30. Термостабилизация усилительного каскада

Рассмотренные простейшие усилительные каскады не могут обеспечить стабильную работу в различных температурных условиях. Причина заключается в существенной зависимости параметров транзисторов от температуры. Так, при увеличении температуры увеличивается ток коллектора за счет увеличения числа неосновных носителей заряда. Как следствие, изменение коэффициента передачи тока h₂₁ – при изменении температуры на 1C он меняется приблизительно на 1 %. Кроме того, при увеличении температуры на 10С обратный ток коллектора кремниевого транзистора увеличивается в 2,5 раза.

В результате этого существенно изменяется начальный ток коллектора, что вызывает смещение рабочей точки на характеристиках транзистора. Если при работе УК коллекторное напряжение U_к выйдет за пределы линейного участка, то произойдет искажение выходного сигнала.

Для уменьшения влияния температуры на работу УК ОЭ применяют две схемы термостабилизации:коллекторную и эмиттерную. Первая является более простой, но и менее эффективной. Вторая обеспечивает лучшие результаты ее применения (рис.2.8). Резисторы в цепи базы R_б и R'_б образуют делитель напряжения, поддерживающий постоянным потенциал базы (ток в них много больше базового тока). При увеличении температуры растут токи коллектора I_к и эмиттера I_э, что ведет к увеличению падения напряжения на резисторе R_э. Раз увеличивается потенциал эмиттера транзистора, значит уменьшается напряжение U_бэ. Это ведет к уменьшению базового тока, а следовательно, и коллекторного.

Резистор R_э является частью отрицательной обратной связи (ООС), что означает подачу части выходного напряжения на вход, причем такой подачи, которая уменьшает выходное напряжение. Итак, введение ООС уменьшает изменение коллекторного тока, причем причина этого изменения безразлична. Чтобы исключить влияние ООС на переменный (полезный) выходной сигнал параллельно резистору R_э включают конденсатор, реактивное сопротивление которого во всем диапазоне усиливаемых частот много меньше сопротивления R_э. Применяется, по существу, фильтр, отсеивающий медленно меняющийся сигнал (от изменения температуры) от переменного полезного. Медленно меняющемуся (постоянному) току конденсатор оказывает бесконечно большое сопротивление и его можно из эквивалентной схемы исключить.