Файл: конспект лекций схемотехника.pdf

обмеження вихідного сигналу при заходженні робочої точки в режими насичення або відсічки.

Надмірне зменшення струму спокою також призводить до збільшення нелінійних спотворень і зменшення підсилення каскаду. Також при зміні струму спокою може змінитися динамічний діапазон підсилювачів.

Розрізняють такі основні причини температурної нестабільності транзистора:

зміна зворотного (теплового) струму колектора від температури IКБ0 (t) ;

зсув вхідних характеристик при зміні температури;зміна коефіцієнта підсилення за струмом

транзистора.

Детальніше розглянемо кожну з цих причин.

Для германієвих транзисторів зворотний струм з підвищенням температури подвоюється на кожні 10 °С, а для кремнієвих – на кожні 7 °С:

t (8 10) – для германієвих транзисторів.

Однак початкові значення струму для кремнієвих транзисторів на один-два порядки менші, ніж для германієвих, тому, незважаючи на значну крутість характеристик, значення зворотних струмів менші. Завдяки цій перевазі їх застосовують частіше.

Цей фактор є домінуючим для кремнієвих транзисторів.

78

IБ

t1 t2

t1 t2

Усі ці причини зумовлюють зсув робочої точки спокою у підсилювачі та збудження режиму роботи підсилювача за змінним струмом. Для запобігання цьому застосовують різні схемні рішення.

Існують три основні методи стабілізації режиму роботи транзисторного каскаду: термокомпенсація; параметрична стабілізація; введення ланцюгів негативного зворотного зв'язку.

Метод термокомпенсації базується на тому, що зовнішніми конструктивними і схемотехнічними рішеннями намагаються зменшити вплив на транзисторний каскад небажаних факторів.

Так, якщо основним дестабілізувальним фактором є зміна температури, то найбільш вразливі до цього впливу каскади підсилювача можуть бути конструктивно виділені в деякий самостійний вузол, в якому примусово (незалежно від зовнішніх умов) підтримується незмінна температура,

79

що і дало назву методу. До цієї самої групи методів можна віднести живлення окремих каскадів стабілізованою напругою або застосуванням елементів із стабільними параметрами і т. п. Загальним для усіх цих методів є виключення дії дестабілізувальних факторів на транзисторний каскад, що можуть викликати неприпустимі зміни його параметрів.

Метод параметричної стабілізації базується на використанні в транзисторних каскадах спеціальних елементів, характеристики яких залежать від зовнішніх дестабілізувальних дій, причому зміни параметрів цих елементів повинні компенсувати зміни параметрів транзисторного каскаду. Як приклад на рисунку 3.11 (а) наведена схема транзисторного каскаду, в якій для введення початкового зміщення робочої точки використовується зовнішній подільник напруги на резисторах R1, R2 .

Очевидно, що в цій схемі при збільшенні температури

на незмінному рівні вимагає зменшення початкового зміщення U зм . Для цього необхідно або збільшувати опір

R1 , або зменшувати опір R2 . Можлива і одночасна зміна

опорів обох резисторів. Якщо параметри зміни опорів узгоджені зі змінами параметрів транзисторів, таке рішення дозволяє отримати хорошу температурну стабільність.

У вхідному подільнику напруги можуть бути використані різні елементи, наприклад, терморезистори ( R1

рисунок 3.11 а) або інші напівпровідникові прилади. На рисунку 3.11 б показано використання емітерного переходу додаткового транзистора VTK як такий елемент.

80

+EК

Uвих

Uвх VT1

R2

Uвх VT1

R2

VTK

б)

Рисунок 3.11 – Параметрична стабілізація режиму спокою підсилювального каскаду із використанням терморезисторів (а) і додаткового транзистора (б)

Якщо параметри транзисторів VTK і VT1 однакові, то таке рішення дозволяє повністю усунути зміну струму IК 0 , викликане зміною напруги UБЕ . Таке рішення знаходить

широке застосування при розробленні аналогових інтегральних схем.

Розглянуті методи поєднує компенсація лише одного з дестабілізувальних чинників. Так, рішення, наведене на

81

рисунку 3.11 б, не дозволяє компенсувати зміну IКБ 0 , що зумовлене зміною значення h21е , а термостабілізація

частини каскадів не усуває збурень, викликаних зміною напруги живлення, і т. п. До того ж при використанні параметричного методу важко підібрати елементи, здатні в широкому діапазоні зміни зовнішніх факторів досить точно стабілізувати параметри транзисторних каскадів, тому розглянутий вище метод застосовується як додатковий, тобто спільно із введенням у каскад різних ланцюгів зворотного зв'язку.

Для стабілізації режиму транзистора використовується негативний зворотний зв'язок за постійним струмом. Загальним для схем стабілізації із негативним зворотним зв'язком є те, що в підсилювальному каскаді створюється спеціальне коло НЗЗ за постійним струмом. Завдяки цьому колу із зростанням (або зменшенням) струму IК 0 зміщення

на транзисторі зменшується (або збільшується), що значно компенсує зміну струму IК 0 , тобто стабілізує струм IК 0 . А

стабілізація струму IК 0 приводить до стабілізації напруги UКЕ0 , тобто до стабілізації точки спокою на вихідних ВАХ.

Залежно від того, в яке коло включений елемент НЗЗ за постійним струмом, розрізняють такі схеми стабілізації: колекторну (рисунок 3.12), емітерну (рисунок 3.13), комбіновану (рисунок 3.14). Усі схеми стабілізації наведено при включенні транзистора за схемою із спільним емітером. Ці самі схеми стабілізації можна застосовувати і при включенні транзистора за схемами із спільним колектором і спільною базою.

У схемі колекторної стабілізації (рисунок 3.12) резистор RК виконує дві функції: задає режим транзистора і є елементом стабілізації режиму.

82