Стабилизация рабочей точки биполярных транзисторов.

Как известно, все параметры биполярного транзистора имеют сильную темпера­турную зависимости. Если не предусмотреть специальные схемы ста­билизации, то рабочая точка в зависимости от температуры будет передвигаться, что может привести к выходу ее за пределы рабочей области характеристики. Так, например, обратный ток коллектора в сильной степени зависит от окружающей температуры: ,

где А - коэффициент, зависящий от технологии производства транзистора.

При увеличении температуры на 10°С увеличивается в два раза. Такое явление вызывает изменение коллекторного тока и режима работы. Изменение также может быть вызвано изменением коэффициента усиления и изменением питающих напряжений во времени. Широкое применение находят коллекторная и эмиттерная схемы стабилизации режимов работы транзисторов. Надо отметить, что все схемы стабилизации реализованы с использованием отрица­тельной обратной связи по постоянному току. В схеме коллекторной стабилизации (рис.4.3., а) ток смещения зависит от потенциала коллектора U_к0, который определяется U_к0=Е-I_кR_н. Если увеличится , то уменьшается ток смешения I_б0=(Е-I_кR_н)/R1, что приводит к снижению . Процесс автома­тического управления при уменьшении тока коллектора происходит обратным образом. Принцип действия коллекторной стабилизации ос­нован на применении отрицательной обратной связи по напряжению.

Коллекторная стабилизация в случае подачи смещения с помощью делителя объясняется следующим образом: I_д= (Е-I_кR_н)/(R1 + R2); U_см= I_д R2

Рис.4.3. Схемы коллекторной стабилизации рабочей точки.

При повышении температуры увеличивается ток коллектора, следовательно, возрастает падение напряжения на сопротивлении нагрузки, вследствие чего уменьшается потенциал коллектора. Это приводит к уменьшению напряжения смещения, следовательно, к уменьшению тока коллектора.

Более высокую стабильность рабочей точки обеспечивает наибо­лее распространенная схема эмиттерной стабилизации (рис. 4.4.).

Напряжение смещения в этой схеме равняется . Принцип действия эмиттерной стабилизации состоит в следующем. До­пустим, за счет повышения температуры в схеме возрастают токи и . При этом растет падение напряжения на , что уменьшает напряжение смещения. Снижение напряжения смещения, в свою оче­редь, ведет к уменьшению токов и . Чтобы исключить обратную связь по переменной составляющей, необходимо зашунтировать большой емкостью .

Рис.4.4. Схема эмиттерной стабилизации рабочей точки

Стабильность рабочей точки повышается при использовании схемы комбини­рованной стабилизации (рис.4.5), в которой объединены оба рас­смотренных способа. Коллекторная стабилизация рабочей точки в этой схеме обеспечивается за счет включения в цепь коллектора элементов развязывающего фильтра. При увеличении температуры увеличивается I_к и падение напряжения I_кR_ф. Вследствие чего уменьшается потенциал точки 1, что приводит к уменьшению напряжения смещения. Следовательно, уменьшается ток коллектора, т.е. происходит стабилизация режима работы транзистора.

Рис.4.5. Схема комбинированной стабилизации рабочей точки.

Когда требуется уменьшить нестабильность тока покоя, вызы­ваемую лишь изменением температуры, используются схемы темпера­турной стабилизации (рис.4.6).

Рис.4.6. Схемы температурной стабилизации:

а – с помощью терморезистора; б – с помощью диода.

В принципиальной схеме усилителя с температурной стабилиза­цией, приведенной на рис. 4.6.а, в нижнем плече делителя устанавливается терморезистор с отрицательным температурным коэффициен­том. При повышении температуры его сопротивление падает, следо­вательно, уменьшается напряжение смещения, что вызывает уменьше­ние токов коллектора и эмиттера.

Температурная стабилизация может быть осуществлена с по­мощью полупроводниковых диодов (рис.4.6.б). С повышением темпера­туры возрастает обратный ток диода, следовательно, возрастает напряжение на сопротивлении и уменьшается напряжение смещения, компенсируя возрастания обратного тока транзистора.

Лекция №5