ток, если разделить его на входное сопротивление каскада. Например, при приведенном дрейфе 0,2В в диапазоне 60С и R_ВХ=1кОм, приведенный дрейф будет .