Температурная нестабильность транзисторного каскада существенно зависит от схемы включения транзистора.

На Рис. 6.3. приведены выходные ВАХ транзистора для схем включения с ОБ и ОЭ при различных температурах.

Рис. 6.3. – Выходные ВАХ транзистора при различных температурах ( а – для схемы с ОБ, б – для схемы с ОЭ).

Как следует из Рис. 6.3, приращение тока коллектора I_К0 для схемы с ОЭ существенно больше , следовательно схема с ОЭ по температурной стабильности в  (h_21Э) раз хуже чем схема с ОБ при средних значениях h_21Э50 эффект существенен.

Смещение входных характеристик от изменения температуры можно представить следующим образом (см. Рис. 6.4). Характеристики транзистора смещаются в сторону больших токов (меньших напряжений):

Рис. 6.4 – смещение входных характеристик транзистора от температуры.

Изменение напряжения U_БЭ от температуры записывается в виде:

;

где -2,2 мВ/С.

Этот фактор является доминирующим для кремниевых транзисторов.

Зависимость коэффициента коэффициентов усиления транзисторов (t) или h_21Э представляют в виде;

(1/С)

этот фактор в существенно-меньшей степени оказывает влияние на температурные характеристики транзисторов.

Все эти причины вместе обуславливают смещение рабочей точки покоя в усилителе и нарушение режима работы усилителя. Для избежания этого применяются различные схемные решения. Различают схемы с фиксированным током базы и напряжением база – эмиттер.

Схема с фиксированным током базы имеет вид приведенный на Рис. 6.5:

Рис. 6.5 – схема с фиксированным током базы.

Ток коллектора в точке покоя определяется выражением:

.

Т.к. I_Бп=const, а  - изменяется с изменением температуры, и имеет существенный разброс значений в партии, то для обеспечения постоянства рабочей точки покоя, для различных  необходимо подбирать R_Б, что невозможно осуществить в технологии изготовления электронных схем. По этим причинам данная схема не находит широкого применения.

Схема с фиксированным напряжением U_БЭ имеет вид, приведенный на Рис. 6.6.

Данная схема приведена на Рис. 6.6.

Рис. 6.6 – схема с фиксированным напряжением U_БЭ

В данной схеме напряжение U_БЭ, при условии , можно определить как:

.

Как следует из выражения, U_БЭconst и практически не зависит от I_Б, а следовательно изменение  от температуры и разброса параметров, оказывает существенно меньшее влияние на положение рабочей точки транзистора. Данная схема обладает лучшей температурной стабильностью, по сравнению со схемой с фиксированным I_Б, более технологична, однако обладает меньшим входным сопротивлением.

.

Далее рассмотрим практические схемы температурной стабилизации и температурной компенсации транзисторных каскадов.

6.2. Температурная стабилизация каскадов.

Для температурной стабилизации за основу принимают схему с фиксированным напряжением U_БЭ, и дополняют ее дополнительными стабилизирующими элементами. Один из вариантов термостабилизации за счет резистора R_Э приведен на Рис. 6.7.

Рис. 6.7 – схема температурной стабилизации с помощью резистора R_Э.

Рассмотрим принцип работы данной схемы. Допустим R_Э=0 (получим схему с фиксированным U_БЭ). Предположим, произошло повышение температуры. Под этим действием увеличится ток коллектора и рабочая точка смещается из положения "О" (20С) в положение "О₁" (60С) см. Рис.6.8.

При R_Э0, через него протекает ток коллектора зависящий от температуры, обуславливая падение напряжения на R_Э. С ростом температуры ток I_К и обуславливает потерю напряжения на R_Э полярностью "-" к эмиттеру и "+" к общей шине (точка 0)

Установим напряжение между базой и эмиттером транзистора:

.

Т.к. U₁₀=const, а , то получим:

.

Напряжение U_Rэ с увеличением температуры является запирающим для транзистора и уменьшает ток коллектора I_К. под действием резистора R_Э рабочая точка смещается вниз и занимает положение "О₂" (см. Рис. 6.8).

Рис. 6.8 – изменение положения рабочей точки при температурной