Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008), страница 6

Максимальное значение коэффициента передачи тока базы определяется соотношениемh21t = h21max × (1 + 0.005×DT).(3.9)Таким образом, под действием температуры коэффициент передачи тока базы транзистора увеличивается на величинуDh21 = h21t – h21,(3.10)которое вызывает соответствующее изменение тока коллектора DIk = Dh21×Iб.Также зависимость коэффициента передачи тока конкретного транзистораможно определить по специальным графикам, приводимым в справочниках.Суммарное изменение тока коллектора под воздействием всех приведенных причин равноIDh21× ко ,DI = DI+(3.11)kкбо hh21 2138Стабильность температурного режима оценивается коэффициентомтемпературной стабильностиDIS = кдоп .(3.12)tDIk-UU -Ukmост – допустимое отклонение тока коллектора,где DI= кокдопR +RkэDIк – отклонение тока коллектора под действием температуры.В схемах на полевых транзисторах нестабильность рабочей точки поддействием температуры обусловлена увеличением тока затвора, контактнойразности потенциалов р-n-перехода затвор-исток, температурным изменением удельного сопротивления канала.Увеличение тока затвора транзисторов с затвором в виде p-n-переходаравносильно изменению неуправляемого тока биполярного транзистора.

Этоувеличение приводит к возрастанию напряжения затвор-исток и соответственно выходного токаDI c1 = S × U зи (Т ) = S × DI з (Т ) × Rз .(3.13)Вторая причина приводит к изменению тока стока на величинуDI c 2 = S × g Т × DТ .(3.14)Изменение удельного сопротивление канала приводит к росту выходного тока на величинуDI c 3 = -a Т × I c × DТ .(3.15)В общем случае повышение температуры вызывает изменение токастока на величинуТ о 32(3.16)DI c = I cн × [( ) - 1] .Тр3.5. Методы уменьшения влияния температурыДля стабилизации заданного режима работы применяются схемы стермокомпенсацией и термостабилизацией режима.Температурная компенсация режима работы каскадов (рис.3.10), выполненных на биполярных транзисторах, осуществляется за счет использования в цепи смещения элементов, сопротивление которых зависит от температуры (термисторов с положительным или отрицательным температурным коэффициентом сопротивления ТКС, полупроводниковых диодов или транзисторов в диодном включении).39В схеме с термистором при повышении температуры сопротивлениерезистора R2 уменьшается, при этом уменьшается потенциал базы Uб и соответственно напряжение база-эмиттер, что приводит к уменьшению тока коллектора Iк.

Подбором термистора можно не только обеспечить неизменностьтока в рабочей точке Iк0, но и достигнуть режима "перекомпенсации" уменьшение Iк0 с ростом температуры.Рис. 3.10. Схемы термокомпенсацииНаибольший эффект достигается при использовании в качестве термочувствительного элемента включенного в прямом направлении полупроводникового диода, изготовленного из того же материала, что и транзистор. Этообусловлено тем, что ток диода и перехода база-эмиттер изменяются по одному и тому же закону, а следовательно и имеют одинаковые температурныезависимости.Температурная стабилизация режима может производиться по коллекторной (рис.3.11) или эмиттерной (рис.3.12) схемам стабилизации.При применении коллекторной схемы температурная стабильностьобеспечивается за счет отрицательной обратной связи, образуемой подключением резистора Rб к выходному электроду. Работа схемы происходит следующим образом. С увеличением тока Iко уменьшается потенциал коллектораU - U БЭUко, что приводит к уменьшению тока базы I Б = КЭи соответственноRБпонижается и ток коллектора Iко= h21·Iб.Рис.

3.11. Схемы коллекторной термостабилизации режима40Сопротивление резистора в цепи базы Rб для обеспечения заданногорежима работы находится из соотношенияh ×EE - (I + I ) × Rко бок = 21 o - h × R .R = o21 кбIIкобо(3.17)Недостатком приведенного способа задания режима работы являетсянеобходимость подгонки сопротивления Rб для конкретного транзистора.Коэффициент температурной стабильности каскада Sт при коллекторнойстабилизации режима определяется выражением( R + R ) × (h + 1)б21S = ktR (h + 1) + Rk 21б(3.18)и регулироваться не может, так как резистор Rб жестко определяет смещениена базе транзистора.

Другим недостатком схемы является уменьшение за счетвоздействия ООС сквозного коэффициента усиления. В целях устранения обратной связи по переменному току сопротивление резистора Rб разделяетсяна два Rб1 и Rб2 (рис.3.11, б), точка соединения которых шунтируется конденсатором Сб.Основное применение находит схема (рис.3.12, а) эмиттерной стабилизации, в которой на резисторе Rэ создается напряжение отрицательной обратной связи по току.Стабилизация режима осуществляется следующим образом. При возрастании температуры возрастает ток коллектора, вызывая соответственноувеличение тока эмиттера, что приводит к повышению падения напряженияна резисторе Rэ и потенциала эмиттера. Поскольку потенциал базы постоянен, напряжение перехода база-эмиттер Uбэ уменьшается, вызывая снижениетока коллектора.

В результате увеличение тока коллектора становится значительно меньше, чем оно было бы при отсутствии обратной связи.а)б)Рис. 3.12. Схема эмиттерной термостабилизации41Для устранения влияния ООС на усилительные свойства (коэффициентусиления) каскада резистор Rэ шунтируется конденсатором Сэ большой ем1кости ( Cэ >>).w н RэРасчетное значение коэффициента температурной стабилизации схемы,определенное по отношению изменения неуправляемого тока коллектора,равно( R + R ) × (h + 1)Rэ + Rбб21,(3.19)S = э»tR (h + 1) + RRэ + Rб / h21э 21бR1 × R 2где Rб =- эквивалентное сопротивление делителя переменному току.R1 + R 2Из формулы следует, что коэффициент температурной стабилизации можетпринимать значения в пределах от 1 до (1+h21) в зависимости от величин Rэ иRб.

Стабилизирующее действие схемы повышается с увеличением сопротивления Rэ и с уменьшением сопротивления делителя Rб. Приемлемым значением считается St=(3÷10).При выполнении условия Rэ >> Rб/h21 коэффициент температурнойстабильности можно определить по упрощенному соотношениюSt = 1 +Rб.Rэ(3.20)Введение в цепь эмиттера дополнительного резистора Rэ уменьшаетугол наклона статической линии нагрузки и изменяет значение тока коллектора в рабочей точке.

Значение этого тока можно определить с помощью эквивалентной схемы входной цепи каскада по постоянному току (рис.3.12,б),из которой следует, чтоUбэ = Uб – Uэ.Uб =Ео × R 2= Eo - R1 × ( I д + I бо ) = R 2 × I д ,R1 + R 2(3.21)Uэ = Iэ·Rэ.После решения приведенных уравнений находится значение тока в рабочей точкеI ко =S × Ео × R 2Ео × R 2».(1 + SRэ ) × ( R1 + R 2) Rэ × ( R1 + R 2)42(3.22)Большей эффективностью обладает схема комбинированной стабилизацией, осуществляемой за счет использования эмиттерной схемы термостабилизации и дополнительно введения развязывающего фильтра или цепочки низкочастотной коррекции RфCф (рис.

3.13). Такимобразом, в данной схеме одновременностабилизирующее воздействие оказывают две схемы стабилизации.Недостатком этой схемы являетсянеобходимость повышенного напряженияисточника питания Eо.Рис. 3.13. Схема с комбинированной стабилизациейСтабильность режима работы каскадов на полевых транзисторах дляисключения влияния температуры в основном осуществляется применениемтранзисторов с изолированным затвором, у которых ток затвора незначителен, выбором так называемой термостабильной рабочей точки, подбором сопротивления в цепи затвора по соотношениюdIqqR =× сн =×a × I ,t coз S ×IdTS ×Im зm з(3.23)где J=14о, dIсн/dT = 0.0075 /oC.При этом сопротивление резистора Rз должно быть больше реактивного входного сопротивления1.(3.24)Rз >2pF Cв вхРассмотрениесквозныхвольтамперных характеристик (рис.3.14) полевого транзистора, снятых при разныхтемпературах, показывает, что эти характеристики имеют общую точку, в которойпроисходит полная компенсация влияниятемпературы.

Этой точке соответствуетопределенное напряжение Uзи. Определить величину этого напряжения можно изформул(3.14)иРис. 3.14. Термостабильная точка43(3.15), из которых следует, что изменения тока стока противоположны.Приравнивая указанные соотношения, и определяя напряжение затвористок при значениях тепловых коэффициентовaт=7.5·10-3 1/oC и gт=7.7·10-3 1/oC, находится напряжение затвор-исток в термостабильной рабочей точкеU зи = U зт = U отс -2g Т= U отс - 0.63В.a(3.25)Таким образом, стабильность режима работы каскада на полевом транзисторе будет обеспечена, если напряжение смещения соответствует напряжению Uзи в термостабильной точке.Вопросы для самопроверки1.

Привести определение статического режима работы.2. Привести определение рабочей точки.3. Объяснить понятие классов работы усилительных каскадов.4. Привести сравнение классов работы усилительных каскадов.5. Объяснить понятие статического режима работы.6.