1.2.3 Схемы с температурной стабилизацией

На рис. 1.12, а представлена схема с коллекторной стаби­лизацией. Ее отличие от схемы (рис. 1.10) состоит в том, что резистор подключен к коллекторному выводу транзистора с напряжением , а не к источнику питания. В этом случае ток смещения определяется так:

Физический смысл коллекторной температурной стабилиза­ции заключается в следующем. При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, а напряжение уменьшается. Это приводит к уменьшению потенциала базы, а следователь­но, к уменьшению тока базы и коллекторного тока , кото­рый стремится к своему первоначальному значению. Таким образом, это существенно ослабляет влияние температуры на ха­рактеристики усилительного каскада.

а)

б)

Рисунок 1.12 Схемы транзисторного каскада

.

Это приводит к уменьшению напряжения на эмиттерном переходе, что вызывает уменьшение базового тока , в результате чего ток коллектора также уменьшается, стремясь возвра­титься к своему первоначальному значению.

Введение резистора при отсутствии конденсатора из­меняет работу усилительного каскада не только в режиме покоя, но и при наличии входного сигнала. Переменная составляющая эмиттерного тока создает на резисторе падение напряжения, так называемое напряжение обратной связи(ОС), которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору:

Коэффициент усиления усилительного каскада будет умень­шаться. Для ослабления влияния отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору включается кон­денсатор . Ёмкость конденсатора выбирают таким образом, чтобы в полосе пропускания усилителя его сопротивление было значительно меньше . При этом падение напряжения на парал­лельном соединении и от переменной составляющей тока эмиттера будет незначительным.

Таким образом, режим покоя можно обеспечить:

• заданием требуемого тока базы с помощью резистора с большим сопротивлением (рис. 1.12,а);

• заданием потенциала базы с помощью делителя напряже­ния или получением за счет включения (1.12,б).

1.2.4 Стабильность рабочей точки

Разброс параметров транзисторов одной серии значительно затрудняет проектирование стабильных усилительных устройств. Кроме того, параметры биполярных транзисторов сильно зависят от внешних факторов: изменения температуры, радиационного воздействия. Все это приводит к смещению рабочей точки на ВАХ.

Качество температурной стабилизации схемы определяется выбором положения исходной рабочей точки и ее стабильностью при изменении температуры. На положение рабочей точки при увеличении температуры сильное влияние оказывают: обратный ток коллекторного перехода , который возрастает; напряжение , которое уменьшается; коэффициент передачи тока базы, который также возрастает.

Поэтому температурную нестабильность схемы можно оце­нить полным приращением тока коллектора по формулам

_(2.3)

_(2.4)

Исходя из (2.14), запишем

(2.5)

Подставив в (2.15) значение приращения тока базы , получим уравнение

(2.6)

где – коэффициент токораспределения;

решив которое относительно найдем

(2.7)

Величину называют коэффициентом температурной нестабильности.

Коэффициент температурной нестабильности показывает, во сколько раз изменение тока покоя больше в данном каскаде, чем в идеальном стабилизированном устройстве. Чем меньше S, тем стабильнее усилительный каскад.

Учитывая, что полное приращение коллекторного тока с учетом коэффициента нестабильности будет равно

(2.8)

Формула (2.18) может быть использована для определения усилительного каскада для любой схемы включения биполяр­ного транзистора.

Выполнив анализ коэффициента нестабильности, получим предельные значения S. При каскад будет обладать наилучшей стабильностью, а при — плохой. Таким образом, в зависимости от соотношения и значение коэффициента температурной нестабильности изменяет­ся от до . Следовательно, для получения максимальной стабильности нужно стремиться к выполнению условия или к выполнению неравенства

(2.9)

Условие (2.9) является желательным при создании ста­бильных усилительных каскадов, однако уменьшение значения сопротивления ограничивается снижением входного сопротив­ления каскада. На практике удовлетворительные результаты получаются при , которым соответствуют 5и _.

Приращение коллекторного тока за счет изменения напряжения учитывается в (2.8) слагаемым _, причем , где –ТКН, являющийся отрицательной величиной, что учитывается в выражении (2.8) знаком минус перед . Это указывает на то, что с ростом температуры изменение приводит к уменьшению приращения коллекторного тока.

_{Изменение коллекторного тока} за счет приращения ко­эффициента усиления транзистора по току учитывается , обычно