Л05_Термостабилизация усилителя

1. Схемы смещения и термостабилизации в усилительном каскаде

2. Смещение фиксированным током базы. Коллекторная термостабилизация

Смещением называется постоянное напряжение, действующее
между эмиттером и базой и поддерживающее переход «эмиттер
— база» в открытом состоянии (активном режиме).
Существует несколько способов задания смещения:
1) от отдельного источника (способ неэкономичный, увеличивает
габариты схемы);
2) автоматический (за счет протекания тока через элементы
схемы).

3. Схема смещения должна обеспечивать начальную величину термостабилизации

При смещении фиксированным током
базы
где RБ — резистор смещения, Iбо — базовый ток
в отсутствии входного сигнала.
Чтобы исключить температурную зависимость,
выбирают сопротивление RБ много больше, чем
сопротивление открытого перехода Э — Б:
RБ >> rэб. Тогда Iб0=Eк / RБ— фиксированный ток;

4. Схема с коллекторной термостабилизацией

В случае увеличения температуры
возрастает ток коллектора Iк0,
следовательно, увеличивается падение
напряжения на нагрузке Rн. Поэтому
уменьшаются постоянное напряжение
на коллекторе Uк0 (Eк = Iк0Rн + Uк0, Ек =
const), а значит, уменьшается и ток
смещения, протекающий через RБ, что
уменьшает Есм, и, следовательно, ток
коллектора, возвращая его к
исходному значению.
Обеспечивая термостабилизацию, эта
схема имеет недостаток: из-за ООС по
переменному и постоянному току
уменьшается коэффициент усиления.

5. КОЛЛЕКТОРНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ТОЬКО ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

Использование сигнала обратной связи с точки
схемы, где отсутствует переменный ток
• Емкость фильтра из резистора Rф и
Сф ≈ (10÷50) мкФ. Таким образом,
за счет малого емкостного
сопротивления конденсатора
переменная составляющая
выходного тока шунтируется
(замыкается) на землю. Сигнал ОС
снимается с точки схемы, через
которую течет только постоянный
ток. Коэффициент усиления
сигнала переменного тока каскада
не изменяется.

6. Использование сигнала обратной связи с точки схемы, где отсутствует переменный ток

СМЕЩЕНИЕ ФИКСИРОВАННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
НА БАЗЕ. ЭМИТТЕРНАЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ
• Здесь R1–R2 — базовый делитель,
формирующий напряжение Uб0.
• Uб0 = f (Iдел, Iб0), при этом ток
делителя Iдел постоянный, а ток Iб0
зависит от температуры. Условие
термостабильности: Iдел >> Iб0.
• В этом случае можно пренебречь
влиянием Iб0 на Uб0.
• Термостабилизация такой схемы
недостаточна, поэтому вводят
последовательную ООС по току.

7. СМЕЩЕНИЕ ФИКСИРОВАННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ НА БАЗЕ. ЭМИТТЕРНАЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ

• Включается сопротивление
RОС = Rэ в эмиттерную цепь (см.
схему).
• На базе транзистора с помощью
резистивного делителя задается
некоторое постоянное напряжение
Uб0. Если ток коллектора Iк0 при
росте температуры увеличится, то
возрастет и эмиттерный ток Iэ0,
следовательно, увеличится падение
напряжения на Rэ, что вызовет
уменьшение напряжения
Есм (Есм = Uб0 − Iэ0Rэ). Это приведет к
уменьшению Iк0 и возврату его к
прежнему значению.

8. СМЕЩЕНИЕ ФИКСИРОВАННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ НА БАЗЕ. ЭМИТТЕРНАЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ

• Схема с последовательной ООС по току позволяет обеспечить
термостабильность в интервале температур ΔТ = ± 20°.
Недостаток: присутствие ООС приводит к уменьшению
коэффициента усиления.
• Поэтому для исключения ООС по переменному току включается
большая емкость Сэ ≈ (50 ÷100) мкФ, которая шунтирует
переменную составляющую эмиттерного тока. При этом UОС ≈ Uэ0
также не содержит переменной составляющей.

9. СМЕЩЕНИЕ ФИКСИРОВАННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ НА БАЗЕ. ЭМИТТЕРНАЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ

КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ
В приведенной схеме
используются оба типа смещения.
В ней сочетаются две
отрицательные ОС по
постоянному току —
последовательная и
параллельная, которые создаются
резисторами Rэ и RБ
соответственно. Нет потерь в
коэффициенте усиления, так как
исключена ООС по переменному
току. Схема позволяет обеспечить
термостабильность в интервале
температур ΔТ = ± 30°.

10. КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ

ТЕРМОКОМПЕНСАЦИЯ
Схема
термокомпенсации
представляет собой
разновидность схем
термостабилизации, но
без ООС :
Смещение задается фиксированным напряжением на базе транзистора V2 (сопротивление R1 и внутреннее
сопротивление транзистора V1 включены последовательно). Транзистор V1 — в диодном включении. Схема
используется в ИМС, так как в интегральной микроэлектронике увеличение числа транзисторов
мало сказывается на экономичности и габаритах. Транзисторы V1 и V2 получены в едином технологическом цикле,
следовательно, имеют одинаковые параметры, а значит, коллекторные токи Iк1 и Iк2 обоих транзисторов одинаково
изменяются с ростом температуры.

11. ТЕРМОКОМПЕНСАЦИЯ

• При увеличении температуры возрастет
коллекторный ток транзистора V2.
Одновременно увеличится коллекторный ток
транзистора V1, это вызовет уменьшение его
внутреннего сопротивления , а значит, и
уменьшение напряжения Есм, что приведет к
падению коллекторного тока транзистора V2.
Таким образом, термостабильность обеспечивается без ООС .

12. ТЕРМОКОМПЕНСАЦИЯ

.
• Термокомпенсация широко
используется в генераторах
стабильного тока. Это схемы, в
которых основной ток слабо зависит
от температуры и изменения
напряжения источника питания Ек.
• Транзистор V2 имеет выходную
характеристику, на которой
значительное изменение выходного
напряжения ΔUк, пропорциональное
ΔЕк, соответствует незначительному
изменению выходного тока ΔIк (см.
схему).
Таким образом, схема с термокомпенсацией стабильна как при изменении
температуры, так и при изменении Ек.

13. .

КОЛЛЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР
• Токи всех каскадов проходят через
общий источник питания (см. схему),
поэтому формируют на Rп паразитный
сигнал, который, если не принять мер,
может попасть в цепь базы усилителя
(паразитная ОС через общий источник
питания). Если это ООС, то
уменьшается коэффициент усиления;
если ПОС , возможна потеря
усилителем устойчивости. Для
предотвращения паразитной ООС в
схему включается коллекторный
фильтр Rф– Сф.
Таким образом, устойчивость усилителя возрастает, но тре• Емкость Сф достаточно велика (Сф ≈
буются дополнительные элементы схемы. Нужно
(10÷100) мкФ). Она шунтирует Rф по
использовать источник питания Ек с более высоким
переменному току и не допускает его
напряжением, так как часть напряжения падает на Rф.
попадания в цепь базы следующего
Выигрыш в устойчивости велик, поэтому схема применяется
транзистора.
достаточно часто. Коллекторный фильтр не включается в
последнем каскаде.

14. КОЛЛЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР

Конец
• Спасибо за внимание