Как известно, все параметры биполярного транзистора имеют сильную температурную зависимости. Если не предусмотреть специальные схемы стабилизации, то рабочая точка в зависимости от температуры будет передвигаться, что может привести к выходу ее за пределы рабочей области характеристики. Так, например, обратный ток коллектора в сильной степени зависит от окружающей температуры:,
где А - коэффициент, зависящий от технологии производства транзистора.
При увеличении температуры на 10°С увеличивается в два раза. Такое явление вызывает изменение коллекторного тока и режима работы. Изменение также может быть вызвано изменением коэффициента усиления и изменением питающих напряжений во времени. Широкое применение находят коллекторная и эмиттерная схемы стабилизации режимов работы транзисторов. Надо отметить, что все схемы стабилизации реализованы с использованием отрицательной обратной связи по постоянному току. В схеме коллекторной стабилизации (рис.4.3., а) ток смещения зависит от потенциала коллектора Uк0, который определяется Uк0 = Е-IкRн. Если увеличится , то уменьшается ток смешения Iб0=(Е-IкRн)/R1, что приводит к снижению . Процесс автоматического управления при уменьшении тока коллектора происходит обратным образом. Принцип действия коллекторной стабилизации основан на применении отрицательной обратной связи по напряжению.
|
|
Коллекторная стабилизация в случае подачи смещения с помощью делителя объясняется следующим образом: Iд= (Е-IкRн)/(R1 + R2); Uсм= Iд R2
Рис.4.3. Схемы коллекторной стабилизации рабочей точки.
При повышении температуры увеличивается ток коллектора, следовательно, возрастает падение напряжения на сопротивлении нагрузки, вследствие чего уменьшается потенциал коллектора. Это приводит к уменьшению напряжения смещения, следовательно, к уменьшению тока коллектора.
Более высокую стабильность рабочей точки обеспечивает наиболее распространенная схема эмиттерной стабилизации (рис. 4.4.).
Напряжение смещения в этой схеме равняется . Принцип действия эмиттерной стабилизации состоит в следующем. Допустим, за счет повышения температуры в схеме возрастают токи и . При этом растет падение напряжения на , что уменьшает напряжение смещения. Снижение напряжения смещения, в свою очередь, ведет к уменьшению токов и . Чтобы исключить обратную связь по переменной составляющей, необходимо зашунтировать большой емкостью .
Рис.4.4. Схема эмиттерной стабилизации рабочей точки
Стабильность рабочей точки повышается при использовании схемы комбинированной стабилизации (рис.4.5), в которой объединены оба рассмотренных способа. Коллекторная стабилизация рабочей точки в этой схеме обеспечивается за счет включения в цепь коллектора элементов развязывающего фильтра. При увеличении температуры увеличивается Iк и падение напряжения IкRф. Вследствие чего уменьшается потенциал точки 1, что приводит к уменьшению напряжения смещения. Следовательно, уменьшается ток коллектора, т.е. происходит стабилизация режима работы транзистора.
|
|
Рис.4.5. Схема комбинированной стабилизации рабочей точки.
Когда требуется уменьшить нестабильность тока покоя, вызываемую лишь изменением температуры, используются схемы температурной стабилизации (рис.4.6).
Рис.4.6. Схемы температурной стабилизации:
а – с помощью терморезистора; б – с помощью диода.
В принципиальной схеме усилителя с температурной стабилизацией, приведенной на рис. 4.6.а, в нижнем плече делителя устанавливается терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом. При повышении температуры его сопротивление падает, следовательно, уменьшается напряжение смещения, что вызывает уменьшение токов коллектора и эмиттера.
Температурная стабилизация может быть осуществлена с помощью полупроводниковых диодов (рис.4.6.б). С повышением температуры возрастает обратный ток диода, следовательно, возрастает напряжение на сопротивлении и уменьшается напряжение смещения, компенсируя возрастания обратного тока транзистора.