Температурная стабилизация усилителей

Существенным недостатком транзисторов является зависимость их параметров от температуры. При повышении температуры транзистора увеличивается I _К за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это приводит к изменению коллекторных характеристик транзистора. При увеличении I _К на ∆ I _К коллекторное напряжение уменьшается на ∆ U _К = R _К · ∆ I _К (рисунок 14).

Рисунок 14 – Зависимость характеристик транзистора от температуры

Это вызывает смещение рабочей точки на коллекторной и переходной характеристиках (из П1 в П2). В некоторых случаях повышение температуры

может вывести рабочую точку за пределы линейного участка переходной характеристики и нормальная работа усилителя нарушается. Поэтому для температурной стабилизации усилителей принимаются специальные меры или используются два способа:

– эмиттерная стабилизация;

– коллекторная стабилизация.

Эмиттерная температурная стабилизация

Для уменьшения влияния температуры на характеристику усилительного каскада с ОЭ в цепь эмиттера включают резистор R _Э, шунтированный конденсатором. В цепи базы для создания начального напряжения смещения между базой и эмиттером ставится делитель R ₁ / R ₂ (рисунок 15).

Напряжение U _Б-Э зависит от сопротивления резисторов:

U _Б-Э = E _К R ₂ / (R ₁ + R ₂) − R _Э I _Э,

Рисунок 15 – Схема усилительного каскада

с эмиттерной температурной стабилизацией

При наличии R _Э увеличение эмиттерного тока I _Э = I _Б + I _К из-за повышения температуры приводит к возрастанию падения напряжения на R _Э. Это вызывает снижение потенциала базы по отношению к потенциалу эмиттера, т. е. U _Б-Э уменьшается, а, следовательно, уменьшаются I _Э и I _К. Конечно, уменьшение I _К за счет R _Э не может полностью скомпенсировать рост I _К за счет повышения температуры, но влияние температуры на I _К при этом во много раз снижается. Однако введение R _Э изменяет работу усилительного каскада. Переменная составляющая эмиттерного тока i _Э создает на резисторе дополнительное падение напряжения U _Э = R _Э ∙ i _Э, которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору:

U _Б-Э = U _вых − R _Э ∙ i _Э.

Коэффициент усиления усилительного каскада при этом будет уменьшаться. Это явление называется отрицательной обратной связью (ООС). Для ослабления ООС параллельно R _Э включают емкость С _Э, сопротивление которой намного меньше R _Э. При этом падение напряжения на участке R _Э − С _Э от переменной составляющей i _Э будет незначительным, поэтому усиливаемое напряжение практически равно входному:

U _Б-Э ≈ U _вх.

Недостатком эмиттерной стабилизации является необходимость повышения напряжения питания коллекторной цепи, так как при включении R _Э U _К уменьшается за счет падения напряжения на R _Э.

Коллекторная температурная стабилизация

В этом случае напряжение обратной связи подается из коллекторной цепи в цепь базы с помощью резисторов R ₁ и R _К, включенных между коллектором и базой транзистора (рисунок 16).

При повышении температуры I _К увеличивается, а U _К уменьшается. Это приводит к снижению потенциала базы, и, следовательно, к уменьшению и I _К, который стремится к своему первоначальному значению. В результате I _Кн, U _К изменяются незначительно, т. е. введение резисторов R ₁ и R _К приводит к существенному ослаблению влияния температуры на характеристики УК.

Рисунок 16 – Схема усилительного каскада

с коллекторной температурной стабилизацией

Чтобы составляющая коллекторного напряжения не попадала в цепь базы, в УК используют фильтры.

Усилитель с коллекторной стабилизацией обладает меньшей стабильностью, чем усилитель с эмиттерной стабилизацией, но он не требует повышения напряжения питания коллекторной цепи.