1.1.3. Температурная стабильность рабочей точки

Рабочая точка транзистора меняется с температурой. Основные причины этого – зависимость от температуры. Их изменение приводит к изменению тока коллектора. Оценим это изменение.

.

.

Из выражения найдем приращение тока базы:

.

Подставим это в выражение и решим его относительно .

. (1.1а)

Обозначим

,

а выражение в квадратных скобках через . Тогда получим: . Из следует, что температурные изменения умножаются на коэффициент S. Отсюда название S – коэффициент температурной нестабильности. Оценим его предельные значения. Из формулы S следует, что он зависит от коэффициента токораспределения базы . Если , то , . Если , то , а . Итак, , а . Обычно считается достаточным . Тогда и . Для случая можно найти связь между сопротивлениями и S:

.

В формуле основной вклад вносит первый член, то есть , поэтому . При . Таким образом, второе определение коэффициента температурной нестабильности будет:

.

Относительное изменение тока коллектора будет равно:

.

Отсюда следует, что относительное изменение коллекторного тока не зависит от соотношения и , то есть от S, а зависит от суммарного резистора .

Таким образом, рассмотрение температурной стабильности рабочей точки транзистора от элементов схемы показывает, что на их выбор накладываются ограничения. Первое – на соотношение резисторов и , а второе на их суммарную величину .

Существует еще одно ограничение на выбор резистора . Оно не связано с температурной стабильностью, а вытекает из работы каскада на переменном токе. Для того чтобы не влияло на усилительные свойства каскада, его выбирают из условия: , где - входное сопротивление каскада. Это ограничение часто является основным.

1.1.4. Обеспечение рабочей точки транзистора с учетом зависимости

его параметров от температуры

Рассмотрим на примере самой распространенной схемы обеспечения рабочей точки, которая показана на рис.1.3. В ней отсутствует источник , а вместо источника э.д.с базовой цепи включен эквивалентный – резистивный делитель источника питания . Поэтому для данной схемы

.

С

Обеспечение рабочей точки транзистора

опротивления и через источник питания включены параллельно (обозначим условно как ), то есть .

Мы имели исходное уравнение тока коллектора (1.1). С учетом температурных зависимостей параметров транзистора получили уравнение (1.1а). Из него можно найти, например, , задав и . Изменение тока коллектора задают из условия , где - некоторое допустимое изменение тока коллектора, которое мы определим позже. можно задать из условия . Итак, из формулы (1.1а) получим:

. (1.2)

Если задать из условия , а , то

. (1.3)

Выбор проводят из условия

. (1.4)

Напомню, что . Левая часть неравенства – ограничение изменения тока коллектора под действием сигнала, поступающего на вход усилительного каскада. Правая часть неравенства определяется температурными изменениями параметров транзистора.

Зная и можно теперь найти резисторы и . Из рис. 1.2. (см. параграф 1.1.2) относительно базы транзистора имеем две параллельные ветви с одинаковыми напряжениями: . Подставим значение :

.

Дополним первый член единичной дробью . Получим:

.

Откуда

. (1.5)

Так как , то

. (1.6)

Остается записать уравнение нагрузочной прямой. Из (*) (см. 1.1.2) для нашей схемы усилительного каскада ( ) и транзистора p-n-p-типа получим: . Для того чтобы не привязываться к типу проводимости транзистора, можно записать так:

, (1.7)

или

. (1.7а)