バイアス補償

これまで、さまざまな安定化手法を見てきました。安定化は、負帰還作用により発生します。負帰還は、動作点の安定性を向上させますが、アンプのゲインを低下させます。

増幅器のゲインは非常に重要な考慮事項であるため、優れたバイアスと熱安定性を維持するためにいくつかの補償技術が使用されます。ここで、そのようなバイアス補償技術を見てみましょう。

不安定性に対するダイオード補償

これらは、バイアスの不安定性に対処するためにダイオードを使用して補償技術を実装する回路です。安定化技術はI許可抵抗バイアス回路の使用を参照して_BをI維持するように変化させるために_Cを比較的一定。

ダイオードの補償方法には2つのタイプがあります。彼らは-

• _VBE変動による不安定性に対するダイオード補償
• 不安定性のためのダイオード補償によるIへの_COの変動

これら2つの補償方法を詳しく理解しましょう。

_VBE変動による不安定性に対するダイオード補償

シリコントランジスタでは、_VBEの値が変化すると_ICが変化します。ダイオードは、Vの変動を補償するために、エミッタ回路で使用することができる_BEまたはI _COを。使用されるダイオードとトランジスタは、同じ材料であるので、電圧V _Dダイオードの両端は、Vと同じ温度係数を有する_BEトランジスタ。

次の図は、安定化と補償を伴う自己バイアスを示しています。

ダイオードDは、順源Vによって付勢されている_DDと抵抗R _D。温度による_VBEの変化は、温度によるV _Dの変化と同じであるため、量（V _BE – V _D）は一定のままです。したがって、電流I _Cは、_VBEの変動にもかかわらず一定のままです。

Iによる不安定性のためのダイオード報酬_COバリエーション

次の図に示すIの変化の補償のために使用されるダイオードDとトランジスタ増幅器の回路図_CO。

だから、逆方向飽和電流I _Oダイオードのは、トランジスタのコレクタ飽和電流Iと同じ速度で温度とともに増加する_CO。

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

ダイオードDは_VBEによって逆バイアスされ、ダイオードDを流れる電流は逆飽和電流_IOです。

これで、ベース電流は、

$$ I_B = I-I_O $$

コレクタ電流の式に上記の値を代入します。

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

β≫ 1の場合

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

IIあればほぼ一定であり、_OダイオードおよびI _COトランジスタのが動作温度範囲にわたって互いを追跡し、I _Cは一定のままです。

その他の補償

電流の変動を補償するために、ダイオード、トランジスタ、サーミスタ、センサーなどの温度に敏感なデバイスの使用に言及する他の補償技術があります。

この方法には、サーミスタを使用する回路とセンサーを使用する回路の2つの一般的なタイプがあります。それらを見てみましょう。

サーミスタ補償

サーミスタは温度に敏感なデバイスです。負の温度係数があります。サーミスタの抵抗は、温度が下がると増加し、温度が上がると減少します。下の図は、サーミスタ補償付きのセルフバイアスアンプを示しています。

増幅器回路では、温度によるI _CO、V _BE、およびβの変化により、コレクタ電流が増加します。コレクタ電流の増加を最小限に抑えるためにサーミスタが採用されています。温度が上昇すると、抵抗R _Tサーミスタは、抵抗Rを流れる電流を増加させる、減少_E。ここで、R _Eの両端に発生する電圧が増加し、エミッタ接合に逆バイアスがかかります。この逆バイアスは、抵抗の影響をRほど高い₁及びR _2は、低減されますまた、順方向バイアスを提供します。この動作により、コレクタ電流の上昇が減少します。

したがって、サーミスタの温度感度は、温度によって発生するコレクタ電流の増加を補償します。

センサー補償

センサーは、正の温度係数を持つ高濃度にドープされた半導体です。センサーの抵抗は、温度の上昇とともに増加し、温度の低下とともに減少します。下の図は、センサー補償付きのセルフバイアスアンプを示しています。

上記の図では、SensistorはRと並列に配置することができる₁又はRと平行に_E。温度が上昇すると、並列組み合わせ、サーミスタ、およびR ₁の抵抗が増加し、それらの電圧降下も増加します。これは、Rの両端の電圧降下減少₂。この電圧の低下により、正味の順方向エミッタバイアスが減少します。この結果、_ICが低下します。

したがって、センサーを使用することにより、温度によるI _CO、V _BE、およびβの増加によって引き起こされるコレクタ電流の上昇が制御されます。

熱抵抗

トランジスタは温度に依存するデバイスです。トランジスタが動作すると、コレクタ接合に大量の電子が流れるため、大量の熱が発生します。この熱が許容限界を超えてさらに増加すると、接合部、したがってトランジスタが損傷します。

損傷から自身を保護するために、トランジスタは接合部からトランジスタケースに、そしてそこから周囲の外気に熱を放散します。

周囲温度または周囲空気の温度= T _A ^o C

そして、トランジスタのコレクタ-ベース接合部の温度= T _J ^o C

Tとして_J > T _A、差T _J - T _AはPトランジスタで消費される電力よりも大きい_Dが大きくなります。したがって、

$$ T_J-T_A \ propto P_D $$

$$ T_J-T_A = HP_D $$

ここで、Hは比例定数であり、次のように呼ばれます。 Thermal resistance。

熱抵抗は、接合部から周囲の空気への熱の流れに対する抵抗です。Hで表されます。

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

Hの単位は^oC /ワットです。

熱抵抗が低いと、トランジスタから空気への熱伝達が容易になります。トランジスタケースが大きいほど、放熱性が良くなります。これは、ヒートシンクを使用することで実現されます。

ヒートシンク

より大きな電力を処理するトランジスタは、動作中により多くの熱を放散します。この熱が適切に放散されない場合、トランジスタが損傷する可能性があります。したがって、パワートランジスタは一般に大きな金属ケースに取り付けられ、動作中に発生する熱を放射するためのより大きな領域を提供します。

トランジスタからの追加の熱を放散するのに役立つ金属シートは、 heat sink。ヒートシンクの能力は、その材質、体積、面積、形状、ケースとシンク間の接触、およびシンク周辺の空気の動きによって異なります。

ヒートシンクは、これらすべての要素を考慮して選択されます。この画像は、ヒートシンク付きのパワートランジスタを示しています。

上の画像の小さなトランジスタは、その熱を放散するために大きな金属シートに固定されているため、トランジスタが損傷することはありません。

熱暴走

ヒートシンクの使用は、の問題を回避します Thermal Runaway。これは、温度の上昇がさらに温度の上昇につながり、デバイス自体の破壊につながる状況につながる状況です。これは一種の制御不能な正のフィードバックです。

Heat sink考慮事項はそれだけではありません。動作点、周囲温度、使用するトランジスタの種類などの他の要因も、熱暴走を引き起こす可能性があります。