Температурная стабилизация усиленного каскада

Мы подчеркнули ряд достоинств транзисторных усилителей, открывших им широкие перспективы применений. Но транзисторам свойственны и недостатки, главный из которых - температурная нестабильность. Уместно заметить, что описанная нами схема усилительного каскада (см. рис. 9-8) может применяться только в условиях постоянства температуры окружающей среды (например, при комнатной температуре). При изменениях же температуры существенно изменяются параметры транзисторов, а характеристики их перемещаются в координатной плоскости. Значит, исходный режим, установленный, например, выборам сопротивлений R_к и R₁, нарушается, а потому усилительные свойства каскада перестают соответствовать расчетным и работа его ухудшается. Борьба за температурную стабильность - задача технологии полупроводниковых приборов. Однако содействовать повышению стабильности можно и при разработке аппаратуры путем выбора схемы, которая обеспечивает постоянство исходного режима. Разумеется, схемная стабилизация не устраняет температурных влияний на величины параметров транзистора.


Рис. 9-13.	Схемы температурной стабилизации каскада с общим эмиттером: а - коллекторная стабилизация; б - эмиттерная стабилизация.

Простейший способ стабилизации исходного режима в каскаде с общим эмиттером показан нарис. 9-13, а; этот способ называется коллекторной стабилизацией. По сравнению с прежней схемой здесь произведен перенос сопротивления R₁ от источника питания к коллектору (конечно, с выбором заново величины этого сопротивления). Физический смысл коллекторной стабилизации заключается в следующем: если при повышении температуры возрастает ток в цепи коллектора, то увеличивается падение постоянного напряжения на сопротивлении R_к, а смещающее напряжение на сопротивлении R₁ уменьшается и ток базы падает. Этим самым оказывается ограниченным и увеличение тока коллектора. При охлаждении транзистора и уменьшении коллекторного тока процесс автоматической регулировки идет в обратном направлении. Величину сопротивления R₁ следует выбирать из очевидного соотношения:

Коллекторная схема стабилизации исходного режима имеет тот недостаток, что через сопротивление R₁ устанавливается обратная связь между выходом и входом; усиленный сигнал, попадая обратно на вход, снижает коэффициент усиления и входное сопротивление каскада. Более совершенна схема, называемая схемой эмиттерной стабилизации (рис. 9-13, б). В ней для питания базы подключен к зажимам источника E делитель напряжения R₁R₂, постоянный ток через который должен быть приблизительно в 5 раз больше исходного тока базы, выбранного для транзистора. Тогда смещение в цепи базы окажется приблизительно равным падению напряжения на сопротивлении R₂ и будет достаточно стабильным. Однако при изменении температуры могут изменяться токи в цепях эмиттера и коллектора, что нежелательно. С целью их стабилизации в цепь эмиттера включается сопротивление R_э; на этом сопротивлении создается дополнительное смещение между базой и эмиттером, действующее противоположно напряжению, выделенному на сопротивлении R₂, что видно из направлений токов. И если ток эмиттера возрастет, то падение напряжения на сопротивлении R_э увеличится, а отрицательное смещение на базе уменьшится, что приведет к снижению токов эмиттера и коллектора. Для устранения обратной связи по переменному току стабилизирующее сопротивление R_э блокируется конденсатором C_э большой емкости (не менее десятка микрофарад). Недостатком описанной схемы нужно считать дополнительный расход тока в делителе.