6.3.2. Схеми стабілізації режиму роботи каскаду підсилення.

Нестабільність положення робочої точки інтегрального транзистора може бути спричинена старінням елементів ІМС, дрейфом параметрів мікросхеми, нестабільністю напруги джерела живлення. Через відсутність роздільних конденсаторів повільна зміна напруги підсилюється наступними каскадами, а в деяких випадках, коли інформаційний сигнал має постійну складову, небажані зміни напруги внаслідок дрейфу викликають значні похибки. Тому стабільність точки спокою є запорукою якісної роботи АІС. Найбільший вплив на зміщення робочої точки чинить температурна нестабільність параметрів елементів ІМС.

У дискретних схемах та у гібридних ІМС для забезпечення режиму спокою і його термостабілізації використовують резистивні кола зміщення і введення місцевих кіл негативного зворотного зв’язку. При цьому резистори шунтуються конденсаторами великої ємності, що виключає вплив цих кіл на передачу інформаційного сигналу.

У напівпровідникових ІМС застосуванням елементів негативного зворотного зв’язку є недоцільним, оскільки формування конденсаторів великих ємностей практично неможливе.

Під впливом зміни температури зміщуються статичні характеристики транзистора (див. рис.4.11). З підвищенням температури змінюється колекторний (вихідний) струм I_С..

Таким чином, для стабілизації режиму АІС у схемі необхідно передбачати генератор стабільного струму, який забезпечить незмінний струм в навантаженні при зміні його опору або вхідної напруги. Нагадаємо, що генератор струму характеризується великим внутрішнім опором, який значно перевищує опір навантаження (R_г >> R_н).

У напівпровідникових ІМС формування резисторів з великим опором недоцільне (планарні резистори займають велику площу). Тому використовують параметричні методи температурної стабілізації положення робочої точки.

Принципова схема параметричного стабілізатора струму зображена на рис.6.4

Показані напруги та струми зв’язані таким рівнянням:

E₀ = U₁ + I_E1R1 = U_BE2 + R₂I_Е2.

Знехтуємо малим струмом I_B2, тоді I_E1 = I_C1 і I_E2 = I₀.

Рис. 6.4. Принципова схема генератора стабільного струму

Якщо опори резисторів R₁ = R₂ однакові, а параметри та характеристики транзисторів VT₁ та VT₂ співпадають, що досягається в ІМС, то I₀ = I₁. Тобто струм у навантаженні повторює вхідний струм I_C1. Таку схему називають “струмовим дзеркалом”.

Відносна нестабільність струмів транзисторів VT1 і VT2 однакова.

Таким чином, щоб стабілізувати струм I₀ (I_C2), необхідно з достатньою точністю стабілізувати струм I_C1 .

Вхідний струм I_C1 = (E_C - E₀)/R₀. За умови E_C >> E₀ струм I_C1 визначається зовнішніми параметрами E_C та R₀. Отже, заданий режим транзистора VT1 і його колекторний струм I_C1 (а відтак і струм I₀) можна забезпечити добиранням зовнішніх елементів: резистора R₀ і напруги джерела живлення. Визначають їх з урахуванням допустимих значень відносної зміни температури ΔT /T, опору резистора ΔR₀ /R₀, струму навантаження ΔI₀ /I₀ та напруги джерела живлення E_C /E_C .

Якщо R₁ ≠ R₂, то і I_E1 ≠ I_E2, але зберігається рівняння U₁ = U_BЕ2 і I_E1R₁ = I_E2R₂. Звідки I₀ = I₁(R₁R₂).

У даному випадку струм може наслідувати струм I_C1 як в “збільшеному” так і в “зменшеному” масштабі залежно від співвідношення опорів. Цей масштаб не перевищує декількох одиниць.

Розглянута схема широко використовується для стабілізації режиму диференціальних підсилювачів як в окремому виконанні так і в складі операційних підсилювачів.