Термостабилизация режима каскада на БТ
Параметры БТ в значительной мере подвержены влиянию внешних факторов (температуры, радиации и др.). В то же время, одним из основных параметров усилительного каскада является его стабильность. Прежде всего, важно, чтобы в усилителе обеспечивался стабильный режим покоя.
Проанализируем вопрос влияния температуры на стабильность режима покоя БТ, конкретно - .
Существуют три основных фактора, влияющих на изменении под действием температуры: при увеличении температуры, во-первых, увеличивается напряжение
, во-вторых, обратный ток коллекторного перехода
, и, в третьих, возрастает коэффициент
.
![]() |
Для анализа реальный транзистор можно представить в виде идеального, у которого параметры не зависят от температуры, а температурную зависимость смоделировать включением внешних источников напряжения и тока (рисунок 2.16).
Рассмотрим влияние этих факторов на приращение тока коллектора . Начнем с влияния изменения
, вызванного тепловым смещением проходных характеристик
, обозначив при этом приращение тока коллектора как
:
,
где - приращение напряжения
, равное:
|e
|
,
где e - температурный коэффициент напряжения (ТКН),
e
-3мВ/град.,
Т - разность между температурой коллекторного перехода
перехода и справочным значением этой температуры
(обычно 25
C):
,
,
где
и
соответственно, мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе в статическом режиме, и тепловое сопротивление “переход-среда”:
,
.
Ориентировочное значение теплового сопротивления зависит от конструкции корпуса транзистора и обычно для транзисторов малой и средней мощности лежит в следующих пределах:
.
Меньшее тепловое сопротивление имеют керамические и металлические корпуса, большее - пластмассовые.
![]() |
Отметим, что
![](https://helpiks.org/helpiksorg/baza6/1035455581083.files/image415.gif)
![](https://helpiks.org/helpiksorg/baza6/1035455581083.files/image461.gif)
Определяем приращение тока коллектора , вызванного изменением обратного (неуправляемого) тока коллектора
:
,
где приращение обратного тока равно:
,
где a - коэффициент показателя, для кремниевых транзисторов a=0,13.
Следует заметить, что значение , приводимое в справочной литературе, особенно для транзисторов средней и большой мощности, представляет собой сумму тепловой составляющей и поверхностного тока утечки, последний может быть на два порядка больше тепловой составляющей, и он практически не зависит от температуры. Следовательно, при определении
следует пользоваться приводимыми в справочниках температурными зависимостями
, либо уменьшать справочное значение
примерно на два порядка (обычно
для кремниевых транзисторов составляет порядка
, и порядка
для германиевых, n=(1...9).
Приращение коллекторного тока, вызванного изменением , определяется соотношением:
,
где ,
отн. ед./град.
Полагая, что все факторы действуют независимо друг от друга, запишем:
.
Для повышения термостабильности каскада применяют специальные схемы питания и термостабилизации. Эффективность таких схем коэффициентом термостабильности, который в общем виде представляется как:
.
Учитывая различный вклад составляющих , разное влияние на них элементов схем термостабилизации, вводят для каждой составляющей свой коэффициент термостабильности, получая выражения для термостабилизированного каскада:
.
Обычно , что обусловлено одинаковым влиянием на
и
элементов схем термостабилизации:
.
Полученная формула может быть использована для определения усилительного каскада при любой схеме включения в нем БТ.
Рассмотрим основные схемы питания и термостабилизации БТ.
Термостабилизация фиксацией тока базы.Схема каскада представлена на рисунке 2.18.
![]() |
определяется соотношением:
,
т.к. .
Очевидно, что "фиксируется" выбором
, при этом ослабляется влияние первого фактора нестабильности тока коллектора (за счет смещения проходных характеристик). Коэффициенты термостабилизации для этой схемы таковы:
,
.
Отсюда видно, что данная схема имеет малую эффективность термостабилизации ( ).
Коллекторная термостабилизация. Схема каскада представлена на рисунке 2.19а.
определяется соотношением:
,
т.к. .
Термостабилизация в этой схеме осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС), введенной в каскад путем включения между базой и коллектором БТ. Механизм действия ООС можно пояснить следующей диаграммой:
,
петля ООС
где символами и
показано, соответственно, увеличение и уменьшение соответствующего параметра. Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:
,
.
Из этих формул видно, что данная схема имеет лучшую термостабильность ( и
меньше единицы), чем схема с фиксированным током базы.
В схеме коллекторной термостабилизации ООС влияет и на другие характеристики каскада, что должно быть учтено. Механизм влияния данной ООС на характеристики каскада будет рассмотрен далее. Схемные решения, позволяющие устранить ООС на частотах сигнала, приведены на рисунках 2.19б,в.
![]() |
В большинстве случаев, наилучшими свойствами среди простейших (базовых) схем термостабилизации обладает эмиттерная схема термостабилизациипоказанная на рисунке 2.20.
Эффект термостабилизации в этой схеме достигается:
¨ фиксацией потенциала выбором тока базового делителя
.
¨ введением по постоянному току ООС путем включения резистора . На частотах сигнала эта ООС устраняется шунтированием резистора
емкостью
.
Напряжение определяется как:
.
Механизм действия ООС можно изобразить следующей диаграммой:
петля ООС
где символами и
показано, соответственно, увеличение и уменьшение соответствующего параметра. Эскизный расчет эмиттерной схемы термостабилизации маломощного каскада можно проводить в следующей последовательности:
¨ Зададимся током делителя, образованного резисторами R и R
:
;
¨ выбираем ,и определяем номинал
:
;
¨ определяем потенциал :
;
¨ рассчитываем номиналы резисторов базового делителя:
,
,
где ,
определяется при расчете сигнальных параметров каскада.
Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:
,
.
Здесь - параллельное соединение резисторов
и
.
Для каскадов повышенной мощности следует учитывать требования экономичности при выборе и
.
Анализ полученных выражений показывает, что для улучшения термостабильности каскада следует увеличивать номинал и уменьшать
.
Для целей термостабилизации каскада иногда используют термокомпенсацию.Принципиальная схема каскада с термокомпенсацией приведена на рисунке 2.21.
![]() |
Здесь в цепь базы транзистора включен прямосмещенный диод D, температурный коэффициент стабилизации напряжения (ТКН) которого равен ТКН эмиттерного перехода БТ. При изменении температуры окружающей среды напряжение
![](https://helpiks.org/helpiksorg/baza6/1035455581083.files/image403.gif)
![](https://helpiks.org/helpiksorg/baza6/1035455581083.files/image594.gif)
![](https://helpiks.org/helpiksorg/baza6/1035455581083.files/image507.gif)
![](https://helpiks.org/helpiksorg/baza6/1035455581083.files/image419.gif)
![](https://helpiks.org/helpiksorg/baza6/1035455581083.files/image465.gif)
По сути, это схема эмиттерной термостабилизации, у которой "жестко" зафиксирован потенциал ,
, а
.
Следует отметить возможность применения данных схем термостабилизации при любой схеме использования БТ в любой комбинации.
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 1348;