Методи забезпечення і стабілізація режиму роботи транзисторного каскаду підсилення

Початкове положення робочої точки на динамічній характеристиці підсилювального каскаду при відсутності вхідних сигналів зумовлюється сукупністю постійних складових струмів і напруг у вихідному (Іос,Uoс)і вхідному (Іов,Іoв) колах. Забезпечення робочого режиму транзистора тісно пов'язано зі стабілізацією режиму спокою підсилювального каскаду в цілому.

Нестабільність положення робочої точки інтегрального транзистора може бути спричинена нестабільністю напруги джерела живлення, старінням елементів ІМС, дрейфом параметрів мікросхеми. Однак найбільший вплив на зміщення робочої точки чинить температурна нестабільність параметрів елементів ІМС.

Під впливом зміни температури зміщуються статичні характеристики транзистора. З ростом температури змінюється колекторний (вихідний) струм Іс, приріст якого обумовлений, головним чином, підвищенням зворотного струму колекторного переходу Іс_{0 ,} та коефіцієнта передачі за струмом транзистора h_21В(h₂₁_E). Крім того, теплове зміщення характеристик транзистора зумовлене зміною напруги Uев на емітерному переході. Оскільки колекторний струм є функцією трьох змінних Іс = j (1*со, h_21Е, Uев), то його приріст виразимо повним диференціалом

Частинні похідні в рівнянні

; ; .

характеризують швидкість зростання Iс під дією дестабілізуючих факторів.

У гібридних ІМС, де є можливість використати резистори і конденсатори великих номіналів, режим спокою і його термостабілізація здійснюються за допомогою резистивних кіл зміщення й введення місцевих кіл негативного зворотного зв'язку. В напівпровідникових ІМС, де застосування резисторів з великим опором утруднене (планарні резистори займають велику площу), а застосування конденсаторів великих ємностей практично неможливе, використовують параметричні методи температурної стабілізації положення робочої точки. Оскільки в напівпровідникових ІМС застосовують кремнієві транзистори, то вплив зміни струму Іс на їх температурну стабільність не має вирішального значення і його не враховують.

Схема параметричної стабілізації режиму транзисторного каскаду VT2 за допомогою транзистора VTI в діодному ввімкненні показана на рис. а. Це одна з найпоширеніших базових схем інтегральної схемотехніки, відома під назвою генератора стабільного струму. Звичайно колектор транзистора VT2 вмикається в колі емітерів підсилювальних каскадів (наприклад, в колі емітерів диференційного підсилювача), забезпечуючи дані кола стабільним струмом 1с = Іо. Характеристики транзисторів VTI і VT2 відрізняються лише в межах розкиду їх статичних параметрів.

Беручи до уваги, що в однотипних транзисторів температурнанестабільність коефіцієнтів передачі за струмом h₂₁_E₁ і h₂₁_E₂ , однакова, запишемо відносну температурну нестабільність колекторного струму lñ₂ транзистора VT2:

де DU_E₁ i DU_E₂ —відхилення напруг на емірнгіх переходах транзисторів VTI та VT2.

При цьому припускають, що температурна нестабільність теплових струмів емітерних переходів однакова: DI*со₁ /І *co₁=DІ* co₂/І*со₂ .

З рівняння випливає, що при рівних напругах на емітерних переходах обох транзисторів, а також однакових їх відхиленнях для схеми з паралельним вмиканням емітерних 'переходів маємо

DІ c₂/Іс₂ =DIс₁ /І c₁.

Отже, відносна нестабільність струмів транзисторів VTI і VT2 однакова, тобто в такій парі транзисторів струм Iс₂ наслідує струм Iс₁ і відбувається «дзеркальне відображення» струмів. Таку схему (рис.а) називають «струмовим дзеркалом».

Таким чином, щоб стабілізувати струм Iс₂ = Io₀, необхідно стабілізувати з достатньою точністю струм Iс₁ , відхилення якого, зумовлені температурною нестабільністю параметрів транзистора, визначаються рівнянням

DIс₁ =-DU_BE₁/ R-DІ_B1-DI_B₂

Через те, що DI_B₁ »DIс₁/ h₂₁_E₁ і DI_B₂»DI_C₂/h₂₁_E₂»DІ_C₁I_C₂/ h₂₁_E₂І_C₁ ,

З виразу випливає, що нестабільність колекторного струму транзистора VT2 зумовлюється нестабільністю напруги емітерного переходу(DIс₁»DU_BE₁/R ), яка для кремнієвих транзисторів становить 1,7—2мВ/°С. Тому заданий режим роботи транзистора VTI і його колекторний струм Iс₁ (а отже, струм Ic₂) можливо забезпечити і стабілізувати відповідним добором зовнішніх елементів: резистора R і напруги джерела живлення Е

;

де DW=1,12B—ширина забороненої зони кремнію;d_Т=DТ/Т, d_R = DR/R, dс= DIc₂/Ic₂ — відносна зміна температури, опору резистора R і колекторного струму транзистора VT2 відповідно. Розраховують елементи R і Е за формулами і при заданих значеннях d_T ,d_R, d_C,DE,Iс₂.

За схемою на рис. можливо стабілізувати режим диференцій-ного підсилювача вмиканням колекторного кола транзистора VT2 в загальне емітерне коло диференційного каскаду. Крім стабілізації режиму, така схема дозволяє вагомо підвищити рівень подавлення синфазної завади, не знижуючи підсилення корисного вхідного сигналу. При цьому якість джерела стабільного струму тим вища, чим більший його вихідний опір.

Підвищити вихідний опір до опору колекторного переходу rс можна введенням негативного зворотного зв'язку за струмом, вмикаючи в коло емітера транзистора VT2 резистор R_E₂ (рис.). Крім того, введення негативного зворотного зв'язку знижує чутливість джерела сигналу до змін напруги джерела живлення Е. Для того, щоб транзистор VT2 не працював у режимі дуже малих струмів, в коло емітера транзистора VTI вмикають резистор невеликого опору R_E₁. При цьому потенціал бази транзистора VT2 підвищується, що забезпечує підвищення емітерного струму цього транзистора.

На рис. показана схема джерела стабільного струму (так звана «струмова двійка»), яка відрізняється від розглянутих раніше тим, що при такому ввімкненні транзистор VT2, що генерує струм Iо цього каскаду, навіть при низьких напругах живлення не входить у режим насичення. Тому можна використовувати низьковольтні джерела живлення (±2 ... З В).

Струм Іс₂= 1о знаходять з рівняння

Іс₂=U_BE₁/R_E₂ .

При цьому резистор R_E₂ в колі емітера транзистора VT2 служить для передачі сигналу негативного зворотного зв'язку в базу транзистора VTI. Завдяки негативному зворотному зв'язку джерело струму має високий вихідний опір. Крім того, в такій схемі струм Iс₂ = Iо майже не залежить від напруги живлення, хоча змінюється при коливаннях температури. Щоб уникнути впливу температурних змін, як резистор R_E₂ негативного зворотного зв'язку за струмом використовують транзистор VT3 (рис. ). Цей транзистор в діодному вмиканні задає режим роботи транзистора VT2, термостабілізуючи колекторний струм Iс₁, що зумовлює високу термостабільність колекторного струму Iс₂=Iо.

⇐ Предыдущая 20 21 22 23 242526 27 28 29 Следующая ⇒