Транзисторі

Параметри БТ значною мірою схильні до впливу зовнішніх чинників (температури, радіації і ін.). В той же час, одним з основних параметрів підсилювального каскаду є його стабільність. Перш за все, важливо, щоб в підсилювачі забезпечувався стабільний режим спокою.

Проаналізуємо питання впливу температури на стабільність режиму спокою БТ, конкретно - .

Існують три основні чинники, що впливають на зміні під дією температури: при збільшенні температури, по-перше, збільшується напруга по-друге, зворотний струм колекторного переходу і, в третіх, зростає коефіцієнт .

Розглянемо вплив цих чинників на приріст струму колектора . Почнемо з впливу зміни викликаного тепловим зсувом прохідних характеристик позначивши при цьому приріст струму колектора як :

,

де - приріст напруги рівне:

|e | ,

де e - температурний коефіцієнт напруги (ТКН)

e -3мВ/град., Т - різниця між температурою колекторного переходу

переходу і довідковим значенням цієї температури (зазвичай 25 C):

,

,

де і відповідно, потужність, що розсіюється на колекторному переході в статичному режимі, і тепловий опір “перехід-середовище”:

,

.

Орієнтовне значення теплового опору залежить від конструкції корпусу транзистора і зазвичай для транзисторів малої і середньої потужності лежить в наступних межах:

.

Менший тепловий опір мають керамічні і металеві корпуси, більше - пластмасові.

Визначаємо приріст струму колектора викликаного зміною зворотного (некерованого) струму колектора :

,

де приріст зворотного струму рівно:

,

де a - коефіцієнт показника, для кремнієвих транзисторів 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).

Приріст колекторного струму, викликаного зміною визначається співвідношенням:

,

де

Вважаючи, що всі чинники діють незалежно один від одного, запишемо:

.

Для підвищення термостабільності каскаду застосовують спеціальні схеми живлення і термостабілізації. Ефективність таких схем коефіцієнтом термостабільності, який в загальному вигляді представляється як:

.

Враховуючи різний внесок складових різний вплив на них елементів схем термостабілізації, вводять для кожної складової свій коефіцієнт термостабільності, отримуючи вирази для термостабилизированного каскаду:

.

Зазвичай що обумовлене однаковим впливом на і елементів схем термостабілізації:

.

Отримана формула може бути використана для визначення підсилювального каскаду при будь-якій схемі включення в нім БТ.

Розглянемо основні схеми живлення і термостабілізації БТ.

Термостабілізація фіксацією струму бази.Схема каскаду представлена на малюнку 2.18.

визначається співвідношенням:

,

оскільки .

Очевидно, що "фіксується" вибором при цьому ослабляється вплив першого чинника нестабільності струму колектора (за рахунок зсуву прохідних характеристик). Коефіцієнти термостабілізації для цієї схеми такі:

,

.

Звідси видно, що дана схема має малу ефективність термостабілізації ( ).

Колекторна термостабілізація. Схема каскаду представлена на малюнку 2.19а.

визначається співвідношенням:

,

оскільки .

Термостабілізація в цій схемі здійснюється за рахунок негативного зворотного зв'язку (ООС), введеного в каскад шляхом включення між базою і колектором БТ. Механізм дії ООС можна пояснити наступною діаграмою:

,

петливши ООС

де символами і показано, відповідно, збільшення і зменшення відповідного параметра. Коефіцієнти термостабілізації для цієї схеми:

,

.

З цих формул видно, що дана схема має кращу термостабільність ( і менше одиниці), чим схема з фіксованим струмом бази.

У схемі колекторної термостабілізації ООС впливає і на інші характеристики каскаду, що повинне бути враховане. Механізм впливу даної ООС на характеристики каскаду буде розглянутий далі. Схемні рішення, що дозволяють усунути ООС на частотах сигналу, приведені на малюнках 2.19б,в.

Ефект термостабілізації в цій схемі досягається:

¨ фіксацією потенціалу вибором струму базового дільника .

¨ введенням по постійному струму ООС шляхом включення резистора . На частотах сигналу ця ООС усувається шунтуванням резистора ємкістю .

Напруга визначається як:

.

Механізм дії ООС можна зобразити наступною діаграмою:

петливши ООС

де символами і показано, відповідно, збільшення і зменшення відповідного параметра. Ескізний розрахунок емітерної схеми термостабілізації малопотужного каскаду можна проводити в наступній послідовності:

¨ Задамося струмом дільника, утвореного резисторами R і R :

;

¨ вибираємо ,и визначуваний номінал :

;

¨ визначуваний потенціал :

;

¨ розраховуємо номінали резисторів базового дільника:

,

,

де

Коефіцієнти термостабілізації для цієї схеми:

,

.

Тут - паралельне з'єднання резисторів і .

Для каскадів підвищеної потужності слід враховувати вимоги економічності при виборі і .

Аналіз отриманих виразів показує, що для поліпшення термостабільності каскаду слід збільшувати номінал і зменшувати .

Для цілей термостабілізації каскаду іноді використовують термокомпенсацию.Принципова схема каскаду з термокомпенсацией приведена на малюнку 2.21.

Тут в ланцюг бази транзистора включений прямозміщений діод D, температурний коефіцієнт стабілізації напруги (ТКН) якого рівний ТКН емітерного переходу БТ. При зміні температури навколишнього середовища напруга і напруга на діоді мінятиметься однаково, внаслідок чого струм спокою бази залишиться постійним. Застосування цього методу особливе ефективно в каскадах на кремнієвих транзисторах, де основну нестабільність струму колектора породжує (із-за відносної трохи ). Якнайкраща реалізація цього методу термокомпенсации досягається в ІМС, де обидва переходи природним чином локалізуються в межах одного кристала і мають абсолютно однакові параметри. Можливе застосування інших термокомпенсирующих елементів і ланцюгів, наприклад, що використовують поєднання БТ і ПТ. Великий клас ланцюгів, живлячих БТ, складають схеми з двома джерелами живлення,приклад однієї з них приведений на малюнку 2.22.

По суті, це схема емітерної термостабілізації, у якої "жорстко" зафіксований потенціал

Слід зазначити можливість застосування даних схем термостабілізації при будь-якій схемі використання БТ в будь-якій комбінації.