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, она уменьшает усиление усилителя.

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

Диодная компенсация нестабильности

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

Существует два типа методов диодной компенсации. Они —

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

Давайте разберемся в этих двух методах компенсации в деталях.

Диодная компенсация нестабильности из-за вариации V _BE

В кремниевом транзисторе изменения значения V _BE приводят к изменениям I _C. Диод может быть использован в цепи эмиттера для компенсации изменений в V _BE или I _CO . Поскольку используемый 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 показан самоконтроль со стабилизацией и компенсацией.

Диод D смещен в прямом направлении источником V _DD и резистором R _D. Изменение V _BE с температурой такое же, как изменение V _D с температурой, поэтому величина (V _BE — V _D ) остается постоянной. Таким образом, ток I _C остается постоянным, несмотря на изменение V _BE .

Диодная компенсация нестабильности из-за изменения I _CO

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 транзисторного коллектора I _CO .

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

Диод D смещен в обратном направлении V _BE, и ток через него является током обратного насыщения I _O.

Теперь базовый ток

$$I_B = I - I_O$$

Подставляя вышеуказанное значение в выражение для тока коллектора.

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

Если β ≫ 1,

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

I почти постоянен, и если I _O диода и I _CO транзистора отслеживают друг друга в диапазоне рабочих температур, то I _C остается постоянным.

Другие компенсации

Существуют и другие методы компенсации, которые относятся к использованию чувствительных к температуре устройств, таких как диоды, транзисторы, термисторы, сенсоры и т. Д., Для компенсации изменений токов.

В этом методе есть два популярных типа схем, один с использованием термистора, а другой с использованием сенсора. Давайте посмотрим на них.

Компенсация термистора

Термистор является чувствительным к температуре устройством. Имеет отрицательный температурный коэффициент. Сопротивление термистора увеличивается при понижении температуры и уменьшается при повышении температуры. На приведенном ниже рисунке показан усилитель смещения 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. По мере повышения температуры сопротивление R _T термистора уменьшается, что увеличивает ток через него и резистор R _E. Теперь напряжение, развиваемое через R _E, увеличивается, что приводит к обратному смещению соединения эмиттера. Это обратное смещение настолько велико, что влияние резисторов R ₁ и R _2, обеспечивающих прямое смещение, также уменьшается. Это действие уменьшает рост тока коллектора.

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

Компенсация сенсора

Сенсор — это сильно легированный полупроводник с положительным температурным коэффициентом. Сопротивление сенсора увеличивается с увеличением температуры и уменьшается с уменьшением температуры. На рисунке ниже показан усилитель смещения с самоконтролем.

На приведенном выше рисунке датчик может быть расположен параллельно с R ₁ или параллельно с R _E. По мере увеличения температуры сопротивление параллельной комбинации, термистора и R ₁ увеличивается, и их падение напряжения также увеличивается. Это уменьшает падение напряжения на R ₂ . Из-за уменьшения этого напряжения чистое прямое смещение излучателя уменьшается. В результате этого I _C уменьшается.

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

Термостойкость

Транзистор является температурно-зависимым устройством. Когда транзистор работает, коллекторное соединение получает большой поток электронов и, следовательно, выделяет много тепла. Это тепло, если оно увеличивается дальше допустимого предела, повреждает соединение и, следовательно, транзистор.

Чтобы защитить себя от повреждений, транзистор отводит тепло от места соединения с корпусом транзистора и оттуда на окружающий его открытый воздух.

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

И, температура коллектор-база — перехода транзистора Т = _J ^° С

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 — это коэффициент пропорциональности, и он называется термическим сопротивлением .

Тепловое сопротивление — это сопротивление тепловому потоку от соединения к окружающему воздуху. Обозначается H.

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

Единица Н составляет ^o С / ватт.

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

Радиатор

Транзистор, который обрабатывает большие мощности, рассеивает больше тепла во время работы. Это тепло, если оно не рассеивается должным образом, может повредить транзистор. Следовательно, силовые транзисторы, как правило, устанавливаются на больших металлических корпусах, чтобы обеспечить большую площадь для получения тепла, выделяемого во время его работы.

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

Радиатор выбирается после рассмотрения всех этих факторов. На рисунке показан силовой транзистор с радиатором.

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

Тепловой побег

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

Радиатор не единственное соображение; другие факторы, такие как рабочая точка, температура окружающей среды и тип используемого транзистора, также могут вызывать тепловое отклонение.