Устойчивость работы транзисторных усилителей
Обеспечение устойчивого режима работы транзисторов является одной из основных задач при проектировании усилительных ступеней. Появление паразитных колебаний чрезвычайно опасно, так как они могут ухудшить качественные и энергетические показатели ступени или даже вызвать разрушение полупроводниковой структуры транзисторов.
Причиной неустойчивости работы транзисторного усилителя может быть:
1) внутренняя обратная связь за счет емкости коллектора Ск ;
2) внешняя обратная связь, определяемая индуктивной и емкостной связями во внешних цепях усилителя;
3) нелинейная зависимость емкости коллектора или эмиттера от напряжения на переходе;
4) тепловая неустойчивость в полупроводниковой структуре транзистора;
5) появление отрицательного сопротивления или проводимости из-за инерционных свойств, лавинного умножения тока коллектора или базы и т. д.
Поведение транзисторного усилителя мощности на различных частотах можно отобразить с помощью диаграммы рис. 1.4, где области возможного самопроизвольного возбуждения транзистора заштрихованы .Частотные диапазоны транзистора нормированы относительно Характеристической частоты F = f/fгр.
рис.1.4
В области А возможность появления паразитных колебаний вызывается тепловой неустойчивостью работы транзистора. Механизм возникновения низкочастотных колебаний зависит от имеющейся обратной связи между температурой полупроводниковой структуры и коллекторным током. Температура полупроводниковой структуры, в свою очередь, зависит от коллекторного тока и рабочей частоты. Этот эффект проявляется редко, чаще в схемах ОБ.
Область В соответствует устойчивому состоянию работы транзистора, так как тепловая инерционность велика и нет обратных связей и-з за большого сопротивления цепей обратной связи.
Работа усилителя в области С может сопровождаться возникновением паразитных колебаний. При этом коэффициент усиления транзистора по мощности еще достаточно велик (Кр >> 1), а сопротивления элементов в цепи обратной связи приобретают такие значения, при которых уже нельзя пренебречь влиянием внутренней и внешней обратной связи.
Области D соответствует устойчивый режим работы транзистора. При работе в области L возможно возникновение паразитных колебаний на гармониках или чаще на субгармониках рабочей частоты из-за нелинейности емкости коллекторного перехода. Колебание на субгармонике- это колебание с частотой, меньшей рабочей в кратное число раз. Обычно fпар = 0,5 fраб.
На более высоких частотах (область Е) коэффициент усиления транзистора но мощности уменьшается до единицы. На частотах выше fmax транзистор ведет себя как пассивный четырехполюсник.
Существует несколько способов обнаружения паразитных колебаний в усилителе, общих для транзисторов и ламп: визуальный контроль по экрану осциллографа формы огибающей радиочастотных колебаний на выходе и сравнение ее с формой огибающей на входе; исследование спектра выходного сигнала; наблюдение скачков постоянной составляющей тока коллектора при плавном изменении возбуждающего напряжения от нуля до максимума.
Иногда для возникновения паразитной генерации достаточно на базу транзистора подать отпирающее напряжение (Еб>Ебэ).