Для улучшения температурной стабилизации транзисторных усилительных каскадов, т.е. для стабилизации рабочей точки используют обратные связи по постоянному напряжению и току.
Рассмотрим основные схемы стабилизации положения рабочей точки с учетом того. Что входной переменный сигнал отсутствует, а токи , и напряжения , представляют собой постоянные токи и напряжения в транзисторе.
На рисунок 56, а схема с ООС по напряжению с коллекторной температурной стабилизацией.
С учетом того, что , уравнение после решения его относительно приобретает вид:
После дифференцирования уравнения (2) для коэффициента температурной нестабильности получим:
(3)
Из формулы (3) следует, что величина S тем ближе к единице, чем больше значение и чем меньше . Поэтому работа схемы при малых сопротивлениях коллекторной нагрузки малоэффективна с точки зрения ее температурной стабилизации.
Рисунок 56 |
Физический смысл коллекторной температурной стабилизации заключается в следующем. При увеличении (от значения ) падение напряжения на возрастает. При этом приращение положительного потенциала на коллекторе через резистор поступает на базу транзистора, смещая ЭП в обратном направлении. В результате уменьшается ток базы , а следовательно, ток коллектора , который стремится уменьшится до своего первоначального значения .
Более эффективной является схема рисунок 56, б усилительного каскада с ООС по постоянному току через резистор , схема сохраняет работоспособность при изменении температуры на . В результате увеличения, с ростом температуры, тока увеличивается ток и падение напряжения на сопротивлении . При этом эмиттер по отношению к базе становится более отрицательным и эмиттерный переход ЭП смещается в обратном направлении. Это вызывает уменьшение базового тока I б, в результате чего ток коллектора также уменьшится, стремясь возвратится к первоначальному значению . Для устранения ООС по по переменному току (при наличии входного переменного сигнала) резистор шунтируют конденсатором , сопротивление которого на частоте сигнала должно быть незначительным.
Коэффициент нестабильности коллекторного тока, полученный аналогично, как и для схемы (а), выражается формулой
.
где , откуда видно, что температурная стабилизация тем выше, чем меньше сопротивление делителя и и чем больше сопротивление . Однако значительное увеличение Rэ нежелательно, т.к. при этом снижается рабочее напряжение , при заданном , что приводит к снижению уровня усиления. Учитывая то, что уменьшение сопротивления делителя и приводит к снижению входного сопротивления усилителя, то при проектировании приходится принимать компромиссные решения.
6.5 Шумовые свойства транзисторов
Шумы обусловлены тепловыми, дробовыми и структурными шумами. Источником тепловых шумов является распределенные сопротивления полупроводника. Для биполярного транзистора решающее значение имеет .
Дробные шумы связаны с флюктуацией прохождения носителей заряда через переходы.
Структурные шумы образуются шумами поверхностной рекомбинации и шумами утечки коллектора.
Шумы зависят от частоты, выбора рабочей точки, сопротивления источника сигнала. Обычно шумы растут с ростом тока коллектора .
В биполярных транзисторах в диапазоне низких частот преобладают структурные шумы, в диапазоне средних частот шумы не зависят от частоты. В полевых транзисторах шумы обычно меньше, чем в биполярных.