ЛЕКЦИЯ 9. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ БТ

П л а н л е к ц и и

9.1. Влияние внешних условий на характеристики и параметры БТ. 9.2. Проблема стабилизации рабочей точки и усиления.

9.1. ВлияниевнешнихусловийнахарактеристикиипараметрыБТ.

Транзисторы, работающие в аппаратуре, нагреваются от внешних источников теплоты, например от расположенных рядом нагретых деталей и токов, протекающих через транзистор. Как было показано ранее, изменение температуры оказывает значительное влияние на работу полупроводниковых приборов.

При повышении температуры увеличивается проводимость полупроводников и токи в них возрастают. Особенно сильно растет с повышением температуры обратный ток p–n-перехода. У транзисторов таким током является начальный ток коллектора Iк0. Возрастание этого тока приводит к изменению характеристик транзистора. Это удобно проследить на выходных характеристиках, изображенных для схем ОБ и ОЭ на рис. 9.1.

При включении по схеме ОБ характеристики незначительно поднялись. Показанная на том же рисунке рабочая точка Т немного переместилась и заняла положение T1, а новый рабочий участок А1Б1 мало отличается от участка АБ. Следовательно, усиление почти не изменится. Таким образом, схема c ОБ является стабильной даже при нагреве на десятки градусов.

Для наглядности рассмотрим числовой пример, относящийся к германиевому транзистору, у которого коэффициент усиления по току в

схеме с общим эмиттером β = 100 и начальный ток коллектора Iк0 = 2 мкА при 20 °С. Пусть транзистор включен по схеме ОБ и нагрелся до 70 °С, т. е. на 50 °С. Так как для германия обратный ток p–n-перехода возрастает примерно в 2 раза при нагреве на каждые 10 °С, то в данном случае ток Iк0 должен увеличиться в 25 раз, т. e. в 32 раза. При t = 70 °С он будет составлять 64 мкА, т. е. возрастет на 62 мкА. Если считать приближенно, что статический коэффициент передачи тока в схеме с общей базой α < 1 и не зависит от температуры, то из равенства Iк = αIэ + Iк0 следует, что при Iэ = const ток коллектора возрастет также на 62 мкА. Поскольку Iк составляет единицы миллиампер, то такое увеличение незначительно изменит режим работы транзистора.

На рис. 9.1 показаны сплошными линиями характеристики при t = 20 °С и штриховыми – при t = 70 °С. Как видно, режим работы транзистора в данной схеме изменяется мало, и в этом заключается ее важное достоинство.

 Электроника. Конспект лекций

-114-

ЛЕКЦИЯ 9. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ БТ

9.1. Влияние внешних условий на характеристики и параметры БТ.

			Iк, мА
		16
		14	Б1
			Т1
		12
	Iк, мА		А1	Iб=0
10	Б1	10
		8	Б
8
	Б
		6		Т
6	Т1
4	Т	4
				А
2	А1	2
				Iб=0
0	А	0	Iкэ0	Uкэ, В
	Uкб, В
	а		б

Рис. 9.1. Влияние температуры на выходные характеристики транзистора при включении егопо схеме ОБ (а) и ОЭ (б)

Совсем иное получается при работе транзистора в схеме ОЭ. Начальным током для этой схемы является сквозной ток Iкэ0, который приблизительно в β раз больше тока Iк0. В нашем примере Iкэ0 ≈ βIк0 = 100 2 = 200мкА при 20 °С. При нагреве до 70 °С этот ток возрастет в 32 раза и будет составлять 6400 мкА или 6,4 мА, т. е. увеличится на 6,2 мА. Из равенства Iк = βIб + Iкэ0 видно, что при Iб = const и β = const ток коллектора также возрастет на 6,2 мА. Ясно, что при таком сильном изменении тока выходные характеристики резко изменяют свое положении (рис. 8.1, б). Рабочая точка и рабочий участок АБ при таком нагреве перемещаются в положение Т1 и А1Б1 и режим усиления совершенно нарушается. В данном случае, который, конечно, является лишь примером, часть рабочего участка А1Т1 резко уменьшилась, а часть Б1Т1 стала ничтожно малой. Усиление резко уменьшится, и работа усилительного каскада будет происходить с большими нелинейными искажениями, так как положительная полуволна входного тока почти не усиливается. Если не осуществить температурной стабилизации, то усиление в схеме ОЭ при нагреве может стать совершенно неудовлетворительным.

 Электроника. Конспект лекций

-115-

ЛЕКЦИЯ 9. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ БТ

9.1. Влияние внешних условий на характеристики и параметры БТ.

Как видно, схема ОЭ обладает низкой температурной стабильностью и весьма сильно изменяет свои свойства при повышении температуры, что является ее существенным недостатком по сравнению со схемой ОБ.

Следует подчеркнуть, что при изменении температуры изменяются не только характеристики, но и все параметры транзистора. Так, например, при постоянстве токов h-параметры для схемы ОЭ с увеличением температуры несколько возрастают. Изменение параметров в большей степени происходит в схеме ОЭ, а в схеме ОБ параметры более стабильны.

9.2. Проблемастабилизациирабочейточкииусиления.

Для обеспечения постоянства режима служит температурная стабилизация, но следует помнить, что рассматриваемые далее схемы стабилизируют лишь положение рабочей точки и не могут полностью устранить изменение параметров транзистора под действием температуры. На рис. 9.2 показаны наиболее распространенные простейшие схемы стабилизации режима каскада ОЭ, который наиболее подвержен влиянию температуры. На рис. 9.2, а приведена схема так называемой коллекторной стабилизации. Резистор Rб, служащий для установки необходимого смещения на базе, подключен к коллектору. Если от нагрева или смены транзистора ток Iк возрастет, то соответственно увеличится падение напряжения на Rн, а напряжение Uкэ соответственно уменьшиться. Но тогда уменьшится и напряжение Uбэ, что приведет к уменьшению Iк. Таким образом, одновременно происходят противоположные изменения этого тока, и в результате он остается почти постоянным.

	+ Ек		+ Ек
Rб	Rн	R1	Rн
Cр		Cр

Uвх	Uвх	R2	Rэ	Cр

а

б

Рис. 9.2. Схемы стабилизации рабочего режима усилительного каскада на биполярном транзисторе

 Электроника. Конспект лекций

-116-

ЛЕКЦИЯ 10. ИСТОЧНКИ ШУМОВ В БТ. МОДЕЛИ БТ.

10.1. Источники собственных шумов в БТ.

Рассмотренная схема наиболее проста и экономична, но дает хороший результат лишь в том случае, если на сопротивление нагрузки Rн падает не менее половины напряжения источника питания Eк. Кроме того, в данной схеме несколько снижается усиление, так как часть усиленного напряжения передается на вход транзистора в противофазе, т.е. получается отрицательная обратная связь.

Более сложна и менее экономична схема эмиттерной стабилизации (рис. 9.2, б). Она требует источника питания с более высоким напряжением, но по стабилизирующим свойствам значительно превосходит схему коллекторной стабилизации. Здесь резисторы R1 и R2 создают делитель для получения смещения на базе, а резистор Rэ в цепи эмиттера является стабилизирующим. Падение напряжения на этом резисторе Uэ = Iэ0Rэ действует навстречу напряжению U2 = IдR2. Поэтому напряжение смещения базы Uбэ0 = U2 – Uэ. Резистор Rэ создает отрицательную обратную связь по постоянному току. Если под влиянием температуры токи в транзисторе начинают возрастать, то от повышения тока Iэ0 увеличится напряжение Uэ и, соответственно, уменьшится напряжение смещения на базе Uбэ0, а это вызовет уменьшение токов. Таким образом, одновременно происходят противоположные изменения тока, и в результате режим получается более стабильным. Для того чтобы резистор Rэ не создавал отрицательной обратной связи по переменному току, он зашунтирован конденсатором Сэ достаточно большой емкости. Его сопротивление для самой низкой частоты должно быть во много раз меньше Rэ. Обычно это электролитический конденсатор емкостью несколько десятков микрофарад. Расчет резисторов для схемы эмиттерной стабилизации делают по следующим приближенным формулам:

R1 ≈ (Eк–Uэ)/(Iб0+Iд); R2 ≈ Uэ/Iд; R ’≈ Uэ/Iэ0.

(9.1)

Совместное применение рассмотренных схем стабилизаций дает еще лучший результат.

 Электроника. Конспект лекций

-117-