Vorspannungskompensation
Bisher haben wir verschiedene Stabilisierungstechniken gesehen. Die Stabilisierung erfolgt aufgrund negativer Rückkopplungswirkung. Die negative Rückkopplung verbessert zwar die Stabilität des Betriebspunkts, verringert jedoch die Verstärkung des Verstärkers.
Da die Verstärkung des Verstärkers eine sehr wichtige Überlegung ist, werden einige Kompensationstechniken verwendet, um eine ausgezeichnete Vorspannung und thermische Stabilisierung aufrechtzuerhalten. Lassen Sie uns nun solche Bias-Kompensationstechniken durchgehen.
Diodenkompensation für Instabilität
Dies sind die Schaltungen, die Kompensationstechniken unter Verwendung von Dioden implementieren, um die Vorspannungsinstabilität zu behandeln. Die Stabilisierungstechniken beziehen sich auf die Verwendung von Widerstandsvorspannungsschaltungen, die es I B ermöglichen, zu variieren, um I C relativ konstant zu halten .
Es gibt zwei Arten von Diodenkompensationsmethoden. Sie sind -
- Diodenkompensation für Instabilität aufgrund von V BE- Variation
- Diodenkompensation für Instabilität aufgrund von I CO -Variation
Lassen Sie uns diese beiden Kompensationsmethoden im Detail verstehen.
Diodenkompensation für Instabilität aufgrund von V BE- Variation
In einem Siliziumtransistor, die Änderungen in dem Wert von V BE Ergebnisse in den Änderungen in I C . In der Emitterschaltung kann eine Diode verwendet werden, um die Schwankungen von V BE oder I CO zu kompensieren . Da die verwendete Diode und der verwendete Transistor aus demselben Material bestehen, hat die Spannung V D über der Diode den gleichen Temperaturkoeffizienten wie V BE des Transistors.
Die folgende Abbildung zeigt die Selbstvorspannung mit Stabilisierung und Kompensation.
Die Diode D ist durch die Quelle V DD und den Widerstand R D in Vorwärtsrichtung vorgespannt . Die Variation von V BE mit der Temperatur ist dieselbe wie die Variation von V D mit der Temperatur, daher bleibt die Menge (V BE - V D ) konstant. Der Strom I C bleibt also trotz der Variation von V BE konstant .
Diodenkompensation für Instabilität aufgrund von I CO -Variation
Die folgende Abbildung zeigt das Schaltbild eines Transistorverstärkers mit Diode D, der zur Kompensation der Änderung von I CO verwendet wird .
Der Sperrstrom I O der Diode steigt also mit der Temperatur mit der gleichen Geschwindigkeit an wie der Sättigungsstrom I CO des Transistorkollektors .
$$ I = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {R} \ cong \ frac {V_ {CC}} {R} = Konstante $$
Die Diode D umgekehrt vorgespannt durch V BE und der Strom durch es ist der umgekehrte Sättigungsstrom I O .
Jetzt ist der Basisstrom,
$$ I_B = I - I_O $$
Ersetzen des Kollektorstroms durch den obigen Wert im Ausdruck.
$$ I_C = \ beta (I - I_O) + (1 + \ beta) I_ {CO} $$
Wenn β ≫ 1 ist,
$$ I_C = \ beta I - \ beta I_O + \ beta I_ {CO} $$
Iist nahezu konstant und wenn sich I O der Diode und I CO des Transistors über den Betriebstemperaturbereich verfolgen, bleibt I C konstant.
Sonstige Entschädigungen
Es gibt andere Kompensationstechniken, die sich auf die Verwendung temperaturempfindlicher Geräte wie Dioden, Transistoren, Thermistoren, Sensoren usw. beziehen, um die Änderung der Ströme zu kompensieren.
Bei diesem Verfahren gibt es zwei beliebte Arten von Schaltungen, eine unter Verwendung eines Thermistors und die andere unter Verwendung eines Sensistors. Schauen wir sie uns an.
Thermistorkompensation
Thermistor ist ein temperaturempfindliches Gerät. Es hat einen negativen Temperaturkoeffizienten. Der Widerstand eines Thermistors steigt mit sinkender Temperatur und mit steigender Temperatur. Die folgende Abbildung zeigt einen Selbstvorspannungsverstärker mit Thermistorkompensation.
In einer Verstärkerschaltung erhöhen die Änderungen, die in I CO , V BE und β mit der Temperatur auftreten, den Kollektorstrom. Ein Thermistor wird verwendet, um den Anstieg des Kollektorstroms zu minimieren. Mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand R T des Thermistors ab, wodurch der Strom durch ihn und den Widerstand R E erhöht wird . Nun wird die Spannung über R entwickelte E erhöht, die spannt den Emitter - Übergang umgekehrt. Diese Sperrvorspannung ist so hoch, dass die Wirkung der Widerstände R 1 und R 2, die eine Vorwärtsvorspannung bereitstellen, ebenfalls verringert wird. Diese Aktion verringert den Anstieg des Kollektorstroms.
Somit kompensiert die Temperaturempfindlichkeit des Thermistors den Anstieg des Kollektorstroms, der aufgrund der Temperatur aufgetreten ist.
Sensorkompensation
Ein Sensistor ist ein stark dotierter Halbleiter mit einem positiven Temperaturkoeffizienten. Der Widerstand eines Sensistors nimmt mit steigender Temperatur zu und mit sinkender Temperatur ab. Die folgende Abbildung zeigt einen Selbstvorspannungsverstärker mit Sensistorkompensation.
In der obigen Figur kann der Sensistor parallel zu R 1 oder parallel zu R E angeordnet sein . Mit steigender Temperatur steigt der Widerstand der Parallelschaltung, des Thermistors und von R 1 und auch deren Spannungsabfall. Dies verringert den Spannungsabfall über R 2 . Aufgrund der Abnahme dieser Spannung nimmt die Netto-Vorwärtsemittervorspannung ab. Infolgedessen nimmt I C ab.
Daher wird durch Verwendung des Sensistors der Anstieg des Kollektorstroms gesteuert, der durch den Anstieg von I CO , V BE und β aufgrund der Temperatur verursacht wird.
Wärmewiderstand
Der Transistor ist ein temperaturabhängiges Gerät. Wenn der Transistor betrieben wird, erhält der Kollektorübergang einen starken Elektronenfluss und es wird daher viel Wärme erzeugt. Wenn diese Wärme weiter über die zulässige Grenze hinaus erhöht wird, beschädigt sie den Übergang und damit den Transistor.
Um sich vor Beschädigungen zu schützen, leitet der Transistor Wärme von der Verbindungsstelle zum Transistorgehäuse und von dort an die ihn umgebende offene Luft ab.
Es sei die Umgebungstemperatur oder die Temperatur der Umgebungsluft = T A o C.
Und die Temperatur des Kollektor-Basis-Übergangs des Transistors = T J o C.
Da T J > T A ist , ist die Differenz T J - T A größer als die im Transistor P D verbrauchte Leistung größer. So,
$$ T_J - T_A \ propto P_D $$
$$ T_J - T_A = HP_D $$
Wobei H die Proportionalitätskonstante ist und als bezeichnet wird Thermal resistance.
Der Wärmewiderstand ist der Widerstand gegen den Wärmefluss von der Verbindungsstelle zur Umgebungsluft. Es wird mit H. bezeichnet.
$$ H = \ frac {T_J - T_A} {P_D} $$
Die Einheit von H ist o C / Watt.
Wenn der Wärmewiderstand niedrig ist, ist die Wärmeübertragung vom Transistor in die Luft einfach. Wenn das Transistorgehäuse größer ist, ist die Wärmeableitung besser. Dies wird durch die Verwendung eines Kühlkörpers erreicht.
Kühlkörper
Der Transistor, der größere Leistungen verarbeitet, gibt während des Betriebs mehr Wärme ab. Diese Wärme kann den Transistor beschädigen, wenn sie nicht richtig abgeführt wird. Daher sind die Leistungstransistoren im Allgemeinen auf großen Metallgehäusen montiert, um eine größere Fläche bereitzustellen, um die während ihres Betriebs erzeugte Wärmestrahlung zu erhalten.
Das Metallblech, das dabei hilft, die zusätzliche Wärme vom Transistor abzuleiten, ist als das bekannt heat sink. Die Fähigkeit eines Kühlkörpers hängt von Material, Volumen, Fläche, Form, Kontakt zwischen Gehäuse und Spüle und der Luftbewegung um den Spülbecken ab.
Der Kühlkörper wird nach Berücksichtigung all dieser Faktoren ausgewählt. Das Bild zeigt einen Leistungstransistor mit einem Kühlkörper.
Ein winziger Transistor im obigen Bild ist an einem größeren Metallblech befestigt, um seine Wärme abzuleiten, damit der Transistor nicht beschädigt wird.
Thermal Runaway
Die Verwendung eines Kühlkörpers vermeidet das Problem von Thermal Runaway. Es ist eine Situation, in der ein Temperaturanstieg zu dem Zustand führt, dass ein weiterer Temperaturanstieg zur Zerstörung des Geräts selbst führt. Dies ist eine Art unkontrollierbares positives Feedback.
Heat sinkist nicht die einzige Überlegung; Andere Faktoren wie der Betriebspunkt, die Umgebungstemperatur und der Typ des verwendeten Transistors können ebenfalls zu einem thermischen Durchgehen führen.