Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Методы термостабилизации положения рабочей точки транзистора




 

Существуют два основных метода термостабилизации:

 

­ компенсационный,

 

­ метод с использованием ООС.

 

Компенсационный метод термостабилизации положения рабочей точки

 

основан на том, что в схему усилителя вводят один или несколько термозависимых элементов, параметры и характеристики которых при изменении температуры изменяются таким образом, чтобы компенсировать уход рабочей точки.

 

Например, в схеме с ОЭ термозависимыми можно сделать сопротивления

 

RК, RЭ, Rб1 и Rб2 (рис.5.3).


 

 


EК

RК

Rб1 Cр

Cр

Iд RН

 

Rб2 RЭ CЭ

 

Рис.5.3. Схема ОЭ с термозависимыми элементами

 

Сопротивления Rб1 и Rб2 образуют делитель напряжения, на который с одной стороны подаётся напряжение питания EП, а с другой стороны снимается напряжение база-эмиттер UБЭ0 по постоянному току (рис.5.4).

 

    Rб1  
                   
EК           UБЭ  
Rб2      
     
         
                   

Рис.5.4. Входной делитель напряжения

 

Зависимость сопротивления Rб2 от температуры имеет вид (рис.5.5).

 

R

 

 

TO

 

Рис.5.5. Зависимость сопротивления резистора от температуры


 

 


Чтобы проанализировать влияние термозависимого сопротивления Rб2

 

рассмотрим входную статическую характеристику (рис.5.6).

 

21

 

р.т.’

 

dIБ(T)

 

IБ0 р.т.

 

UБЭ0 UБЭ

 

Рис.5.6. Изменение положения р.т. при изменении температуры в схеме с

 

термокомпенсацией с использованием термозависимого сопротивления Rб2

 

Из рис.5.6 следует, что если увеличение температуры приводит к увеличению тока базы и тока коллектора, то за счёт снижения величины сопротивления Rб2 уменьшится напряжение UБЭ0.

 

Часто в качестве термозависимого элемента используют диод в прямом включении, поскольку сопротивление диода в ограниченном диапазоне температур имеет линейную зависимость от температуры.

 

Достоинством компенсационного метода термостабилизации является то,

 

что схема не усложняется (простота), а, следовательно, не изменяется конструкция усилителя – не увеличивается вес и габариты.

 

К недостаткам следует отнести:

 

­ Компенсация возможна в ограниченном диапазоне температур, поэтому метод является не универсальным. Это обусловлено зависимостью характеристик термозависимого элемента от температуры, а также зависимостью параметров и характеристик самого транзистора от температуры.


 

 


­ Метод компенсации сопровождается увеличением нелинейных искажений, вследствие нелинейности характеристики термозависимого элемента.

 

­ Ограниченный выбор термоэлементов. Очень сложно бывает подобрать

 

термоэлементы к каскаду таким образом, чтобы стабилизировать выбранную рабочую точку.

 

Следует отметить, что в зависимости оттого, что собирается стабилизировать разработчик (какой элемент делать термозависимым) меняется трассировка печатной платы и более ничего. Таким образом, этот метод не требует затрат дополнительной энергии. Трассировка печатной платы осуществляется таким образом, чтобы термозависимый элемент находился как можно ближе к активному элементу с тем, чтобы изменение температуры для обоих элементов было одинаковым.

 

Метод термостабилизации положения рабочей точки транзистора с использованием ООС основан на введении ООС на постоянном токе.

 

Достоинствами метода являются:

 

­ метод универсален, то есть позволяет работать во всем температурном диапазоне работы усилителя;

 

­ применение ООС улучшает все параметры усилителя, кроме коэффициента усиления.

 

Недостатки метода:

 

­ метод основан на введении дополнительных элементов, а, следовательно, увеличиваются вес и габариты усилителя, но самое главное увеличивается и потребляемая энергия (уменьшается КПД).

 

Однако, несмотря на имеющийся недостаток, этот метод используют чаще,

 

чем компенсационный метод термостабилизации.


 


В рамках метода с использованием ООС различают три основные схемы термостабилизации:

 

1) схема базовой стабилизации,

 

2) схема коллекторной стабилизации,

 

3) схема эмиттерной стабилизации.

 

1)Схема базовой стабилизации рабочей точки (рис.5.7).

 

                            EП  
          Rб         RК  
URБ             Cр  
             
                     
                     
               
  Cр                    
                   
            IЭ      
                     
                 
                               
      UБЭ                
                     
                 
                     
                       

Рис.5.7. Схема базовой стабилизации рабочей точки: EП const , URб I Б Rб

 

Предположим, что увеличилась температура окружающей среды. При

 

возрастании температуры растет базовый ток IБ и, как следствие, напряжение

база-эмиттер U БЭ0 EП URб уменьшается, при этом транзистор
подзакрывается и ток базы IБ уменьшается

(T I Б U R б U БЭ EП U Rб IБ ).

 

Преимуществом схемы является простота, а недостатком – низкое качество стабилизации.

 

2) Схема коллекторной стабилизации рабочей точки (рис.5.8). Схема коллекторной стабилизации сложнее, поскольку содержит больше элементов.


 


EП

R К

IК т.А C К

RК

Rб Cр

 

Cр

UБЭ

 

Рис.5.8. Схема коллекторной стабилизации рабочей точки

 

При увеличении температуры увеличивается коллекторный ток IК .

 

Следовательно, увеличивается напряжение URК ' RК ' IК . Напряжение в т.А

 

уменьшается, поскольку U А EП URК '. Напряжение U БЭ U А URб

 

уменьшается, следовательно, р.т. смещается влево на входной характеристике.

 

Следовательно, коллекторный ток IК уменьшается

 

(T I К U RК ' U А U БЭ IК ).

 

С изменением RК ' меняется глубина ООС – чем больше фактор ООС, тем лучше стабилизация, но больше потери энергии источника питания на цепи ООС.

 

Конденсатор C ' шунтирует R ' на переменном токе (   R ')  
       
К К CК ' К  
   
             

для устранения ООС на переменном токе (что позволяет сохранить коэффициент усиления каскада для сигнала).

 

В такой схеме (рис.5.8) можно менять эффективность стабилизации выбирая RК ' и Rб (две степени свободы) таким образом, чтобы рабочая точка оставалась неизменной.


 

 


3) Схема эмиттерной стабилизации рабочей точки (рис.5.9).

 

                                                EК          
                Rб1             RК                    
                                        Cр          
                                                 
                                                     
                                             
            UБ                                        
                                                   
                                               
                                               
                                                             
    Cр                                        
                                         
                UБЭ                                        
                Rб2                 RЭ           CЭ          
                                                 
                                     
                                       
                IЭ                                            
                                               
                       
  Рис.5.9. Схема эмиттерной стабилизации рабочей точки  
C шунтирует R по переменному току ( R ) и ООС по  
       
Э Э                               CЭ Э  
                                                       

переменному току исчезает.

 

При возрастании температуры растет ток эмиттера IЭ , а, следовательно,

 

растет и потенциал эмиттера URЭ . При этом напряжение база-эмиттер UБЭ

снижается, так как U Б U R U БЭ UR . Ток базы и ток коллектора
  б 2 Э      
уменьшаются, следовательно, уменьшается и ток эмиттера
(T I Э U RЭ U БЭ IЭ ). Проведенный анализ справедлив
             

 

при условии, что UБ const, которое выполняется при увеличении тока протекающего через сопротивления базового делителя Rб1 и Rб2.

 

Качество стабилизации в этой схеме (рис.5.9) лучше, чем в предыдущих схемах (рис.5.7 и 5.8). Стабильность схемы повышается при увеличении сопротивления RЭ и большей точности выполнения условия UБ const .

 

Увеличение сопротивления RЭ ограниченно допустимым увеличением падения постоянного напряжения на сопротивлении RЭ (эта часть напряжения потеряна для усиления на переменном токе – запас по усилению) и,

соответственно, уменьшению эффективности использования напряжения

 

питания EП :


 


EП U R U Вых UКЭ 5 10ВU R UНЧ коррекции . (5.4)
К   Э    
Повышение стабильности UБ const за счет увеличения тока делителя

 

ограничено возникающим при этом снижением входного сопротивления

 

каскада R     R1 R2   , а также допустимым увеличением потребляемой  
  R R    
Вх                
                 
мощности каскада. Постоянство напряжения UБ const достигается при  
выполнении условия:              
            I Дел 3 5 IБ .   (5.5)  
5.3. Методика инженерного расчёта элементов эмиттерной    
            термостабилизации        
Дано: напряжение питания EП и выбрана рабочая точка – IБ0, IЭ0 , IК0,  

UКЭ0, UБЭ0.

Найти: RЭ, Rб1, Rб2.

 

1) Задаемся величиной падения напряжения на сопротивлении эмиттера –

 

U RЭ 0,10 0,15 EП .

2) Определяем величину сопротивления RЭ URЭ IЭ0 .

 

3) Определяем потенциал на базе транзистора U Б U RЭ UБЭ0 (см. рис.5.3).

 

4) Задаемся величиной тока делителя I Дел 3 5 IБ0 (согласно условию 5.5).

5) Находим сопротивления базового делителя: U Rб2 UБ, следовательно

 

Rб2 UБ IДел ; U Rб 1 EП URб2 , следовательно, Rб1 ( EП I URб2 ) .

Дел

 

 


Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой





Дата добавления: 2014-11-12; просмотров: 2328. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.083 сек.) русская версия | украинская версия
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7