Обеспечение стабилизации режима покоя

Серьезным недостатком транзистора является сильная зависимость его выходных параметров от температуры. При работе прибора его температура повышается вследствие выделения большой части энергии, подводимой от источника питания Е, в самом транзисторе. При этом следует иметь в виду малую теплопроводность полупроводниковых материалов.

В биполярном транзисторе при повышении температуры наблюдается смещение семейства выходных характеристик в область больших значений коллекторного тока из-за существенного увеличения обратного тока коллекторного перехода, что следует из соотношения (1.4). Это приводит к изменению положения точки покоя на выходной характеристике транзистора, что иллюстрируется рис.2.8,а, и, следовательно, к изменению выходных параметров усилительного каскада в целом.

С целью обеспечения стабилизации точки покоя при изменении температуры транзистора в процессе эксплуатации в эмиттерную цепь схемы каскада включается резистор R. Действие этого резистора иллюстрируется построениями на рис.2.8.

Рис.2.8. Построения, иллюстрирующие стабилизирующее

действие резистора R на точку покоя:

а – на выходной характеристике транзистора,

б – на входной характеристике транзистора

Пусть на рис.2.8,а нижняя вольтамперная характеристика соответствует температуре Ттранзистора и току базыI_БП, верхняя – повышенной температуре Ти тому же значению тока базыI_БП. Токи коллектора и напряжения коллектор-эмиттер в точках покоя при температурах Ти Тобозначены какI,I,U,U. Как видно из рис.2.8,а, повышение температуры транзистора приводит к смещению точки покоя, так чтоI< I,U> U.

Увеличение коллекторного, а, следовательно, и эмиттерного тока при увеличении температуры приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R. Согласно второму закону Кирхгофа, записанному для контура, содержащего резисторы RиR, а также междуэлектродный промежуток транзистора база-эмиттер,

I R + U_БЭП = I R, (2.9)

увеличение слагаемого IRв левой части соотношения (2.9) должно приводить к уменьшению напряженияU_ЭБП, так как величина тока делительной цепочки Iне зависит от температуры транзистора. На рис.2.8,б напряжение база-эмиттер при повышенной температуре Т обозначено какU, а соответствующий ему ток базы какI. Ток Iменьше значения I_БП, относительно которого начинался проводимый анализ и для которого на рис.2.8,а проведена смещенная вверх вольтамперная характеристика при повышенной температуре.

Уменьшение тока базы, вызванное повышением температуры транзистора, при наличии резистора R приводит к смещению вольтамперной характеристики на рис.2.8,а в область меньших коллекторных токов, т.е. в направлении к вольтамперной характеристике, соответствующей температуре Т. Этим достигается стабилизация положения точки покоя транзистора на выходной характеристике, а, следовательно, и величин постоянных составляющих коллекторного тока и напряжения коллектор-эмиттер.

Стабилизирующее действие резистор Rбудет оказывать и на переменную составляющую тока выходной цепи, если этот ток будет протекать через резистор R. Между тем, как следует из анализа с помощью рис.2.6, для обеспечения процесса усиления необходимо перемещение рабочей точки по линии нагрузки в течение периода входного сигнала. Указанное противоречие устраняется шунтированием резистора Rконденсатором С. Для увеличения шунтирования необходимо, чтобы сопротивление резистора было бы существенно больше емкостного сопротивления конденсатора Сдля переменной составляющей тока.

<< R.(2.10)

Изменение тока эмиттера, вызванное разогревом транзистора в процессе работы, происходит гораздо медленнее по сравнению с изменением тока под действием входного сигнала достаточно высокой частоты ω, а на низких частотах шунтирующее действие конденсатораСне проявляется из-за очень высокой величины его сопротивления.