Шрифт:
Результирующую АЧХ и ФЧХ каскада в области НЧ можно построить, используя уже упоминавшийся принцип суперпозиции.
В n-каскадном усилителе с одинаковыми каскадами наблюдается эффект сужения полосы рабочих частот, который в области НЧ можно скомпенсировать уменьшением нижней граничной частоты каскадов до
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 — Iк0.
Существуют три основных фактора, влияющих на изменении Iк0 под действием температуры: при увеличении температуры, во-первых, увеличивается напряжение Uбэ0, во-вторых, обратный ток коллекторного перехода Iкбо, и, в третьих, возрастает коэффициент H21э.
Рисунок 2.16. Тепловая модель БТ
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 ΔIк0. Начнем с влияния изменения Uбэ0, вызванного тепловым смещением проходных характеристик Iк=f(Uбэ), обозначив при этом приращение тока коллектора как ΔIк01:
ΔIк01 = S0·ΔUбТ ,
где ΔUбТ — приращение напряжения Uбэ0, равное:
ΔUбТ = |εT|·ΔТ,
где εT — температурный коэффициент напряжения (ТКН),
εT ≈ –3мВ/град., ΔТ — разность между температурой коллекторного перехода перехода Tпер и справочным значением этой температуры Tспр (обычно 25°C):
ΔТ = Tпер – Tспр,
Tпер = Tсред + PкRT,
где Pк и RT соответственно, мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе в статическом режиме, и тепловое сопротивление “переход-среда”:
Pк = Iк0·Uк0,
Ориентировочное значение теплового сопротивления зависит от конструкции корпуса транзистора и обычно для транзисторов малой и средней мощности лежит в следующих пределах:
RT = (0,1…0,5) град./мВт.
Меньшее тепловое сопротивление имеют керамические и металлические корпуса, большее — пластмассовые.
Отметим, что ΔIк01 берется положительным, хотя εT имеет знак минус, это поясняется на рисунке 2.17.
Рисунок 2.17. Тепловое смещение проходных характеристик БТ
Определяем приращение тока коллектора ΔIк02, вызванного изменением обратного (неуправляемого) тока коллектора ΔIкбо:
ΔIк02 = ΔIкбо·(H21э + 1),
где приращение обратного тока ΔIкбо равно:
ΔIкбо = Iкбо(Tспр)·[exp(αΔT) – 1],
где α — коэффициент показателя, для кремниевых транзисторов α=0,13.
Следует заметить, что значение Iкбо, 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 ΔIк02 следует пользоваться приводимыми в справочниках температурными зависимостями Iкбо, либо уменьшать справочное значение Iкбо примерно на два порядка (обычно Iкбо для кремниевых транзисторов составляет порядка (n·10– 7…n·10– 6) А, и порядка (n·10– 6…n·10– 5) А для германиевых, n=(1…9).