Odszkodowanie za uprzedzenia
Do tej pory widzieliśmy różne techniki stabilizacji. Stabilizacja następuje w wyniku negatywnego sprzężenia zwrotnego. Ujemne sprzężenie zwrotne, choć poprawia stabilność punktu pracy, zmniejsza wzmocnienie wzmacniacza.
Ponieważ wzmocnienie wzmacniacza jest bardzo ważne, stosuje się pewne techniki kompensacji, aby utrzymać doskonałe odchylenie i stabilizację termiczną. Przejdźmy teraz przez takie techniki kompensacji uprzedzeń.
Kompensacja diody dla niestabilności
Są to obwody, które implementują techniki kompensacji wykorzystujące diody do radzenia sobie z niestabilnością polaryzacji. Techniki stabilizacji odnoszą się do stosowania rezystancyjnych obwodów polaryzujących, które pozwalają I B zmieniać się tak, aby utrzymać I C na względnie stałym poziomie.
Istnieją dwa rodzaje metod kompensacji diod. Oni są -
- Kompensacja diody dla niestabilności spowodowanej zmianami V BE
- Kompensacja diody dla niestabilności spowodowanej zmianami I CO
Rozumiemy szczegółowo te dwie metody kompensacji.
Dioda kompensacji niestabilności z powodu V BE Variation
W tranzystorze krzemu, zmiany wartości V BE skutkuje zmianami I C . W obwodzie emitera można zastosować diodę w celu skompensowania zmian V BE lub ICO . Ponieważ zastosowana dioda i tranzystor są z tego samego materiału, napięcie V D na diodzie ma taki sam współczynnik temperaturowy jak V BE tranzystora.
Poniższy rysunek przedstawia błąd własny ze stabilizacją i kompensacją.
Diodę D jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia ze źródłem V DD i rezystora R D . Zmiana V BE z temperaturą jest taka sama jak zmiana V D z temperaturą, stąd wielkość (V BE - V D ) pozostaje stała. Zatem prąd I C pozostaje stały pomimo zmian V BE .
Dioda kompensacji niestabilności z powodu I CO zmienności
Poniższy rysunek przedstawia schemat obwodu wzmacniacza tranzystorowego z diodą D używanej do kompensacji zmian ICO .
Tak więc odwrotnością nasycenia prąd I O diody zwiększa się wraz z temperaturą w tym samym tempie, co kolektora tranzystora nasycenia prąd I CO .
$$ I = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {R} \ cong \ frac {V_ {CC}} {R} = Constant $$
Diodę D jest spolaryzowana zaporowo przez V BE , a prąd płynący przez niego prąd wsteczny jest nasycenie I O .
Teraz prąd bazowy to
$$ I_B = I - I_O $$
Zastępowanie powyższej wartości w wyrażeniu prądem kolektora.
$$ I_C = \ beta (I - I_O) + (1 + \ beta) I_ {CO} $$
Jeśli β ≫ 1,
$$ I_C = \ beta I - \ beta I_O + \ beta I_ {CO} $$
Ijest prawie stała i jeśli I O diody i I CO tranzystora śledzą się wzajemnie w zakresie temperatur pracy, to I C pozostaje stałe.
Inne odszkodowania
Istnieją inne techniki kompensacji, które odnoszą się do stosowania urządzeń wrażliwych na temperaturę, takich jak diody, tranzystory, termistory, czujniki itp., W celu kompensacji zmian prądów.
W tej metodzie istnieją dwa popularne typy obwodów, jeden wykorzystujący termistor, a drugi wykorzystujący czujnik. Przyjrzyjmy się im.
Kompensacja termistora
Termistor to urządzenie wrażliwe na temperaturę. Posiada ujemny współczynnik temperaturowy. Rezystancja termistora rośnie wraz ze spadkiem temperatury i maleje wraz ze wzrostem temperatury. Poniższy rysunek przedstawia wzmacniacz samoczynnego polaryzacji z kompensacją termistora.
W obwodzie wzmacniacza zmiany zachodzące w I CO , V BE i β wraz z temperaturą zwiększają prąd kolektora. W celu zminimalizowania wzrostu prądu kolektora zastosowano termistor. Wraz ze wzrostem temperatury rezystancja R T termistora maleje, co zwiększa prąd przez nią i rezystora R E . Teraz napięcie rozwijane na R E wzrasta, co odwrotnie polaryzuje złącze emitera. To odwrotne odchylenie jest tak wysokie, że efekt rezystorów R 1 i R 2 zapewniających polaryzację w przód również zostaje zmniejszony. To działanie zmniejsza wzrost prądu kolektora.
W ten sposób wrażliwość termistora na temperaturę kompensuje wzrost prądu kolektora spowodowany temperaturą.
Kompensacja sensistora
Sensistor to silnie domieszkowany półprzewodnik o dodatnim współczynniku temperaturowym. Rezystancja sensistora rośnie wraz ze wzrostem temperatury i maleje wraz ze spadkiem temperatury. Poniższy rysunek przedstawia wzmacniacz samoczynnego polaryzacji z kompensacją sensistora.
W powyższej figurze, sensystor mogą być umieszczone równolegle z R 1 lub równolegle z R E . Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta rezystancja połączenia równoległego, termistora i R 1, a także rośnie spadek ich napięcia. Zmniejsza to spadek napięcia na R 2 . Ze względu na spadek tego napięcia zmniejsza się polaryzacja netto emitera w przód. W wyniku tego I C spada.
W związku z tym, stosując w sensystor, wzrost prądu kolektora, które jest powodowane przez wzrost I CO V BE i β ze względu na temperaturę staje się kontrolowane.
Odporność termiczna
Tranzystor jest urządzeniem zależnym od temperatury. Kiedy tranzystor jest włączony, w złączu kolektora dochodzi do dużego przepływu elektronów, a tym samym generuje dużo ciepła. To ciepło, jeśli wzrośnie dalej poza dopuszczalną granicę, uszkodzi złącze, a tym samym tranzystor.
Aby zabezpieczyć się przed uszkodzeniem, tranzystor rozprasza ciepło ze złącza do obudowy tranzystora, a stamtąd do otaczającego go powietrza.
Niech temperatura otoczenia lub temperatura otaczającego powietrza = T A o C
A temperatura połączenia kolektor-baza tranzystora = T J o C
Ponieważ T J > T A , różnica T J - T A jest większa niż moc rozpraszana w tranzystorze P D będzie większa. A zatem,
$$ T_J - T_A \ propto P_D $$
$$ T_J - T_A = HP_D $$
Gdzie H jest stałą proporcjonalności i nazywa się Thermal resistance.
Opór cieplny to odporność na przepływ ciepła ze złącza do otaczającego powietrza. Jest oznaczony przez H.
$$ H = \ frac {T_J - T_A} {P_D} $$
Jednostką H jest o C / wat.
Jeśli opór cieplny jest niski, transfer ciepła z tranzystora do powietrza będzie łatwy. Jeśli obudowa tranzystora jest większa, rozpraszanie ciepła będzie lepsze. Osiąga się to dzięki zastosowaniu radiatora.
Radiator
Tranzystor, który obsługuje większe moce, rozprasza więcej ciepła podczas pracy. Ciepło to, jeśli nie zostanie odpowiednio rozproszone, może uszkodzić tranzystor. W związku z tym tranzystory mocy są zwykle montowane na dużych metalowych obudowach, aby zapewnić większy obszar do wypromieniowywania ciepła, które jest generowane podczas pracy.
Blacha, która pomaga rozproszyć dodatkowe ciepło z tranzystora, jest znana jako heat sink. Zdolność radiatora zależy od jego materiału, objętości, powierzchni, kształtu, kontaktu między obudową a zlewem oraz ruchu powietrza wokół zlewu.
Radiator dobiera się po uwzględnieniu wszystkich tych czynników. Na zdjęciu tranzystor mocy z radiatorem.
Mały tranzystor na powyższym obrazku jest przymocowany do większej blachy w celu rozproszenia ciepła, aby tranzystor nie został uszkodzony.
Thermal Runaway
Zastosowanie radiatora pozwala uniknąć problemu Thermal Runaway. Jest to sytuacja, w której wzrost temperatury prowadzi do stanu, że dalszy wzrost temperatury prowadzi do zniszczenia samego urządzenia. To rodzaj niekontrolowanego pozytywnego sprzężenia zwrotnego.
Heat sinknie jest jedyną kwestią; inne czynniki, takie jak punkt pracy, temperatura otoczenia i typ zastosowanego tranzystora, również mogą powodować niekontrolowany wzrost temperatury.