Компенсация смещения

До сих пор мы видели разные методы стабилизации. Стабилизация происходит за счет действия отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь хотя и улучшает стабильность рабочей точки, но снижает коэффициент усиления усилителя.

Поскольку усиление усилителя является очень важным фактором, используются некоторые методы компенсации для поддержания отличного смещения и термостабилизации. Давайте теперь рассмотрим такие методы компенсации смещения.

Диодная компенсация нестабильности

Это схемы, которые реализуют методы компенсации с использованием диодов для борьбы с нестабильностью смещения. Методы стабилизации относятся к использованию резистивных схем смещения, которые позволяют изменять I _B, чтобы поддерживать I _C относительно постоянным.

Существует два типа методов диодной компенсации. Они -

• Диодная компенсация нестабильности из-за изменения V _BE
• Диодная компенсация нестабильности из-за изменения I _CO

Давайте разберемся с этими двумя методами компенсации подробно.

Диод Компенсация за нестабильность из - за V _BE Вариация

В транзисторе кремния, изменения в значении V _BE приводит к изменениям в I _C . В цепи эмиттера может быть использован диод, чтобы компенсировать изменения V _BE или I _CO . Поскольку диод и транзистор изготовлены из одного материала, напряжение V _D на диоде имеет тот же температурный коэффициент, что и V _BE транзистора.

На следующем рисунке показано самосмещение со стабилизацией и компенсацией.

Диод D является смещен в прямом направлении от источника V _DD и резистор R _D . Изменение V _BE с температурой такое же, как изменение V _D с температурой, следовательно, величина (V _BE - V _D ) остается постоянной. Таким образом, ток I _C остается постоянным, несмотря на изменение V _BE .

Диод Компенсация за нестабильность из - за I _CO вариация

На следующем рисунке показана принципиальная схема транзисторного усилителя с диодом D, используемого для компенсации изменения I _CO .

Таким образом, обратный ток насыщения I _O диода будет увеличиваться с температурой с той же скоростью, что и ток насыщения коллектора транзистора I _CO .

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

Диод D смещен в обратном направлении с помощью V _BE и ток через него обратный ток насыщения I _вывода .

Теперь базовый ток равен,

$$ I_B = I - I_O $$

Подставляя указанное выше значение в выражение для тока коллектора.

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

Если β ≫ 1,

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

Iпочти постоянна, и если _IO диода и I _CO транзистора отслеживают друг друга в диапазоне рабочих температур, то I _C остается постоянным.

Прочие компенсации

Существуют и другие методы компенсации, которые относятся к использованию термочувствительных устройств, таких как диоды, транзисторы, термисторы, датчики и т. Д., Для компенсации колебаний токов.

В этом методе есть два популярных типа цепей, в одной из которых используется термистор, а в другом - сенсор. Давайте посмотрим на них.

Компенсация термистора

Термистор - устройство, чувствительное к температуре. Имеет отрицательный температурный коэффициент. Сопротивление термистора увеличивается при понижении температуры и уменьшается при повышении температуры. На рисунке ниже показан усилитель самосмещения с термисторной компенсацией.

В схеме усилителя изменения, которые происходят в I _CO , V _BE и β с температурой, увеличивают ток коллектора. Термистор используется для минимизации увеличения тока коллектора. При повышении температуры, сопротивление R _T термистора уменьшается, что увеличивает ток через него и резистор R _E . Теперь напряжение на R _E увеличивается, что приводит к обратному смещению эмиттерного перехода. Это обратное смещение настолько велико, что влияние резисторов R ₁ и R _2, обеспечивающих прямое смещение, также уменьшается. Это действие снижает рост тока коллектора.

Таким образом, температурная чувствительность термистора компенсирует увеличение тока коллектора, происходящее из-за температуры.

Компенсация сенсора

Сенсистор - это сильно легированный полупроводник с положительным температурным коэффициентом. Сопротивление сенсора увеличивается с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры. На рисунке ниже показан усилитель самосмещения с сенсорной компенсацией.

В приведенном выше рисунке, Sensistor может быть размещен параллельно с R ₁ или параллельно с R _E . При повышении температуры сопротивление параллельной комбинации, термистора и R ₁ увеличивается, а также увеличивается их падение напряжения. Это уменьшает падение напряжения на R ₂ . Из-за уменьшения этого напряжения чистое прямое смещение эмиттера уменьшается. В результате этого I _C уменьшается.

Следовательно, с помощью сенсора можно контролировать повышение тока коллектора, вызванное увеличением I _CO , V _BE и β из-за температуры.

Термическое сопротивление

Транзистор - это устройство, зависящее от температуры. Когда транзистор работает, коллекторный переход получает сильный поток электронов и, следовательно, выделяет много тепла. Это тепло, если оно будет увеличиваться дальше допустимого предела, повредит переход и, следовательно, транзистор.

Чтобы защитить себя от повреждений, транзистор отводит тепло от перехода к корпусу транзистора и оттуда в окружающий его открытый воздух.

Пусть, температура окружающей среды или температура окружающего воздуха = T _A ^o C

И температура перехода коллектор-база транзистора = T _J ^o C

Поскольку T _J > T _A , разница T _J - T _A больше, чем мощность, рассеиваемая в транзисторе P _D, будет больше. Таким образом,

$$ T_J - T_A \ propto P_D $$

$$ T_J - T_A = HP_D $$

Где H - константа пропорциональности и называется Thermal resistance.

Термическое сопротивление - это сопротивление тепловому потоку от перехода к окружающему воздуху. Обозначается H.

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

Единица измерения H составляет ^o C / ватт.

Если тепловое сопротивление низкое, передача тепла от транзистора в воздух будет легкой. Чем больше корпус транзистора, тем лучше будет отвод тепла. Это достигается за счет использования радиатора.

Радиатор

Транзистор с большей мощностью во время работы рассеивает больше тепла. Это тепло, если оно не рассеивается должным образом, может повредить транзистор. Следовательно, силовые транзисторы обычно устанавливаются на больших металлических корпусах, чтобы обеспечить большую площадь для отвода тепла, выделяемого во время его работы.

Металлический лист, который помогает отводить дополнительное тепло от транзистора, известен как heat sink. Способность радиатора зависит от его материала, объема, площади, формы, контакта между корпусом и раковиной и движения воздуха вокруг раковины.

Радиатор выбирается с учетом всех этих факторов. На изображении показан силовой транзистор с радиатором.

Крошечный транзистор на изображении выше прикреплен к большему металлическому листу, чтобы рассеивать его тепло, чтобы транзистор не повредился.

Термический побег

Использование радиатора позволяет избежать Thermal Runaway. Это ситуация, когда повышение температуры приводит к тому, что дальнейшее повышение температуры приводит к разрушению самого устройства. Это своего рода неконтролируемый положительный отзыв.

Heat sinkэто не единственное соображение; другие факторы, такие как рабочая точка, температура окружающей среды и тип используемого транзистора, также могут вызвать тепловой пробой.