Compensazione di pregiudizi
Finora abbiamo visto diverse tecniche di stabilizzazione. La stabilizzazione avviene a causa di un'azione di feedback negativo. Il feedback negativo, sebbene migliori la stabilità del punto di lavoro, riduce il guadagno dell'amplificatore.
Poiché il guadagno dell'amplificatore è una considerazione molto importante, vengono utilizzate alcune tecniche di compensazione per mantenere un'eccellente polarizzazione e stabilizzazione termica. Esaminiamo ora queste tecniche di compensazione dei pregiudizi.
Compensazione del diodo per instabilità
Questi sono i circuiti che implementano tecniche di compensazione utilizzando diodi per affrontare l'instabilità di polarizzazione. Le tecniche di stabilizzazione si riferiscono all'uso di circuiti di polarizzazione resistivi che permettono a I B di variare in modo da mantenere I C relativamente costante.
Esistono due tipi di metodi di compensazione dei diodi. Sono -
- Compensazione del diodo per instabilità dovuta alla variazione di V BE
- Compensazione del diodo per instabilità dovuta alla variazione di ICO
Cerchiamo di capire questi due metodi di compensazione in dettaglio.
Compensazione del diodo per instabilità dovuta alla variazione V BE
In un transistore del silicone, le variazioni del valore di V BE risultati nei cambiamenti di I C . Un diodo può essere impiegato nel circuito emettitore per compensare le variazioni di V BE o I CO . Poiché il diodo e il transistor utilizzati sono dello stesso materiale, la tensione V D ai capi del diodo ha lo stesso coefficiente di temperatura di V BE del transistor.
La figura seguente mostra l'auto-polarizzazione con stabilizzazione e compensazione.
Il diodo D è polarizzato direttamente dalla sorgente V DD e il resistore R D . La variazione di V BE con la temperatura è uguale alla variazione di V D con la temperatura, quindi la quantità (V BE - V D ) rimane costante. Quindi la corrente I C rimane costante nonostante la variazione di V BE .
Compensazione del diodo per instabilità dovuta alla variazione I CO
La figura seguente mostra lo schema circuitale di un amplificatore a transistor con diodo D utilizzato per la compensazione della variazione di I CO .
Quindi, la corrente di saturazione inversa I O del diodo aumenterà con la temperatura alla stessa velocità della corrente di saturazione del collettore del transistor I CO .
$$ I = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {R} \ cong \ frac {V_ {CC}} {R} = Costante $$
Il diodo D è inversa polarizzato con V BE e la corrente che lo attraversa è la corrente di saturazione inversa I O .
Ora la corrente di base è,
$$ I_B = I - I_O $$
Sostituendo il valore precedente nell'espressione per la corrente del collettore.
$$ I_C = \ beta (I - I_O) + (1 + \ beta) I_ {CO} $$
Se β ≫ 1,
$$ I_C = \ beta I - \ beta I_O + \ beta I_ {CO} $$
Iè quasi costante e se I O del diodo e I CO del transistor si inseguono l'un l'altro nell'intervallo di temperatura di esercizio, allora I C rimane costante.
Altri compensi
Esistono altre tecniche di compensazione che fanno riferimento all'uso di dispositivi termosensibili come diodi, transistor, termistori, sensori, ecc. Per compensare la variazione delle correnti.
Esistono due tipi popolari di circuiti in questo metodo, uno che utilizza un termistore e l'altro che utilizza un Sensistor. Diamo un'occhiata a loro.
Compensazione del termistore
Il termistore è un dispositivo sensibile alla temperatura. Ha un coefficiente di temperatura negativo. La resistenza di un termistore aumenta quando la temperatura diminuisce e diminuisce quando la temperatura aumenta. La figura seguente mostra un amplificatore autobias con compensazione del termistore.
In un circuito amplificatore, i cambiamenti che si verificano in I CO , V BE e β con la temperatura, aumentano la corrente del collettore. Il termistore viene utilizzato per ridurre al minimo l'aumento della corrente del collettore. Quando la temperatura aumenta, la resistenza R T del termistore diminuisce, il che aumenta la corrente attraverso di esso e il resistore R E . Ora, la tensione sviluppata attraverso R E aumenta, il che polarizza inversamente la giunzione dell'emettitore. Questa polarizzazione inversa è così alta che viene ridotto anche l'effetto dei resistori R 1 e R 2 che forniscono polarizzazione diretta. Questa azione riduce l'aumento della corrente del collettore.
Pertanto la sensibilità alla temperatura del termistore compensa l'aumento della corrente del collettore, avvenuto a causa della temperatura.
Compensazione Sensistor
Un Sensistor è un semiconduttore fortemente drogato che ha un coefficiente di temperatura positivo. La resistenza di un Sensistor aumenta con l'aumento della temperatura e diminuisce con la diminuzione della temperatura. La figura seguente mostra un amplificatore autobias con compensazione Sensistor.
Nella figura sopra, la Sensistor può essere posta in parallelo con R 1 o parallelamente ad R E . All'aumentare della temperatura, la resistenza della combinazione parallela, del termistore e di R 1 aumenta e anche la loro caduta di tensione aumenta. Ciò riduce la caduta di tensione su R 2 . A causa della diminuzione di questa tensione, la polarizzazione dell'emettitore diretto netto diminuisce. Come risultato di ciò, I C diminuisce.
Quindi, impiegando il Sensistor, viene controllato l'aumento della corrente del collettore che è causato dall'aumento di I CO , V BE e β dovuto alla temperatura.
Resistenza termica
Il transistor è un dispositivo dipendente dalla temperatura. Quando il transistor viene azionato, la giunzione del collettore riceve un flusso elevato di elettroni e quindi ha molto calore generato. Questo calore se aumentato ulteriormente oltre il limite consentito, danneggia la giunzione e quindi il transistor.
Per proteggersi dai danni, il transistor dissipa il calore dalla giunzione alla custodia del transistor e da qui all'aria aperta che lo circonda.
Sia la temperatura ambiente o la temperatura dell'aria circostante = T A o C
E la temperatura della giunzione collettore-base del transistor = T J o C
Poiché T J > T A , la differenza T J - T A è maggiore della potenza dissipata nel transistor P D sarà maggiore. Quindi,
$$ T_J - T_A \ propto P_D $$
$$ T_J - T_A = HP_D $$
Dove H è la costante di proporzionalità ed è chiamato come Thermal resistance.
La resistenza termica è la resistenza al flusso di calore dalla giunzione all'aria circostante. È indicato con H.
$$ H = \ frac {T_J - T_A} {P_D} $$
L'unità di H è o C / watt.
Se la resistenza termica è bassa, il trasferimento di calore dal transistor nell'aria sarà facile. Se la custodia del transistor è più grande, la dissipazione del calore sarà migliore. Ciò si ottiene utilizzando il dissipatore di calore.
Radiatore
Il transistor che gestisce potenze maggiori, dissipa più calore durante il funzionamento. Questo calore se non dissipato correttamente, potrebbe danneggiare il transistor. Quindi i transistor di potenza sono generalmente montati su grandi custodie metalliche per fornire un'area più ampia per ottenere il calore irradiato che viene generato durante il suo funzionamento.
Il foglio di metallo che aiuta a dissipare il calore aggiuntivo dal transistor è noto come heat sink. La capacità di un dissipatore di calore dipende dal suo materiale, volume, area, forma, contatto tra case e dissipatore e dal movimento dell'aria attorno al dissipatore.
Il dissipatore di calore viene selezionato dopo aver considerato tutti questi fattori. L'immagine mostra un transistor di potenza con un dissipatore di calore.
Un piccolo transistor nell'immagine sopra è fissato a un foglio di metallo più grande per dissipare il suo calore, in modo che il transistor non venga danneggiato.
Thermal Runaway
L'uso del dissipatore di calore evita il problema di Thermal Runaway. È una situazione in cui un aumento della temperatura porta alla condizione che un ulteriore aumento della temperatura, porta alla distruzione del dispositivo stesso. Questo è un tipo di feedback positivo incontrollabile.
Heat sinknon è l'unica considerazione; anche altri fattori come il punto di funzionamento, la temperatura ambiente e il tipo di transistor utilizzato possono causare un instabilità termica.