21. Температурная стабилизация усилительных элементов.

Пусть и - токи эмиттера и базы в рабочей точке. Тогда для коллекторного тока покоя на основании модели Эберса - Мола для схемы включения транзистора с ОБ и ОЭ можно записать , где - обратный ток коллекторного перехода в схеме с ОБ, а и соответственно где - сквозной ток коллектор - эмиттер при токе базы ,а .

Можно выделить три основные причины изменения тока коллекто­ра при изменении температуры T: 1) ток с ростом температуры увеличивается; 2) коэффициент передачи тока базы с ростом тем­пературы также увеличивается; 3) напряжение перехода база - эмит­тер с ростом температуры Т уменьшается. Ориентировочное зна­чение этого изменения . Температура Т усилительных элементов может изменяться из-за изменения температуры окружаю­щей среды или самопрогрева усилительных элементов. Сильнее всего от температуры T зависит ток . В частности, ее повышение на каждые 10 °С для Si и на 7 °С для Ge приводит к уд­воению первоначальной величины этого тока. Так как , то ток во много раз больше , поэтому смещение рабочей точки за счет изменения особо опасно для схемы с ОЭ и менее сущест­венно для схемы с ОБ. Рассмотрим основные схемы термостабилизации рабочей точки, а вместе с тем и схемы питания усилительного элемента. Схема со стабилизацией фиксированным током базы. Величина тока покоя базы задается номинальным значением сопротивления (рис. 3.19 а), так как . Таким образом, ток почти не изменяется при изменении с ростом температуры Т, но ток относительно последней оказывается незастабилизированным. Это является основным недостатком данной схемы стабилизации.

Схема стабилизации фиксацией потенциала базы с помощью делителя напряжения. Сопротивление резисторов делителя и выбирают так, чтобы выполнялось соотношение для ма­ломощных транзисторов и для мощных (рис. 3.19 6). В этом случае при изменении температуры напряжение на базе транзистора остается почти неизменным. Недостаток данной схемы тот же, что и у схемы с фиксированным током базы.

Схема эмиттерной температурной стабилизации. Наиболее рас­пространенной является схема эмиттерной термостабилизации, пред­ставленная на рис. 3.19 е. Здесь для температурной стабилизации ра­бочей точки введена отрицательная обратная связь (ООС) по току, для чего в цепь эмиттера включено сопротивление R_Э. Резистивный дели­тель , предназначен для поддержания неизменным потенциала на базе транзистора, причем номинальные значения данных резисторов выбираются аналогично тому, как это делалось для схемы стабилиза­ции фиксированным потенциалом базы.

Поясним вкратце, в чем состоит принцип эмиттерной термостаби­лизации. Допустим, что из-за увеличения температуры увеличился ток . Вместе с ним увеличивается и ток эмиттера так как эти токи связаны между собой равенством . Увеличение тока эмитте­ра приводит к увеличению падения напряжения на сопротивлении R_Э. При неизменном потенциале базы это ведет к уменьшению разности по­тенциалов на переходе база - эмиттер, т. е. напряжения .Уменьше­ние напряжения приводит к уменьшению тока базы и далее к уменьшению тока коллектора. В итоге происходит компенсация на­чального увеличения тока . Однако введение сопротивления R_Э ве­дет не только к стабилизации положения рабочей точки, но и к уменьшению коэффициента усиления К из-за влияния отрицательной обратной связи по переменной составляющей коллекторного тока. Чтобы избежать этого, сопротивление R_Э блокируется по переменной составляющей конденсатором большой емкости (конденсатор на схе­ме показан пунктиром).

С хема коллекторной температурной стабилизации. Введение ООС» по напряжению с помощью резистора улучшает термоста­бильность усилительного каскада, называемого в этом случае каска­дом с коллекторной термостабилизацией (рис. 3.19 г). Для.пояснения работы данной схемы положим, что в некоторый момент времени произошло увеличение температуры усилительного элемента и, сле­довательно, возрастание тока покоя коллектора . Это приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R_K, поскольку оно рав­но а, следовательно, к уменьшению потенциала U_K на кол­лекторе транзистора относительно земли. Это уменьшение напряже­ния через резистор передается на базу транзистора и приводит к уменьшению напряжения .В свою очередь, уменьшение напряжения вызовет уменьшение тока и, следовательно, уменьшение тока .

Коэффициент нестабильности. Влияние изменения тока на ток коллектора количественно принято характеризовать коэффициен­том нестабильности (или S) . Чем меньше коэффициент , тем меньше изменение влияет на изменение коллекторного тока.

Вычислим, например, а в схеме со стабилизацией тока базы (рис. 3.19 а\ если задан коэффициент : . Считая , получаем из последнего выражения дифференциро­ванием по с : . Заметим, что в данном случае значе­ние коэффициента нестабильности а достаточно велико (обычно за­дается в интервале 5< <10).