Влияние температуры на режим работы транзисторов в каскадах усиления

 

В связи с тем, что транзисторы являются полупроводниковыми приборами, в которых количество носителей тока (электронов и дырок) зависит от температуры, возникает необходимость стабилизации их токов и напряжений в режиме покоя. Наибольшее влияние оказывает на режим работы транзистора температурная зависимость обратного тока базы. Изменение тока базы DI в интервале температур Dt0 С приводит к изменению тока коллектора в h21э раз, т.е. DIk0 = DI h21Э.

Семейство выходных характеристик и нагрузочная прямая, поясняющие принцип температурной нестабильности положения рабочей точки

 

 

Изменение коллекторного тока покоя при изменении температуры приводит к уходу положения рабочей точки от первоначально установленного значения. На рис. 3.26 новое положение рабочей точки обозначено как РТ (Dto C). При увеличении тока покоя коллектора происходит уменьшение напряжения покоя и, наоборот, при уменьшении температуры растет напряжение покоя коллектора, а ток покоя уменьшается. Действительно, из уравнения нагрузочной характеристики для точки покоя имеем:

Uк0 = Еп – Iк0 RК.

Из уравнения нагрузочной характеристики очевидно, что при увеличении температуры растет Iк0, а Uк0 уменьшается, и наоборот. Отсюда следует, что для стабилизации рабочей точки необходимо: при увеличении температуры – уменьшать, а при уменьшении – увеличить ток базы транзистора так, чтобы ток покоя коллектора оставался постоянным. Существует несколько методов реализации такого «механизма» изменения тока базы.


Термостабилизация с помощью терморезистора. Терморезистор обладает обратной вольтамперной характеристикой, т.е. с увеличением температуры его сопротивление уменьшается. Если такой резистор подключить в нижнее плечо делителя подачи смещения, то при увеличении температуры будет уменьшаться напряжение смещения базы транзистора. Действительно, с увеличением температуры уменьшается сопротивление терморезистора Rt, следовательно, уменьшается и падение напряжения на нем, определяющее напряжение смещения. Это приводит к уменьшению тока смещения базы, и ток покоя коллектора сохраняет некоторую стабильность.

Достоинством этого метода является то, что терморегулирующий элемент подключен в цепь с малым потреблением тока. Поэтому такой способ термостабилизации рабочей точки применяется в основном в каскадах усиления мощности.

Недостатком этого способа является невысокая степень стабилизации положения рабочей точки из-за несоответствия температурных зависимостей обратного тока базы и сопротивления терморезистора. В каскадах усиления мощности бытовой радиоэлектронной аппаратуры в качестве термостабилизирующих элементов используются полупроводниковые диоды в прямом включении, т.е. p–n-переходы. Использование p–n-переходов в качестве термостабилизирующих элементов позволяет получить стабильную работу транзистора в широком диапазоне температур, так как температурные зависимости прямого падения напряжения на p–n-переходе и участке база – эмиттер транзистора практически совпадают.

 

 

Схема включения термостабилизирующих полупроводниковых диодов

 

 

Коллекторная термостабилизация рабочей точки.При коллекторной термостабилизации рабочей точки транзистора напряжение смещения (следовательно, и ток смещения) формируется напряжением покоя коллектора транзистора

, Uсм = Iб0 Rвх тр,

где Rвх тр – входное сопротивление транзистора в области выбранной рабочей точки.

Из уравнения нагрузочной характеристики следует, что увеличение тока коллектора приводит к уменьшению напряжения на коллекторе транзистора UК0. Так как напряжение смещения на базу транзистора подается с коллектора транзистора, то при росте температуры будет падать напряжение смещения и пропорционально этому напряжению – ток смещения базы. Схема каскада усиления при этом несколько похожа на схему, где подача смещения на базу транзистора осуществляется с фиксированным током базы. Схемы отличаются только тем, что в последнем случае сопротивление Rб, определяющее значение фиксированного тока базы, подключается к коллектору транзистора, а не к источнику питания каскада Ек .

 

 
 

При коллекторной термостабилизации с коллектора транзистора часть выходного напряжения передается на его базу (через сопротивление Rб образуется обратная связь входа транзистора с его выходом).

Эмиттерная термостабилизация. В каскадах усиления бытовой радиоэлектронной аппаратуры в основном используется эмиттерная термостабилизация. При этом входное сопротивление каскада практически не зависит от степени стабилизации рабочей точки.

Известно, что ток (и напряжение) смещения определяется напряжением Uб0, приложенным между базой и эмиттером транзистора в режиме покоя, т.е. когда отсутствует усиливаемый сигнал. На рис. изображен каскад с фиксированным напряжением смещения, следовательно, оно определяется падением напряжения на сопротивлении делителя Rд2. Обозначим это напряжение UR д2 . Из рис. следует, что оно определяется как сумма двух напряжений

UR д2 =Uб0 + URэ.

Из уравнения для UR д2 можно определить значение напряжения смещения базы

Uб0 = UR д2 – URэ = UR д2 – Iэ×Rэ = UR д2 – (Iк0 + Iб0) Rэ.

Из полученного выражения следует, что увеличение тока коллектора, наблюдаемое при повышении температуры, приводит к увеличению второй слагаемой и уменьшению напряжения смещения Uб0, следовательно, к температурной стабильности положения рабочей точки.

 

 

Схема каскада усиления с эмиттерной термостабилизацией

 

 

В этой схеме, как и в схеме с коллекторной термостабилизацией, имеет место нежелательная обратная связь. Эта связь также уменьшает коэффициент усиления каскада. Чтобы устранить ее влияние на коэффициент усиления каскада, резистор Rэ шунтируют конденсатором Сэ, т.е. блокируют.

Режимы работы транзистора (классы работы): А, АБ, В, С и D. Рассматриваемые RC – усилители обычно работают в режиме А. В режиме А ток коллектора всегда больше нуля (iк > 0). При этом он увеличивается или уменьшается в зависимости от входного сигнала. В режиме В ток Iкн=0, поэтому ток коллектора может только увеличиваться. При синусоидальном входном сигнале в цепи коллектора протекают положительные полуволны тока. Режим АВ является промежуточным между режимами А и В. В режиме С на вход транзистора подается начальное запирающее напряжение, поэтому в цепи коллектора в каждый период входного сигнала ток протекает в течение времени, меньшего чем половина периода. Режимом D называют ключевой режим работы (транзистор находится или в режиме насыщения, или в режиме отсечки).

 








Дата добавления: 2015-02-19; просмотров: 2745;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.