Юный радиолюбитель [7-изд]

Если, например, при температуре 20 °C ток I_КБО германиевого транзистора составляет 10 мкА, то при повышении температуры до 60 °C он возрастает примерно до 160 мкА. Но ток I_КБО характеризует свойства только коллекторного р-n перехода. В реальных же рабочих условиях напряжение источника питания оказывается приложенным к двум р-n переходам коллекторному и эмиттерному. При этом обратный ток коллектора течет и через эмиттерный переход и как бы усиливает сам себя. В результате значение неуправляемого, изменяющегося под воздействием температуры тока увеличивается в несколько раз. А чем больше его доля в коллекторном токе, тем нестабильнее режим работы транзистора в различных температурных условиях. Увеличение коэффициента передачи тока h_21Э с температурой усиливает этот эффект.

Что же при этом происходит в каскаде, например, на транзисторе V1 усилителя первого или второго вариантов?

С повышением температуры общий ток коллекторной цепи увеличивается, вызывая все большее падение напряжения на нагрузочном резисторе R3 (см. рис. 174). Напряжение же между коллектором и эмиттером при этом уменьшается, что приводит к появлению искажений сигнала. При дальнейшем повышении температуры напряжение на коллекторе может стать столь малым, что транзистор вообще перестанет усиливать входной сигнал.

Уменьшение влияния температуры на ток коллектора возможно либо путем использования в аппаратуре, предназначенной для работы со значительными колебаниями температуры, транзисторов с очень малым током I_КБО, например кремниевых, либо применением специальных мер, термостабилизирующих режим транзисторов.

Один из способов термостабилизации режима работы германиевого транзистора структуры р-n-р показан на схеме рис. 179, а. Здесь, как видишь, базовый резистор R_б подключен не к минусовому проводнику источника питания, а к коллектору транзистора. Что это дает? С повышением температуры возрастающий коллекторный ток увеличивает падение напряжения на нагрузке R_н и уменьшает напряжение на коллекторе. А так как база соединена (через резистор R_б) с коллектором, на ней тоже уменьшается отрицательное напряжение смещения, что в свою очередь уменьшает ток коллектора. Получается обратная связь между выходной и входной цепями каскада — увеличивающийся коллекторный ток уменьшает напряжение на базе, что автоматически уменьшает коллекторный ток. Происходит стабилизация заданного режима работы транзистора.

Но во время работы транзистора между его коллектором и базой через тот же резистор R_б возникает отрицательная обратная связь по переменному току, что снижает общее усиление каскада. Таким образом, стабильность режима транзистора достигается ценой проигрыша в усилении. Жаль, но приходится идти на эти потери, чтобы при изменении температуры транзистора сохранить нормальную работу усилителя.

Рис. 179.Усилительные каскады с термостабилизацией режима работы транзисторов

Существует, однако, способ стабилизации режима работы транзистора с несколько меньшими потерями в усилении, но достигается это усложнением каскада. Схема такого усилителя показана на рис. 179, б. Режим покоя транзистора по постоянному току и напряжению остается тот же: ток коллекторной цепи равен 0,8–1 мА, отрицательное напряжение смещения на базе относительно эмиттера равно 0,1 В (1,5–1,4 = 0,1 В). Но режим устанавливается с помощью двух дополнительных резисторов: R_б2 и R_э. Резисторы R_б1, и R_б2 образуют делитель, с помощью которого на базе поддерживается устойчивое напряжение. Эмиттерный резистор R_эявляется элементом термостабилизации.

Термостабилизация режима транзистора происходит следующим образом. По мере возрастания коллекторного тока под действием тепла падение напряжения на резисторе R_э увеличивается. При этом разность напряжений между базой и эмиттером уменьшается, что автоматически снижает коллекторный ток. Получается такая же обратная связь, только теперь между эмиттером и базой, благодаря которой режим транзистора стабилизируется.