Термостабилизация работы транзистора

December 21, 2010 by admin Комментировать »

   
   

   Когда говорят о термостабилизации, имеют в виду те или иные технические средства, способствующие по­вышению стабильности (устойчивости) режима работы транзисторов при изменении температуры.

   На прошедших практикумах мы не уделяли должного внимания термостабилизации, так как все. опыты прово­дили в условиях комнатной температуры, незначитель­ные колебания которой не сказывались на работе тран­зисторов. Но попробуй искусственно изменять темпера­туру транзистора в сравнительно широких пределах, на­пример от 0 до 50…70 °С. Как при таких температурных условиях станет работать транзистор?

   

   Сам по себе ток Iкo — величина небольшая. У низко­частотных германиевых транзисторов малой мощности, например, этот ток, измеренный при обратном напряже­нии 5 В и температуре 20 °С, не превышает 20…30 мкА, а у кремниевых транзисторов он не более 1 мкА. Непри­ятность же заключается в том, что он изменяется при воздействии температуры. С повышением температуры на 10°С ток Iка германиевого транзистора увеличивает­ся примерно вдвое, а кремниевого транзистора — в 2,5 раза, ЕСЛи, например, при температуре 20 °С ток Iко германиевого транзистора составляет 10 мкА, то при по­вышении температуры до 60°С он может возрасти до 150…160 мкA.

   Toк IКО характеризует свойства только коллекторного p-n перехода. В реальных же рабачих условиях напря­жение источника питания оказывается приложенным не к одному, а к двум р-n переходам. При этом обратный ток коллектора течет и через эмиттерный переход и itaif бы усиливает сам себя, В результата значение неуправ­ляемого, но самопроизвольно изменяющегося под воз­действием, темпералгуры тока увеличивается, в несколыю раз. А чем больше его доля а коллекторном токе, тем нестабильнее режим работы транзистора в различных температурных услориях.

   Что же происходило с транзистором первого опытно­го усилителя НЧ (рис, 72)? G повышением температуры общий ток коллекторной цепи увеличился, вызывая все большее падение напряжения на нагрузочном резисторе R2. Напряжение же между коллектором и. эмиттером при атом уменьшилось, что привело к появлению иска­жений звука. При дальнейшем повышении температуры напряжение на коя лекторе стало столь малым, что тран­зистор вообще перестал усиливать входной сигнал.

   И все же германиевые транзисторы могут нормально работать при температуре окружающей среды от — 60 до +70°С, а кремниевые — от — 60 до +120°С. Умень­шение влияния темлературы на ток коллектора возмож­но либо путем использования т аппаратуре, предназна­ченной для работы со значительными колебаниями температуры, транзисторов с очень малым током Iко, либо применением специальных мер, термостабилизирующих режим работы транзисторов.

   В связи с этим проделай следующий опыт (рис. 74). Базовый резистор R1 включи между базой и коллекто­ром. Его сопротивление должно быть таким, чтобы кол­лекторный ток покоя, как и в первом опыте, был 1 мА.

   Погрузи корпус транзистора в лед, а через две…три минуты — в воду, нагретую до температуры 50…60°С. Как теперь изменяется коллекторный ток транзистора? Значительно меньше, чем в первом опыте. Попробуй до­вести температуру воды до 80…90°С. Транзистор сохра­нит работоспособность, хотя, возможно, появятся не­большие искажения звука.

   Что изменилось при таком включении базового рези­стора? Оставаясь элементом, через который на базу транзистора подаётся отрицательное напряжение смеще­ния (0,1…0,2 В), он в то же время образовал между кол­лектором и базой цепь отрицательной обратной связи по постоянному и переменному току, что несколько сни­зило усиление, но улучшило качество работы усилителя. Обратная связь действует следующим образом. При на­гревании транзистора коллекторный ток увеличивается, а напряжение на коллекторе уменьшается. Одновременно уменьшается и отрицательное напряжение смещения на базе транзистора, что влечет за собой уменьшение кол­лекторного тока. Таким образом, за счет автоматическо­го воздействия коллекторного тока на ток базы и тока базы на ток коллектора режим работы транзистора ста­билизируется.

   Теперь рассмотри схему .усилителя, показанную на рис. 75. Здесь резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения источника питания Uпит, с которого на базу транзистора подается фиксированное напряжение смеще­ния. В цепь эмиттера включен резистор R4, создающий отрицательную обратную связь по постоянному и пере­менному току. Чтобы устранить обратную связь по пе­ременному току, сильно снижающую усиление каскада, эмиттерный резистор шунтируют конденсатором (на рис. 80 показан штриховыми линиями). При таком спо­собе включения транзистора на его базе относительно эмиттера должно быть отрицательное напряжение, рав­ное минус 0,1…0,2 В, что обеспечивает транзистору нор­мальную работу в режиме усиления.

   

   Как в этом случае термо-стабилизируется работа уси­лителя? Увеличение коллек­торного тока, вызываемое повышением температуры транзистора, сопровождает­ся увеличением падения на­пряжения на резисторе R4, а значит, и увеличением на­пряжения на эмиттере. При этом напряжение между ба­зой И эмиттером уменьшает­ся, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению кол­лекторного тока транзистора.

   Повтори опыт с изменением температуры транзисто­ра такого усилителя. Сравни изменения коллекторного тока и качество работы с результатами первых двух опытов. Преимущество окажется на стороне третьего ва­рианта усилителя. Да, такой способ термостабилизации режима работы транзистора является наиболее эффек­тивным.

   Какие практические выводы позволяют сделать про­веденные опыты? Первый опытный усилитель (см. рис. 72) самый нестабильный. Такое включение транзисторов можно использовать для аппаратуры, работающей при небольших колебаниях температуры. А вот если прием­ник или усилитель предполагается эксплуатировать в раз­личных температурных условиях, транзисторы следует включать вторым (рис. 74) или третьим (рис. 75) спосо­бами.

   Второй способ хорош простотой, но при нем сни­жается усиление сигнала. Третий способ требует допол­нительных деталей, зато дает лучший эффект термоста­билизации и не снижает усиление. Он, кроме того, поз­воляет производить замену транзисторов без дополни­тельного подбора деталей, определяющих их режим ра­боты.

   Эти выводы, которые относятся и к каскадам усиле­ния колебаний высокой частоты, ты сможешь проверить опытным путем на тех усилителях или приемниках, кото­рые конструируешь или собираешься конструировать.

   Подобные опыты можно провести и с транзисторами структуры n-р-n, например, серий МП35…МП38, КТ315.

   Надо только изменить полярность включения источника питания на обратную. В зависимости от значений томов Iко и статических коэффициентов передачи ток» ис­пользуемых транзисторов изменения коллекторных то­ков могут быть больше или меньше, но общие резуль­таты окажутся примерно такими же.

   

Литература:
Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. — М.: ДОСААФ, 1984. 144 с., ил. 55к.

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