Kompensasi Bias

Sejauh ini kita telah melihat teknik stabilisasi yang berbeda. Stabilisasi terjadi karena aksi umpan balik negatif. Umpan balik negatif, meskipun meningkatkan stabilitas titik operasi, itu mengurangi penguatan penguat.

Karena penguatan penguat merupakan pertimbangan yang sangat penting, beberapa teknik kompensasi digunakan untuk mempertahankan bias dan stabilisasi termal yang sangat baik. Sekarang mari kita membahas teknik kompensasi bias seperti itu.

Kompensasi Dioda untuk Ketidakstabilan

Ini adalah sirkuit yang menerapkan teknik kompensasi menggunakan dioda untuk mengatasi ketidakstabilan bias. Teknik stabilisasi mengacu pada penggunaan rangkaian bias resistif yang memungkinkan I _B bervariasi sehingga I _C relatif konstan.

Ada dua jenis metode kompensasi dioda. Mereka adalah -

Kompensasi dioda untuk ketidakstabilan karena variasi V _BE
Kompensasi dioda untuk ketidakstabilan karena variasi I _CO

Mari kita pahami kedua metode kompensasi ini secara rinci.

Kompensasi Dioda untuk Ketidakstabilan karena Variasi V _BE

Dalam transistor Silicon, perubahan nilai V _BE hasil dalam perubahan saya _C . Dioda dapat digunakan dalam rangkaian emitor untuk mengkompensasi variasi dalam V _BE atau I _CO . Karena dioda dan transistor yang digunakan terbuat dari bahan yang sama, tegangan V _D melintasi dioda memiliki koefisien temperatur yang sama dengan V _BE transistor.

Gambar berikut menunjukkan bias diri dengan stabilisasi dan kompensasi.

Dioda D maju bias oleh sumber V _DD dan resistor R _D . Variasi V _BE terhadap temperatur sama dengan variasi V _D dengan temperatur, sehingga kuantitas (V _BE - V _D ) tetap konstan. Jadi arus I _C tetap konstan meskipun ada variasi dalam V _BE .

Kompensasi Dioda untuk Ketidakstabilan karena Variasi I _CO

Gambar berikut menunjukkan diagram rangkaian penguat transistor dengan dioda D yang digunakan untuk kompensasi variasi I _CO .

Jadi, arus saturasi balik I _O dari dioda akan meningkat dengan suhu pada tingkat yang sama dengan arus saturasi kolektor transistor I _CO .

$$I = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R} \cong \frac{V_{CC}}{R} = Constant$$

Dioda D terbalik bias oleh V _BE dan arus yang melalui itu adalah saturasi balik saat ini saya _O .

Sekarang arus basis adalah,

$$I_B = I - I_O$$

Mengganti nilai di atas dalam ekspresi arus kolektor.

$$I_C = \beta (I - I_O) + (1 + \beta)I_{CO}$$

Jika β ≫ 1,

$$I_C = \beta I - \beta I_O + \beta I_{CO}$$

Ihampir konstan dan jika I _O dari dioda dan I _CO dari transistor saling melacak pada rentang suhu operasi, maka I _C tetap konstan.

Kompensasi Lainnya

Ada teknik kompensasi lain yang mengacu pada penggunaan perangkat yang peka terhadap suhu seperti dioda, transistor, termistor, Sensor, dll. Untuk mengkompensasi variasi arus.

Ada dua jenis rangkaian yang populer dalam metode ini, satu menggunakan termistor dan yang lainnya menggunakan Sensor. Mari kita lihat.

Kompensasi Termistor

Termistor adalah perangkat yang peka terhadap suhu. Ini memiliki koefisien suhu negatif. Hambatan termistor meningkat ketika suhu menurun dan menurun ketika suhu meningkat. Gambar di bawah ini menunjukkan penguat bias sendiri dengan kompensasi termistor.

Dalam rangkaian penguat, perubahan yang terjadi pada I _CO , V _BE dan β dengan temperatur, meningkatkan arus kolektor. Termistor digunakan untuk meminimalkan kenaikan arus kolektor. Dengan naiknya suhu, ketahanan R _T dari termistor menurun, yang meningkatkan arus melalui itu dan resistor R _E . Sekarang, tegangan yang dikembangkan melintasi R _E meningkat, yang membalikkan bias persimpangan emitor. Bias balik ini begitu tinggi sehingga efek resistor R ₁ dan R _{2 yang} memberikan bias maju juga berkurang. Tindakan ini mengurangi kenaikan arus kolektor.

Dengan demikian sensitivitas suhu termistor mengkompensasi kenaikan arus kolektor, yang terjadi karena suhu.

Kompensasi Sensor

A Sensistor adalah semikonduktor yang sangat doped yang memiliki koefisien suhu positif. Hambatan dari Sensistor meningkat dengan kenaikan suhu dan menurun dengan penurunan suhu. Gambar di bawah ini menunjukkan penguat bias diri dengan kompensasi Sensistor.

Pada gambar di atas, Sensistor dapat ditempatkan secara paralel dengan R ₁ atau paralel dengan R _E . Ketika suhu meningkat, resistansi kombinasi paralel, termistor dan R ₁ meningkat dan penurunan tegangannya juga meningkat. Hal ini mengurangi penurunan tegangan R ₂ . Karena penurunan tegangan ini, bias net forward emitter berkurang. Sebagai akibatnya, I _C menurun.

Oleh karena itu dengan menggunakan Sensor, kenaikan arus kolektor yang disebabkan oleh kenaikan I _CO , V _BE dan β karena suhu, dapat dikendalikan.

Ketahanan Termal

Transistor adalah perangkat yang bergantung pada suhu. Ketika transistor dioperasikan, persimpangan kolektor mendapat aliran elektron yang deras dan karenanya menghasilkan banyak panas. Panas ini jika ditingkatkan lebih jauh dari batas yang diizinkan, merusak sambungan dan dengan demikian transistor.

Untuk melindungi dirinya dari kerusakan, transistor menghilangkan panas dari sambungan ke casing transistor dan dari sana ke udara terbuka yang mengelilinginya.

Misalkan, suhu lingkungan atau suhu udara sekitar = T _A^o C

Dan, suhu pertemuan kolektor-basis transistor = T _J^o C

Karena T _J > T _A , perbedaan T _J - T _A lebih besar dari daya yang dihamburkan dalam transistor P _D akan lebih besar. Jadi,

$$T_J - T_A \propto P_D$$

$$T_J - T_A = HP_D$$

Dimana H adalah konstanta proporsionalitas, dan disebut sebagai Thermal resistance.

Resistansi termal adalah resistansi terhadap aliran panas dari sambungan ke udara sekitar. Ini dilambangkan dengan H.

$$H = \frac{T_J - T_A}{P_D}$$

Satuan H adalah ^o C / watt.

Jika resistansi termal rendah, perpindahan panas dari transistor ke udara, akan mudah. Jika casing transistor lebih besar, pembuangan panas akan lebih baik. Ini dicapai dengan penggunaan Heat sink.

Pendingin

Transistor yang menangani daya yang lebih besar, menghilangkan lebih banyak panas selama operasi. Panas ini jika tidak hilang dengan baik, dapat merusak transistor. Oleh karena itu transistor daya umumnya dipasang pada kotak logam besar untuk menyediakan area yang lebih luas untuk mendapatkan panas yang dipancarkan yang dihasilkan selama operasinya.

Lembaran logam yang membantu menghilangkan panas tambahan dari transistor dikenal sebagai heat sink. Kemampuan heat sink bergantung pada material, volume, luas, bentuk, kontak antara case dan sink, dan pergerakan udara di sekitar sink.

Unit pendingin dipilih setelah mempertimbangkan semua faktor ini. Gambar menunjukkan transistor daya dengan heat sink.

Transistor kecil pada gambar di atas dipasang pada lembaran logam yang lebih besar untuk menghilangkan panasnya, sehingga transistor tidak rusak.

Pelarian Termal

Penggunaan heat sink menghindari masalah Thermal Runaway. Ini adalah situasi di mana peningkatan suhu mengarah pada kondisi yang semakin meningkatkan suhu, menyebabkan kerusakan perangkat itu sendiri. Ini adalah umpan balik positif yang tidak terkendali.

Heat sinkbukan satu-satunya pertimbangan; Faktor lain seperti titik operasi, suhu lingkungan, dan jenis transistor yang digunakan juga dapat menyebabkan pelarian termal.