3.5.6. Температурная стабилизация режимов работы

Основные свойства усилительного каскада (КПД, нелинейные искажения, мощность выходного сигнала и т.д.) определяются положением начальной рабочей точки. Поэтому при изменении температуры, замене управляющего элемента и т.д. положение начальной рабочей точки не должно изменяться сверх допустимых значений. Вместе с тем, параметры транзисторов (например, коэффициент усиления и обратный ток коллекторного перехода) существенно зависят от температуры. Для того чтобы обеспечить работоспособность усилительного каскада при изменении температурных условий используют схемы стабилизации положения начальной рабочей точки. С этой целью в схемы усилителей вводят, как правило, отрицательные обратные связи. Обратной связью (ОС) называют

передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную. Если напряжение ОС поступает на вход в противофазе с напряжением входного сигнала, то такая ОС называется отрицательной.

Эмиттерная стабилизация (рис.3.26,а). Стабилизация осуществляется введением в схему последовательной отрицательной ОС по постоянному току. Напряжение обратной связи снимается с резистора R_э, который включен в цепь эмиттера. Напряжение смещения, приложенное к эмиттерному переходу,

U_об = R₂I_R2 - R_эI_оэ

С изменением температуры изменится ток покоя коллектора, а, следовательно, и ток покоя эмиттера (например, увеличится). Начальная рабочая точка при этом должна изменить свое положение, но этого не происходит, т.к. напряжение смещения U_об уменьшится, а вместе с этим уменьшатся и токи транзистора. Начальная рабочая точка остается на прежнем месте.

Для исключения влияния отрицательной ОС по переменному току на коэффициент усиления параллельно резистору R_э включен конденсатор С_э. Чтобы переменная составляющая эмиттерного тока на всех частотах усиливаемого сигнала не проходила через резистор R_э емкость конденсатора С_э должна быть большой. При этом емкостное сопротивление 1/(2πfС_э) << R_э.

Коллекторная стабилизация (рис.3.26,б). Стабилизация осуществляется введением отрицательной ОС по напряжению. Напряжение подается через резистор R_б, который включается между коллектором и базой. При этом напряжение на коллекторе U_ок = U_об + R_бI_об. Поскольку напряжение U_об мало по сравнению с напряжением на резисторе R_б им можно пренебречь. Тогда

R_бI_об = Е_к - R_к(I_ок + I_об),

откуда следует, что, например, при увеличении температуры и, следовательно, тока I_ок напряжение на резисторе R_б равное R_бI_об, уменьшается, т.е. уменьшается ток I_об, а это вызывает уменьшение тока I_ок. Чтобы исключить отрицательную ОС по переменной составляющей коллекторного напряжения, (что вызвало бы снижение коэффициента усиления усилителя) в цепь ОС вводят конденсатор. При этом резистор R_б заменяют двумя с примерно равными сопротивлениями (рис.3.26,в) и конденсатор включают между ними и заземленной точкой, в результате чего переменная составляющая напряжения ОС не попадает на базу транзистора. Коллекторная стабилизация проще и экономичней эмиттерной, но уступает ей по диапазону стабилизируемых температур.