Методы температурной стабилизации режима работы биполярного транзистора

Схема
простейшего каскада усиления на
транзисторе, включённом по схеме с ОК,
представлена на рис. 1.19.

Режим
работы транзистора по выходной цепи
(ток «покоя» коллектора I_Кр
и напряжениеU_КЭ
р) задаётся с помощью резистораR_Э,
включённого в цепь эмиттера. Ток базыI_бри потенциал
базыU_{БЭ р} задаётся
с помощью резистораR_Б
, включённого в цепь базы.

Расчёт
режима работы усилительного каскада с
ОК выполняется в последовательности
изложенной в п.1.4.1.

Методы
и схемы обеспечения режимов работы
биполярного транзистора, включённого
по схеме с ОК.

Метод
с фиксированным током базы.Используется
схема включения согласно рис. 1.19. В
данной схеме уравнение нагрузочной
прямой записывается в виде

.
(1.49)

Из
этого выражения можно рассчитать
величину сопротивления нагрузки R_Эв цепи эмиттера по формуле:

.
(1.50)

Величину
сопротивления R_Бв цепи базы рассчитываем из условий:

(1.51)

Из
этих выражений следует, что величина
R_Брассчитывается по формуле:

.
(1.52)

Метод
обеспечения режима работы транзистора
с фиксированным потенциалом базы (схема
Ши).

В этой
схеме (рис 1.20) зафиксирован потенциал
базы U_Бр=const. Напряжение
база–эмиттер будет определяться
разностью потенциалов базы и эмиттера:U_БЭ=U_Бр–U_Эр.
Потенциал базы определяется из выражения

.
(1.53)

Потенциал
эмиттера равен U_Эр=I_ЭR_Э.
Следовательно,

.(1.54)

Рассчитать
сопротивления R₁иR₂можно, используя следующие условия.

1. Через
R₁протекает сумма токов

I=I_дел+I_Бр.

2.
I_дел=(5…10)I_Бр.

Поэтому,
задавшись значением I_Бр,
определим суммуR₁+R₂по формуле

.
(1.55)

Сопротивление
R₁можно оценить из условия

U_п=(I_дел+I_Бр)R₁+U_Бр, (1.56)

Откуда
следует

.
(1.57)

1.4.3. Методы температурной стабилизации рабочей точки биполярного транзистора

Наиболее
чувствительным к изменению температуры
является коллекторный ток биполярного
транзистора. Выполним анализ причин,
приводящих к температурной нестабильности
коллекторного тока.

Для
всех схем включения биполярного
транзистора справедливо следующее
выражение для коллекторного тока
транзистора:

.
(1.58)

Поскольку
I_К=f(I_Б,I_К0), то полное приращение
коллекторного тока может быть представлено
выражением

.
(1.59)

В этом
выражении производная
,
поскольку значение тока базы,
и не зависит от температуры. Следовательно

,
(1.60)

где
— абсолютный коэффициент влияния.

Очевидно,
значение
.

Рассмотрим
условие работоспособности схемы. Обычно,
допускаемое отклонение величины
коллекторного тока ΔI_К
допопределяется соотношением

ΔI_К
доп≈(0,1…0,2)I_К
р, (1.61)

где
I_{К р}– рабочий
ток коллектора.

Схема
является работоспособной, если выполняется
условие

ΔI_К
расч< ΔI_{К доп},
(1.62)

где
ΔI_{К расч} –
расчётное отклонение коллекторного
тока.

Схема
является неработоспособной, если
выполняется условие

ΔI_К
расч> ΔI_{К доп}.
(1.63)

При
реализации схемы коллекторной стабилизации
для стабилизации рабочей точки используют
внутрикаскадную отрицательную обратную
связь (ООС) по постоянному току.

В общем
случае различают три вида и, соответственно,
способа температурной стабилизации
режима работы работы транзистора:

параллельная
ООС по напряжению (коллекторная
стабилизация);

последовательная
ООС по току (эмиттерная стабилизация);

комбинированная
температурная стабилизация.

Способ
коллекторной стабилизации.

Рассмотрим
это вид стабилизации на примере схемы
с фиксированным током базы, изображённой
на рис. 1.21. В этой схеме ток базы задаётся
через резисторR_Б, подключённый
непосредственно к коллекторному выводу
транзистора. Значение токаI_Бр,
протекающего через этот резистор,
определяется соотношением

.
(1.64)

Второй
закон Кирхгофа для выходной цепи имеет
вид

.
(1.65)

Рассмотрим
влияние температуры на потенциал базы
U_Бр.

1. При
возрастании температуры Тувеличивается
ток коллектораI_К. Следовательно,
возрастает падение напряжения на
коллекторном резистореR_К.

2. Как
следствие, уменьшается падение напряжения
U_{КЭ р}.

3. По
этой причине уменьшается ток базы I_Би транзистор начинает «призакрываться».

4. Этот
процесс препятствует возрастанию
коллекторного тока I_К и, в
результате, результирующее приращение
коллекторного тока ΔI_Кбудет
меньше, чем в схеме без ООС.

Недостатком
рассмотренной схемы является уменьшение
коэффициента усиления каскада по
переменной составляющей сигнала.

Практическая
схема коллекторной стабилизации с
помощью параллельной ООС по напряжению
приведена на рис. 1.22. В этой схеме базовый
резистор R_Бразделяется на
два, и средняя точка между ними подключается
к общему проводу с помощью блокирующего
конденсатораC_ф. КонденсаторС_фсовместно с резисторамиR_Б‘ и R_Б»
образует цепь фильтра нижних частот,
через которую отфильтровывается
переменная составляющая сигнала в цепи
обратной связи.

Далее,
рассчитаем величину коэффициента
влияния А_K0для схемы с коллекторной стабилизацией
базового тока. С этой целью преобразуем
выражениедля коллекторного тока к виду, удобному
для анализа. Найдём выражение для тока
базыI_Б, используя соотношения,
вытекающие из схемы рис.1.21:

(1.66)

Производя
подстановку U_КЭ=I_БR_Бв первое из этих выражений, получим:

I_БR_Б=U_п
–I_КR_К–I_БR_К.
(1.67)

После
группировки для тока базы I_Бполучаем следующее выражение:

.
(1.68)

Подставляя
в выражение для I_К, получаем:

.
(1.69)

Раскрывая
скобки, получаем

I_КR_Б+
I_КR_К=βU_п –
βI_КR_К+(1+β)(R_Б+R_К)I_К0.

Группируем:

I_К
(R_Б+ R_К+βR_К)
=βU_п +(1+β)(R_Б+R_К)I_К0.

В
результате получаем выражение для
коллекторного тока в виде, удобном для
дифференцирования:

.
(1.70)

По
этой формуле рассчитаем абсолютный
коэффициент влияния:

.

Производя
последующие преобразования, получим
окончательно:

.
(1.71)

Итак,
величина коэффициента влияния
в
случае коллекторной стабилизации в
десятки раз меньше, чем для простой
схемы с фиксированным током базы, что
и обуславливает более высокую стабильность
коллекторного тока транзистора.

Способ
эмиттерной стабилизации.

Рассмотрим
это вид стабилизации на примере схемы
с фиксированным потенциалом базы,
изображённой на рис. 1.23.

В этой
схеме в цепь эмиттера дополнительно
включено сопротивление R_Э.

Как и
в ранее рассмотренных схемах здесь
стабилизируется напряжение U_Бр,
которое рассчитывается по формуле:

.
(1.72)

В этой
формуле потенциал базы U_Брне
зависит от температуры:

.
(1.73)

Наоборот,
значение потенциала эмиттера U_Эрот температуры зависит и рассчитывается
по формуламU_Эр=
I_ЭрR_Э≈ I_КрR_Э,
гдеI_ЭриI_Кр– рабочие токи эмиттера и коллектора.

Первое
выражение для анализа запишем в виде:

.
(1.74)

1. При
росте температуры увеличиваются ток
коллектора I_Ки ток эмиттераI_Э.
Это приводит к увеличению падения на
эмиттерном резистореR_Э.

2.
Поскольку потенциал базы U_Бр=const,
то управляющее напряжениеU_БЭуменьшается и в результате этого
транзистор «призакрывается».

3. В
результате снижается величина
коллекторного тока I_Ки его величина становится меньше.

Наличие
последовательной ООС по току уменьшает
коэффициент усиления транзистора по
переменному току. Поэтому резистор R_Эшунтируется ёмкостьюC_Э,.
Величина этой ёмкости должна быть
такова, чтобы её реактивное сопротивление.

Включение
термокомпенсирующего диода. В этой
схеме фиксированный потенциал базы
задаётся с помощью термокомпенсирующего
диода, включённого в цепь делителя
напряжения, как это показано на схеме
рис. 1.24,а.

Этот
метод основан на снижении сопротивления
p-n перехода с ростом температуры. При
росте температуры (T₂>
T₂) дифференциальное
сопротивлениеr_дифдиода снижается (рис. 1.24,б). Вследствие
этого на нём уменьшается падение
напряжения, то есть

В
результате стабилизируется ток
базы, то естьI_Бр=const.

Способ
комбинированной стабилизации. Объединяет
в себе способы коллекторной и эмиттерной
стабилизации и различные виды ООС.
Обычно этот метод используется в схемах
с фиксировнным потенциалом базы. В схеме
рис. 1.25 используется одновременно
коллекторная и эмиттерная стабилизация.
Это осуществляется за счёт введения
резисторовR_фиR_Э.

Потенциал
базы U_Брможет
быть рассчитан по формуле

,
(1.75)

где U
‘ – потенциал точки между резисторамиR_фиR_к(рис.1.25).

Потенциал
U ‘ рассчитывается по формуле:U
‘=U_п —I_КрR_ф.

Подставляя
в предыдущую формулу, получим, что

.
(1.76)

Потенциал
эмиттера (рис. 1.25) равен: U_Эр=I_ЭрR_Э.

Тогда
для потенциала U_БЭр(рис.1.25)
получаем выражение:

↓U_БЭр=
↓U_Бр — ↑U_Эр.
(1.77)

Проведём
анализ последнего выражения.

С
ростом температуры увеличивается
коллекторный ток I_Кр.
Поэтому потенциал базы U_Бруменьшается. Соответственно, увеличивается
эмиттерный токI_Э=I_К/α.Cледовательно, увеличивается
и потенциал эмиттераU_Эр.
Поэтому, изменение напряженияU_БЭрбудет минимальным. Для устранения
влияния переменного сигнала на входе
резисторR_Эобязательно
шунтируется ёмкостьюС_Э.
Величина реактивного сопротивления
этой ёмкостиХ_Сэ<<R_Э.

Впротивном случае переменная составляющая
эмиттерного окаi_Эсоздаёт на
резисторе R_Эпадение напряжения

.
(1.78)

Это
напряжение будет уме­нь­­­шатьU_БЭ, а коэффициент усиления
будет уменьшаться, что является следствием
появления ООС.

Для
устранения ООС по напряжению, которая
появляется при дополнительно введении
резистора R_ф, в схему вводят
большую ёмкостьС_ф, такую, чтоХ_Сф<<R_ф.
Тогда она шунтирует резисторR_ф.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Когда говорят о термостабилизации, имеют в виду те или иные технические средства, способствующие повышению стабильности (устойчивости) режима работы транзисторов при изменении температуры.

На прошедших практикумах мы не уделяли должного внимания термостабилизации, так как все. опыты проводили в условиях комнатной температуры, незначительные колебания которой не сказывались на работе транзисторов.

Но попробуй искусственно изменять температуру транзистора в сравнительно широких пределах, например от 0 до 50…70 °С. Как при таких температурных условиях станет работать транзистор?

По схеме, показанной на рис. 72, смонтируй простейший однокаскадный усилитель НЧ. В усилителе можно использовать любой маломощный низкочастотный транзистор (МП39…МП42) с коэффициентом R2i3 30…50. Соедини его с другими деталями усилителя с помощью гибких изолированных проводников длиной по 15…20 см. В коллекторную цепь транзистора включи миллиамперметр PAL

Источником питания могут быть батарея или выпрямитель с выходным напряжением 4,5…9 В. Резистор R1, с помощью которого на базу транзистора подается отрицательное напряжение смещения, подбери таким, чтобы коллекторный ток покоя (при отсутствии входного сигнала) был точно равен ГмА. Это наиболее приемлемый режим работы транзистора по постоянному току.

К участку эмиттер — коллектор подключи вольтметр постоянного тока PU2 (с относительным входным сопротивлением не менее 5 кОм/В), чтобы можно было следить за изменениями напряжения между этими электродами транзистора. В исходном состоянии вольтметр должен Показывать примерно.половину напряжения источника питания.

Источником низкочастотного сигнала может быть радиотрансляционная сеть, к которой усилитель подключай через делитель напряжения, составленный из резисторов R3 и R4-. Сопротивление резистора R3 подбери таким, чтобы высокоомные телефоны, подключенные к выходу усилителя через конденсатор С2, звучали со средней громкостью.

Теперь зажми транзистор между пальцами, чтобы нагреть его до температуры тела (около 36 °С), и внимательно следи за стрелками измерительных приборов. Что получается? Да, даже при таком незначительном нагреве транзистора (на. 12…15 °С) коллекторный ток, хотя и немного, но все же увеличился, а напряжение на коллекторе (относительно эмиттера) уменьшилось.

Для следующих опытов потребуются лед, например из холодильника, горячая вода и термометр, которым можно измерить температуру воды от 0 до 60..70°C. Слушая радиопередачу, опусти транзистор в баночку со льдом (рис. 72, а).

По мере охлаждения транзистора его коллекторный ток станет уменьшаться (примерно до 0,5…0,7 мА), а напряжение на коллекторе увеличиваться. Изменений качества и громкости звука в телефонах уловить не удается, таи мак они незначительны.

Запиши минимальное значение коллекторного тона и максимальное напряжение на коллекторе, а затем корпус транзистора опусти в воду, нагретую до 50…60°C (рис. 72, б). Теперь, по мере нагрева транзистора, коллекторный ток станет увеличиваться, а напряжение на коллекторе уменьшаться. При этом звук в телефонах начнет искажаться, а громкость падать. Когда коллекторный ток достигнет наибольшего значения (1,6…1,8 мА), звук в телефонах может вообще исчезнуть.

Извлеки транзистор из горячей воды. Через несколько минут он остынет, ток покоя коллекторной цепи уменьшится до первоначального значения (1 мА) и к усилителю вернется его прежняя работоспособность.

Чем объясняются такие колебания коллекторного тока, нарушающие нормальную работу усилителя? Влиянием температуры транзистора на его режим работы.

Ты знаешь, что одним из основных параметров транзистора является обратный ток коллектора Iко, текущий через коллекторный р-n переход в непропускном направлении и совпадающий ho направлению с коллекторным током.

Чтобы его измерить, надо положительный полюс источника питания соединить с вазой, отрицательный — с коллектором, а в образовавшуюся цепь включить микроамперметр (рис, 73).

Ток Iко по своей природе подобен обратному току диода и зависит в основном от качества коллекторного р-n перехода. Это неуправляемый ток. Он-то и является первопричиной нестабильности режима работы транзистора при изменении окружающей температуры.

Сам по себе ток Iкo — величина небольшая. У низкочастотных германиевых транзисторов малой мощности, например, этот ток, измеренный при обратном напряжении 5 В и температуре 20 °С, не превышает 20…30 мкА, а у кремниевых транзисторов он не более 1 мкА. Неприятность же заключается в том, что он изменяется при воздействии температуры.

С повышением температуры на 10°С ток Iка германиевого транзистора увеличивается примерно вдвое, а кремниевого транзистора — в 2,5 раза, ЕСЛи, например, при температуре 20 °С ток Iко германиевого транзистора составляет 10 мкА, то при повышении температуры до 60°С он может возрасти до 150…160 мкA.

Toк IКО характеризует свойства только коллекторного p-n перехода. В реальных же рабачих условиях напряжение источника питания оказывается приложенным не к одному, а к двум р-n переходам.

При этом обратный ток коллектора течет и через эмиттерный переход и itaif бы усиливает сам себя, В результата значение неуправляемого, но самопроизвольно изменяющегося под воздействием, темпералгуры тока увеличивается, в несколыю раз. А чем больше его доля а коллекторном токе, тем нестабильнее режим работы транзистора в различных температурных услориях.

Что же происходило с транзистором первого опытного усилителя НЧ (рис, 72)? G повышением температуры общий ток коллекторной цепи увеличился, вызывая все большее падение напряжения на нагрузочном резисторе R2.

Напряжение же между коллектором и. эмиттером при атом уменьшилось, что привело к появлению искажений звука. При дальнейшем повышении температуры напряжение на коя лекторе стало столь малым, что транзистор вообще перестал усиливать входной сигнал.

И все же германиевые транзисторы могут нормально работать при температуре окружающей среды от — 60 до +70°С, а кремниевые — от — 60 до +120°С. Уменьшение влияния темлературы на ток коллектора возможно либо путем использования т аппаратуре, предназначенной для работы со значительными колебаниями температуры, транзисторов с очень малым током Iко, либо применением специальных мер, термостабилизирующих режим работы транзисторов.

В связи с этим проделай следующий опыт (рис. 74). Базовый резистор R1 включи между базой и коллектором. Его сопротивление должно быть таким, чтобы коллекторный ток покоя, как и в первом опыте, был 1 мА.

Погрузи корпус транзистора в лед, а через две…три минуты — в воду, нагретую до температуры 50…60°С. Как теперь изменяется коллекторный ток транзистора? Значительно меньше, чем в первом опыте. Попробуй довести температуру воды до 80…90°С. Транзистор сохранит работоспособность, хотя, возможно, появятся небольшие искажения звука.

Что изменилось при таком включении базового резистора? Оставаясь элементом, через который на базу транзистора подаётся отрицательное напряжение смещения (0,1…0,2 В), он в то же время образовал между коллектором и базой цепь отрицательной обратной связи по постоянному и переменному току, что несколько снизило усиление, но улучшило качество работы усилителя.

Обратная связь действует следующим образом. При нагревании транзистора коллекторный ток увеличивается, а напряжение на коллекторе уменьшается. Одновременно уменьшается и отрицательное напряжение смещения на базе транзистора, что влечет за собой уменьшение коллекторного тока. Таким образом, за счет автоматического воздействия коллекторного тока на ток базы и тока базы на ток коллектора режим работы транзистора стабилизируется.

Теперь рассмотри схему усилителя, показанную на рис. 75. Здесь резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения источника питания Uпит, с которого на базу транзистора подается фиксированное напряжение смещения.

В цепь эмиттера включен резистор R4, создающий отрицательную обратную связь по постоянному и переменному току. Чтобы устранить обратную связь по переменному току, сильно снижающую усиление каскада, эмиттерный резистор шунтируют конденсатором (на рис. 80 показан штриховыми линиями). При таком способе включения транзистора на его базе относительно эмиттера должно быть отрицательное напряжение, равное минус 0,1…0,2 В, что обеспечивает транзистору нормальную работу в режиме усиления.

Как в этом случае термостабилизируется работа усилителя? Увеличение коллекторного тока, вызываемое повышением температуры транзистора, сопровождается увеличением падения напряжения на резисторе R4, а значит, и увеличением напряжения на эмиттере. При этом напряжение между базой И эмиттером уменьшается, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению коллекторного тока транзистора.

Повтори опыт с изменением температуры транзистора такого усилителя. Сравни изменения коллекторного тока и качество работы с результатами первых двух опытов. Преимущество окажется на стороне третьего варианта усилителя. Да, такой способ термостабилизации режима работы транзистора является наиболее эффективным.

Какие практические выводы позволяют сделать проведенные опыты? Первый опытный усилитель (см. рис. 72) самый нестабильный. Такое включение транзисторов можно использовать для аппаратуры, работающей при небольших колебаниях температуры. А вот если приемник или усилитель предполагается эксплуатировать в различных температурных условиях, транзисторы следует включать вторым (рис. 74) или третьим (рис. 75) способами.

Второй способ хорош простотой, но при нем снижается усиление сигнала. Третий способ требует дополнительных деталей, зато дает лучший эффект термостабилизации и не снижает усиление. Он, кроме того, позволяет производить замену транзисторов без дополнительного подбора деталей, определяющих их режим работы.

Эти выводы, которые относятся и к каскадам усиления колебаний высокой частоты, ты сможешь проверить опытным путем на тех усилителях или приемниках, которые конструируешь или собираешься конструировать.

Подобные опыты можно провести и с транзисторами структуры n-р-n, например, серий МП35…МП38, КТ315.

Надо только изменить полярность включения источника питания на обратную. В зависимости от значений томов Iко и статических коэффициентов передачи ток» используемых транзисторов изменения коллекторных токов могут быть больше или меньше, но общие результаты окажутся примерно такими же.

Литература:  Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. 1984.

2.6. Термостабилизация режима каскада на биполярном транзисторе

                Параметры БТ в значительной мере подвержены влиянию внешних факторов (температуры, радиации и др.). В то же время, одним из основных параметров усилительного каскада является  его стабильность. Прежде всего, важно, чтобы в усилителе обеспечивался стабильный режим покоя.

                Проанализируем вопрос влияния температуры на стабильность режима  покоя БТ,  конкретно — .

                Существуют три основных фактора, влияющих на изменении  под действием температуры: при увеличении температуры, во-первых, увеличивается напряжение , во-вторых, обратный ток коллекторного перехода , и, в третьих, возрастает коэффициент .

                Для анализа реальный транзистор можно представить в виде идеального, у которого параметры не зависят от температуры, а  температурную зависимость смоделировать включением внешних источников напряжения и тока (рисунок 2.16).

                Рассмотрим  влияние этих факторов на приращение тока коллектора . Начнем с влияния изменения , вызванного тепловым смещением проходных характеристик , обозначив при этом приращение тока коллектора как :

 ,

где               —   приращение напряжения , равное:

Рекомендуемые материалы

|e|,

где          e   —    температурный коэффициент напряжения (ТКН),

 e-3мВ/град.,  Т — разность между температурой коллекторного перехода

перехода  и справочным значением этой температуры (обычно 25C):

,

,

где и   соответственно, мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе в статическом режиме, и тепловое сопротивление “переход-среда”:

,

.

                Ориентировочное значение теплового сопротивления зависит от конструкции корпуса транзистора и обычно для транзисторов малой и средней мощности лежит в следующих пределах:

.

Меньшее тепловое сопротивление имеют керамические и металлические корпуса, большее — пластмассовые.

Отметим, что  берется положительным, хотя  имеет знак минус, это поясняется на рисунке 2.17.

                Определяем приращение тока коллектора , вызванного изменением обратного (неуправляемого) тока коллектора:

,

где приращение обратного тока   равно:

,

где a — коэффициент показателя, для кремниевых транзисторов a=0,13.

                Следует заметить, что значение, приводимое в справочной литературе, особенно для транзисторов средней и большой мощности, представляет собой сумму тепловой составляющей и поверхностного тока утечки, последний может быть на два порядка больше тепловой составляющей, и он практически не зависит от температуры. Следовательно, при определении   следует пользоваться приводимыми в справочниках температурными зависимостями  , либо уменьшать справочное значение  примерно на два порядка  (обычно  для кремниевых транзисторов составляет порядка ,  и порядка для германиевых, n=(1…9).

                Приращение коллекторного тока, вызванного изменением , определяется соотношением:

,

где ,  отн. ед./град.

                Полагая, что все факторы действуют независимо друг от друга, запишем:

.

                Для повышения термостабильности каскада применяют специальные схемы питания и термостабилизации. Эффективность таких схем коэффициентом термостабильности, который в общем виде представляется как:

.

                Учитывая различный вклад составляющих , разное влияние на них элементов схем термостабилизации, вводят для каждой составляющей свой коэффициент термостабильности, получая выражения для термостабилизированного каскада:

.

                Обычно , что обусловлено одинаковым влиянием на  и  элементов схем термостабилизации:

.

                Полученная формула может быть использована для определения  усилительного каскада при любой схеме включения в нем БТ.

                Рассмотрим основные схемы питания и термостабилизации БТ.

                Термостабилизация фиксацией тока базы. Схема каскада представлена на рисунке 2.18.

                  определяется соотношением:

,

т.к. .

                Очевидно, что «фиксируется» выбором , при этом ослабляется влияние первого фактора нестабильности тока коллектора (за счет смещения проходных характеристик). Коэффициенты термостабилизации для этой схемы таковы:

,

.

                Отсюда видно, что данная схема имеет малую эффективность термостабилизации ().

                Коллекторная термостабилизация. Схема каскада представлена на рисунке 2.19а.

                 определяется соотношением:

,

т.к. .

                Термостабилизация в этой схеме осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС), введенной в каскад путем включения  между базой и коллектором БТ. Механизм действия ООС можно пояснить следующей диаграммой:

,

петля ООС 

где символами  и показано, соответственно, увеличение и уменьшение соответствующего параметра. Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:

,

.

                Из этих формул видно, что данная схема имеет лучшую термостабильность ( и  меньше единицы), чем схема с фиксированным током базы.

                В схеме коллекторной термостабилизации ООС  влияет и на другие характеристики каскада, что должно быть учтено. Механизм влияния данной ООС на характеристики каскада будет рассмотрен далее. Схемные решения, позволяющие устранить ООС на частотах сигнала, приведены на рисунках 2.19б,в.

                В большинстве случаев, наилучшими свойствами среди простейших (базовых) схем термостабилизации обладает эмиттерная схема термостабилизации показанная на рисунке 2.20.

                Эффект термостабилизации в этой схеме достигается:

                ¨ фиксацией потенциала  выбором тока базового делителя .

                ¨ введением по постоянному току ООС  путем включения резистора . На частотах сигнала эта ООС устраняется шунтированием резистора  емкостью .

Напряжение   определяется как:

.

Механизм действия ООС можно изобразить следующей диаграммой:

петля ООС

где символами  и  показано, соответственно, увеличение и уменьшение соответствующего параметра. Эскизный расчет эмиттерной схемы термостабилизации маломощного каскада можно проводить в следующей последовательности:

¨ Зададимся током делителя, образованного резисторами R и R :

 ;

¨ выбираем ,и определяем номинал :

 ;

¨ определяем потенциал :

;

                ¨ рассчитываем номиналы резисторов базового делителя:

,

 ,

где ,  определяется при расчете сигнальных параметров каскада.

                Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:

,

.

Здесь  — параллельное соединение резисторов  и .

                Для каскадов повышенной мощности следует учитывать требования экономичности при выборе  и .

                Анализ полученных выражений показывает, что для улучшения термостабильности каскада следует увеличивать номинал  и уменьшать  .

Ещё посмотрите лекцию «2.2. Культура как описательное понятие» по этой теме.

                Для целей термостабилизации каскада иногда используют термокомпенсацию. Принципиальная схема каскада с термокомпенсацией приведена на рисунке 2.21.

                Здесь в цепь базы транзистора включен прямосмещенный диод D, температурный коэффициент стабилизации напряжения (ТКН) которого равен ТКН эмиттерного перехода БТ. При изменении температуры окружающей среды напряжение  и напряжение на диоде  будет меняться одинаково, в результате чего ток покоя базы  останется постоянным. Применение этого метода особенно эффективно в каскадах на кремниевых транзисторах, где основную нестабильность тока коллектора порождает   (из-за относительной малости ). Наилучшая реализация этого метода термокомпенсации достигается в ИМС, где оба перехода естественным образом локализуются в пределах одного кристалла и имеют совершенно одинаковые параметры. Возможно применение других термокомпенсирующих элементов и цепей, например, использующих сочетания БТ и ПТ. Большой класс цепей, питающих БТ, составляют схемы с двумя источниками питания, пример одной из них приведен на рисунке 2.22.

                По сути, это схема эмиттерной термостабилизации, у которой «жестко» зафиксирован потенциал , , а .

                Следует отметить возможность применения данных схем термостабилизации при любой схеме использования БТ  в любой комбинации.