Исходный режим транзистора характеризуется напряжением питания коллекторной цепи Ек, исходным коллекторным током Iк0, напряжением смещения базы Uбэ0 (Ебэ0) и исходным током базы Iб0.

Напряжение Ек подается от источника питания непосредственно или через развязывающий фильтр. В пределах рабочей области характеристик оно не оказывает существенного влияния на величину исходного коллекторного тока Iк0, которая определяется, в основном, напряжением смещения Uб0 и соответствующим исходным током базы Iб0 (рис. 4.4).

Требуемый исходный режим цепи базы целесообразно осуществлять за счет источника питания коллекторной цепи, так при этом можно обойтись одним общим источником питания каскада. При этом основными способами осуществления смещения базы являются: а) смещение фиксированным током базы; б) смещение фиксированным напряжением базы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема смещения фиксированным током базы приведена для включения ОЭ на рис. 1. Смещение осуществляется здесь посредством резистора R0, образующего для постоянного тока цепь R0 и сопротивление участка база - эмиттер (rбэ0). При этом ток базы

 , (1)

транзистор ток стабилизация

где Uб0 - напряжение смещения, создаваемое током Iб0 на сопротивлении база - эмиттер rбэ0 постоянному току. Так как Uбэ0 << Ек, то , т.е. ток базы Iб0 действительно является фиксированным, поскольку он практически не зависит от параметров транзистора.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема смещения фиксированным напряжением приведена на рис. 2. Из схемы видно, что в данном случае смешение осуществляется посредством делителя Ra, Rb. При этом

; (2)

. (3)

Так как ток делителя Iдел выбирается значительно большим, чем ток базы Iб0, то

. (4)

Решая (4) и (2) относительно Uбэ0, находим

, (5)

т.е. напряжение Uбэ0 действительно является фиксированным, поскольку оно практически не зависит от параметров транзистора.

2. Дестабилизирующие факторы

Смещение фиксированным напряжением или током в своем чистом виде мало пригодно для использования в серийной аппаратуре, т.к. при изменении температуры окружающей среды, питающего напряжения или при замене транзистора выбранный исходный режим его работы может существенно нарушаться.

Сильное влияние оказывают изменения температуры, что объясняется значительной температурной зависимостью параметров транзистора. Известно, что при повышении температуры выходной ток транзистора увеличивается, а при понижении - уменьшается. Так как изменения температуры окружающей среды происходят весьма медленно, они вызывают изменения исходного постоянного тока и приложенного к транзистору напряжения, что может привести к уменьшению усиления и большим нелинейным искажениям.

Сказанное поясняется рис. 3, на котором представлено положение исходной рабочей точки (р.т.) каскада ОЭ для значений Iк0 и Uкэ0, относящихся соответственно к номинальной температуре t0 (рис.3, а), минимальной tmin < t0 (рис.3, б) и температуре tmax > t0 (рис. 3, в). При этом предполагается, что во всех случаях Ек = const, Rк =const, Iб0 = const. Очевидно, что при тех же пределах изменения входного тока iб в случаях, соответствующих рис. 3, б и в, должны возникать значительные нелинейные искажения из-за отсечки коллекторного тока (рис. 3, б) или коллекторного напряжения (рис. 3, в).

Кроме того, увеличение коллекторного тока при повышении температуры может получить лавинообразный характер, т.к. увеличение тока сопровождается дальнейшим повышением температуры. При этом коллекторный ток превышает допустимое значение и транзистор выходит из строя.

Из сказанного следует, что для стабилизации выходного тока необходимо изменять по определенному закону в зависимости от температуры параметры Iб0 и Uбэ0.

Независимо от схемы включения транзистора (ОБ, ОЭ, ОК) мерой температурной нестабильности его исходного режима является степень изменения выходного тока.

Изменение выходного тока вызывается следующими основными факторами, действующими при колебаниях температуры окружающей среды:

а) изменение начального (теплового) тока коллектора Iкн;

б) изменение падения напряжения на эмиттерном p-n - переходе Uэ;

в) изменение коэффициента усиления по току и .

Указанные дестабилизирующие факторы могут быть определены следующим образом. Начальный коллекторный ток Iкн при температуре t, обусловленный, в основном, концентрацией неосновных носителей, может быть определен для германиевых транзисторов из выражения

(6а)

для кремниевого транзистора

. (6б)

Эти выражения получаются на основе решения диффузионного уравнения полупроводникового диода [1]. Из приведенных выражений видно, что ток Iкн удваивается (для германиевых транзисторов) или утраивается (для кремниевых) при повышении температуры на каждые десять градусов. Для кремниевых транзисторов величина Iкн значительно меньше, чем для германиевых.

При прохождении тока через эмиттерный p-n - переход на его границах устанавливается разность потенциалов Uэ (потенциальный барьер), определяемая соотношением граничных концентраций носителей тока. Эта разность потенциалов препятствует прохождению тока, поэтому она может рассматриваться как падение напряжения на эмиттерном p-n - переходе.

Может быть показано [1], что величина Uэ падает по мере повышения температуры, причем ее изменение происходит приблизительно пропорционально температуре, составляя как для германиевых, так и для кремниевых транзисторов около 2,0…2,5 мВ/град.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким образом, в соответствии с [1], температурное изменение напряжения на эмиттерном p-n - переходе

Uэ = (2,0…2,5)10-3t В. (7)

Коэффициент усиления по току значительно увеличивается при повышении температуры, в основном, вследствие увеличения времени жизни неосновных р носителей тока. Соответственно увеличивается и коэффициент усиления

Экспериментально полученные зависимости = F(t) для транзисторов различных типов приводятся в справочниках. Из этих данных следует, что величина / имеет порядок 0,01…0,03 на 1С .

3. Стабилизация исходного режима