Обеспечение стабилизации режима покоя

Серьезным недостатком транзистора является сильная зависимость его выходных параметров от температуры. При работе прибора его температура повышается вследствие выделения большой части энергии, подводимой от источника питания Е , в самом транзисторе. При этом следует иметь в виду малую теплопроводность полупроводниковых материалов.

В биполярном транзисторе при повышении температуры наблюдается смещение семейства выходных характеристик в область больших значений коллекторного тока из-за существенного увеличения обратного тока коллекторного перехода, что следует из соотношения (4). Это приводит к изменению положения точки покоя на выходной характеристике транзистора, что иллюстрируется рис.8, а, и, следовательно, к изменению выходных параметров усилительного каскада в целом.

С целью обеспечения стабилизации точки покоя при изменении температуры транзистора в процессе эксплуатации в эмиттерную цепь схемы каскада включается резистор R . Действие этого резистора иллюстрируется построениями на рис.8.

Рис.8. Построения, иллюстрирующие стабилизирующее

действие резистора R на точку покоя:

а – на выходной характеристике транзистора,

б – на входной характеристике транзистора

Пусть на рис.8, а нижняя вольтамперная характеристика соответствует температуре Т транзистора и току базы I _БП, верхняя – повышенной температуре Т и тому же значению тока базы I _БП. Токи коллектора и напряжения коллектор-эмиттер в точках покоя при температурах Т и Т обозначены как I , I , U , U . Как видно из рис.8, а, повышение температуры транзистора приводит к смещению точки покоя, так что I < I , U > U .

Увеличение коллекторного, а, следовательно, и эмиттерного тока при увеличении температуры приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R . Согласно второму закону Кирхгофа, записанному для контура, содержащего резисторы R и R , а также междуэлектродный промежуток транзистора база-эмиттер,

I R + U _БЭП = I R , (9)

увеличение слагаемого I R в левой части соотношения (9) должно приводить к уменьшению напряжения U _ЭБП, так как величина тока делительной цепочки I не зависит от температуры транзистора. На рис.8, б напряжение база-эмиттер при повышенной температуре Т обозначено как U , а соответствующий ему ток базы как I . Ток I меньше значения I _БП, относительно которого начинался проводимый анализ и для которого на рис.8, а проведена смещенная вверх вольтамперная характеристика при повышенной температуре.

Уменьшение тока базы, вызванное повышением температуры транзистора, при наличии резистора R приводит к смещению вольтамперной характеристики на рис.8, а в область меньших коллекторных токов, т.е. в направлении к вольтамперной характеристике, соответствующей температуре Т . Этим достигается стабилизация положения точки покоя транзистора на выходной характеристике, а, следовательно, и величин постоянных составляющих коллекторного тока и напряжения коллектор-эмиттер.

Стабилизирующее действие резистор R будет оказывать и на переменную составляющую тока выходной цепи, если этот ток будет протекать через резистор R . Между тем, как следует из анализа с помощью рис.2.6, для обеспечения процесса усиления необходимо перемещение рабочей точки по линии нагрузки в течение периода входного сигнала. Указанное противоречие устраняется шунтированием резистора R конденсатором С . Для увеличения шунтирования необходимо, чтобы сопротивление резистора было бы существенно больше емкостного сопротивления конденсатора С для переменной составляющей тока.

< < R . (2.10)

Изменение тока эмиттера, вызванное разогревом транзистора в процессе работы, происходит гораздо медленнее по сравнению с изменением тока под действием входного сигнала достаточно высокой частоты ω, а на низких частотах шунтирующее действие конденсатора С не проявляется из-за очень высокой величины его сопротивления.