Стабильность рабочей точки

Разброс параметров транзисторов одной серии значительно затрудняет проектирование стабильных усилительных устройств. Кроме того параметры биполярных транзисторов сильно зависят от внешних факторов: изменения температуры; радиационного воздействия. Все это приводит к смещению рабочей точки на ВАХ.

Качество температурной стабилизации схемы определяется выбором положения исходной рабочей точки и ее стабильностью при изменении температуры. На стабильность рабочей точки при увеличении температуры сильное влияние оказывают: обратный ток коллекторного перехода I_кбо, который возрастает; напряжение U_бэо, которое уменьшается; коэффициент передачи тока базы, который так же возрастает.

Поэтому температурную нестабильность схемы можно оценить полным приращением тока коллектора по формуле

, (10.13)

. (10.14)

Исходя из (10.14) запишем

. (10.15)

Подставив в (10.15) значение приращения тока базы DI_б, получим уравнение

, (10.16)

где – коэффициент токораспределения;

,

решив которое относительно DI_к, найдем

. (10.17)

Величину называют коэффициентом температурной нестабильности.

Коэффициент температурной нестабильности показывает, во сколько раз изменение тока покоя больше в данном каскаде, чем в идеальном стабилизированном устройстве. Чем меньше S, тем стабильнее усилительный каскад.

Учитывая, что , полное приращение коллекторного тока с учетом коэффициента нестабильности будет равно

. (10.18)

Формула (10.18) может быть использована для определения DI_к усилительного каскада для любой схемы включения биполярного транзистора.

Выполнив анализ коэффициент нестабильности, получим предельные значения S. При g_б=1, S_мин=h_21б, каскад будет обладать наилучшей стабильностью, а при g_б=0, S_макс=h_21э, каскад будет обладать плохой стабильностью. Таким образом, в зависимости от соотношения R_э и R_б значение коэффициента температурной нестабильности изменяется от h_21б до h_21э. Следовательно, для получения максимальной стабильности нужно стремиться к выполнению условия g_б=1 или к выполнению неравенства

. (10.19)

Выполнение условия (10.19) является желательным при создании стабильных усилительных каскадов, однако уменьшение значения сопротивления R_б ограничивается снижением входного сопротивления усилительного каскада. На практике удовлетворительные результаты получаются при , которым соответствует и .

Приращение коллекторного тока за счет изменения напряжения U_бэо учитывается в (10.18) слагаемым , причем , где x – ТКН, являющийся отрицательной величиной, что учитывается в выражении (10.18) знаком минус перед DU_бэо. Это указывает на то, что с ростом температуры, изменение DU_бэо приводит к уменьшению приращения коллекторного тока.

Изменение коллекторного тока DI_к за счет приращения коэффициента усиления транзистора по току учитывается Dh_21э, обычно .