Температурная стабилизация усилителей. Существенным недостатком транзисторов является зависимость их параметров от температуры

Существенным недостатком транзисторов является зависимость их параметров от температуры. При повышении температуры транзистора увеличивается I _к за счет возрастания числа не основных носителей заряда в полупроводнике. Это приводит к изменению коллекторных характеристик транзистора. При увеличении I _к на ∆ I _к коллекторное напряжения уменьшается на ∆ U _к = R _к ∆ I _к (рисунок 2.13).

Это вызывает смещение рабочей точки на коллекторной и переходной характеристиках (из П1 вП2). В некоторых случаях повышение температуры может вывести рабочую точку за пределы линейного участка переходной характеристики и нормальная работа усилителя нарушается. Поэтому для температурной стабилизации усилителей используется специальные меры или способы. Их два:

- эмиттерная стабилизация;

- коллекторная стабилизация.

Рисунок 2.13 – Зависимость характеристик транзистора от температуры

Эмиттерная температурная стабилизация

Для уменьшения влияния температуры на характеристику усилительного каскада с ОЭ в цепь эмиттера включают резистор R _э, шунтированный конденсатором. В цепи базы для создания начального напряжения смещения между базой и эмиттером ставится делитель R ₁ / R ₂ (рисунок 2.14).

Напряжение U _бэ зависит от сопротивления резисторов:

U _бэ = E _к R ₂ / (R ₁ + R ₂) − R _э I _э,

Где первый член уравнения есть потенциал базы, а второй – потенциал эмиттера.

Рисунок 2.14 – Схема УК с эмиттерной температурной стабилизацией

При наличии R _э увеличение эмиттерного тока I _э = I _б + I _к из-за повышения температуры приводит к возрастанию падения напряжения на R _э. Это вызывает снижение потенциала базы по отношению к потенциалу эмиттера, т. е. U _бэ уменьшается, а, следовательно, уменьшаются I _э и I _к.

Конечно, уменьшение I _к за счет R _э не может полностью скомпенсировать рост I _к за счет повышения температуры, но влияния температуры на I _к при этом во много раз снижается.

Однако введение R _э изменяет работу усилительного каскада. Переменная составляющая эмиттерного тока i _э создает на резисторе дополнительное падение напряжения U _э = R _э i _э, которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору:

U _бэ = U _вых − R _э i _э

Коэффициент усиления усилительного каскада при этом будет уменьшаться. Это явления называется отрицательной обратной связью. Для ослабления ООС параллельного R _э включают емкость С _э, сопротивление которой намного меньше R _э. При этом падение напряжения на участке R _э − С _э от переменной составляющей i _э будет незначительным, поэтому усиливаемое напряжения практически равно входному:

U _бэ ≈ U _вх

Недостатком эмиттерной стабилизации является необходимость повышения напряжения питания коллекторной цепи, т. к. при включении R _э U _к уменьшается за счет падения напряжения на R _э.

Коллекторная температурная стабилизация

В этом случае напряжение обратной связи подается из коллекторной цепи в цепь базы с помощью резисторов R ₁ и R _к, включенных между коллектором и базой транзистора (рисунок 2.15).

Рисунок 2.15 – Схема УК с коллекторной температурной стабилизацией

При повышении температуры I _к увеличивается, а U _к уменьшается. Это приводит к снижению потенциала базы, а, следовательно, к уменьшению I _к0 и I _к, который стремится к своему первоначальному значению. В результате I _кн, U _к изменяются незначительно. Т. е. введение резисторов R ₁ и R _к приводит к существенному ослаблению влияния температуры на характеристики УК.

Чтобы составляющая коллекторного напряжения не попадала в цепь базы, в УК используют фильтры.

Усилитель с коллекторной стабилизацией обладает меньшей стабильностью, чем усилитель с эмиттерной стабилизацией, но он не требует повышения напряжения питания коллекторной цепи.