ТЕМПЕРАТУРНАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ

May 7, 2010 by admin Комментировать »

Итак, мы убедились в необходимости достаточно обоснованного вы­бора положения работай точки маломощных и, особенно, мощных транзисторов. Но, если не принять специальных мер, то положение этой точки на характе­ристике самопроизвольно изменится при работе транзистора в результате из­менения температуры окружающей среды и нагревания самого транзистора про­ходящими через него токами.

В цепи коллектора протекает обратный ток IкБо, который зависит от тем­пературы: при повышении температуры на каждые 10° С ток IKБO германие­вого транзистора удваивается, а у кремниевых IKБO изменяется в 2,5 раза (правда, по значению этот ток значительно меньше, чем у германиевого тран­зистора, поэтому кремниевые более температуроустойчивы). Сам по себе ток IКБО незначителен; у маломощных транзисторов он составляет микроамперы, но от него зависит ток коллектора Iк = Iкбо(h21э + 1) Например, если ток IКбо при 20° С составляет 5 мкА, то при 40° С, а это обычная температура внутри работающего транзистора, он возрастает до 20 мкА. И хотя увеличе­ние тока на 16 мкА — это очень мало, ток коллектора изменится (при й31Э= = 25) на ДIк=ДIКБО(h21Э + 1) = 15(25+1) =390 мкА, т. е. почти на 0,4 мА, а это уже заметно, так как рабочий ток коллектора составляет 1 imA.

clip_image002

Рис. 10. Токи и напряжения в тран­зисторном усилительном каскаде

Увеличение тока коллектора приводит к уменьшению тока базы, посколь­ку ток базы IБ равен разности токов эмиттера и коллектора. Изменение же то­ка базы приводит к изменению напряжения на базе, а даже незначительное из­менение напряжения база — эмиттер приводит к значительным изменениям то­ков транзистора. Отсюда понятна зависимость режима работы транзистора от температурного изменения обратного тока коллектора IКБО. Для уменьшения этой зависимости необходимо снизить влияние изменения тока базы на значе­ние напряжения на базе. Если увеличить ток делителя Iд в цепи базы (рис. 10), то уменьшится зависимость напряжений U± и Uz от тока базы IБ. Но для этого придется уменьшить сопротивле­ние резисторов R1 и R2, что приведет к увеличению потребления энергии от источника питания и уменьшению вход­ного сопротивления каскада, так как эти резисторы шунтируют цепь базы тран­зистора. Поэтому на практике ток дели­теля Iд для маломощных каскадов вы­бирают из условия: Iд>(5-10)IБ, а для мощных каскадов: Iд>(1-5)IБ. Чтобы не ухудшать КПД каскада, ток Iд выбирают не более 10 — 15% тока коллектора.

Более действенный способ борьбы с температурной нестабильностью тран­зисторного каскада — включение в эмиттерную цепь резистора R3. При изме­нении токов Iк и IБ происходит изменение и тока эмиттера Iд. При увели­чении тока Iэ увеличивается и падение напряжения IэRэ на резисторе RЭ, вследствие чего напряжение между базой и эмиттерам транзистора UБЭ = = — IДR2 + Uэ становится менее отрицательным, что препятствует дальнейшему увеличению тока IЭ. Таким образом в цепи RЭCЭ создается напряжение только за счет постоянной составляющей эмиттерного тока I3, которая зависит от температуры транзистора. С повышением температуры ток эмиттера возрастает, в результате увеличивается напряжение в цепи RЭC3. Но это приводит к умень­шению напряжения между базой и эмиттером транзистора, что сдерживает рост эмиттерного тока. В этом и заключается метод температурной стабили­зации режима каскада за счет ООС по постоянному току. Чем ниже гранич-ная усиливаемая частота, тем больше должна быть емкость конденсатора Сэ. На практике в усилителе звуковых частот она должна быть не менее 500 — ,1000 мкФ в маломощных каскадах предварительного усиления и 1500 — 2000 мкФ в оконечных трансформаторных мощных каскадах.

Из рис. 10 следует, что чем больше сопротивление резистора R3, тем эф- фективнее ООС по току и лучше стабилизация. Однако увеличение оопротив-ления резистора R3 требует увеличения напряжения питания Ек: U Кэ= = — Ek+IkRk+I3RЭ. Падение напряжения на резисторе RB не должно превы­шать значения U3 = (0,1 — 0,2)EK, тогда Rэ= (0,1 — 0,2)EK/Iэ. Из этого условия выбирают сопротивление резистора Ra.

Сопротивления резисторов делителя базовой цепи (с учетом рассмотренных условий) можно рассчитать по формулам:

clip_image004

Применяют и другие схемы температурной стабилизации режима (рис.11). Они обеспечивают меньшую стабилизацию, чем схема на рис. 10, но более эко­номичны в отношении источника питания (так как через резистор R1 проте­кает только небольшой ток базы). Кроме того они меньше шунтируют входное сопротивление транзистора, а значит, входное сопротивление таких каскадов вы­ше, чем каскада, работающего по схеме на рис. 10. Наконец, для них требуется меньше деталей, что тоже немаловажно.

clip_image006

Рис. 11. Схема каскада с фиксированным током базы (а) и схема усилительного каскада с ООС по коллекторному напряжению (б)

Сопротивление резистора R1 в схеме на рис. 11,a можно подсчитать по формуле R1~EK/IB, а на рис. 11,6 R1=UКЭ/IБ.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты