Dla prawidłowego zastosowania tranzystora w określonym układzie jest konieczne ustalenie jego punktu pracy, tj. spolaryzowanie go odpowiednimi wartościami prądów i napięć stałych. Stabilizacja punktu pracy, to zapewnienie możliwie małych zmian prądu w warunkach bez sygnału użytecznego, niezależnie od rozrzutów parametrów tranzystora, elementów układu, warunków zasilania i temperatury, przez specjalne zaprojektowanie układu. Niestałość punktu pracy może niekorzystnie wpłynąć na jakość urządzenia, a nawet doprowadzić zniszczenia tranzystora. Na rysunku jest przedstawiona zależność prądu kolektora od zewnętrznej, rezystancji i temperatury.

Zależność temperaturowa prądu IC kolektora w układzie z tranzystorem germanowym przy różnych wartościach rezystancji rezystorów zewnętrznych RB i RE w gałęziach bazy i emitera (rbb’ – rezystancja rozproszona).

Bardzo niekorzystny przypadek występuje, gdy RB=0 i RE =0. Przy zwiększonych wymaganiach odnośnie stabilizacji punktu pracy stosuje się elementy o charakterystyce nieli­niowej. Porównanie ich możliwości przedsta­wiono na rysunku:

Zmiany prądu IC kolektora w zależności od temperatury t: 1- dla układu bez stabilizacji, 2 – dla układu z diodową stabilizacją zmian UEB , 3 – dla układu z diodową stabilizacją zmian UEB i ICBO , 4 – dla układu z termistorem.

Szczególnie trudna sytuacja występuje we wzmacniaczu mocy m.cz., w których moc wy­dzielana w kolektorze jest duża (temp. złącza zbliżona do maks.) i rezystancja obwodu kolektora dla składowej stałej jest bardzo mała (np. w układzie transformatorowym), a jednocześnie istnieje potrzeba dużej sprawności układu. Przy nieodpowiednim zaprojektowaniu układu pro­wadzi to do dużych zniekształceń, a nawet nie­stabilności cieplnej.

We wzmacniaczu mocy klasy B z reguły stosuje się stabilizację układu przez zastosowanie elementów o nieliniowej charakterystyce, najczęściej termistorów lub diod półprzewodnikowych:

Sposoby zasilania i stabilizacji obwodu bazy we wzmacniaczach klasy B: a) układ z termistorem, b) układ z diodą.

W układach wielostopniowych małej mocy ze sprzężeniem transformatorowym lub pojemno­ściowym stosuje się stabilizację oddzielnie dla każ­dego stopnia. We wzmacniaczach ze sprzężeniem bezpośrednim, dla których istnieją krytyczne wyma­gania, co do stałości, stosuje się dwu- lub wielo­stopniowe sprzężenie zwrotne dla składowych stałych. Najlepszą stabilizację uzyskuje się we wzmacniaczach różnicowych.

Spośród wielu stosowanych metod kompensacji nieliniowej tytułem przykładu na rysunkach przedstawiono kolejne możliwe rozwiązania układowe. Na rysunku zastosowano termistor o  rezystancji odpowiednio malejącej ze wzrostem temperatury, zmniejszający napięcie UEB potrzebne dla utrzymania stałej wartości prądu kolektora.

Ze względu na rozbieżność pomiędzy charakterystykami temperaturowymi termistora i tranzystora ukształtowanie odpowiedniej charakterystyki wymaga stosowania dodatkowych rezystorów (np. R2),dobieranych indywidualnie. Utrudnia to uzyskanie właściwych charakterystyk szczególnie przy realizacji układu w postaci scalonej, co obok wysokiej ceny termistorów powoduje ograniczenie zastosowań w praktycznie realizowanych układach. Zasadę stabilizacji przy użyciu diody spolaryzowanej w kierunku przewodzenia przedstawiono na rysunku. Wykorzystuje się tu fakt, że własności cieplne diody są podobne do własności cieplnych tranzystora. W układzie z diodą napięcie UB podawane jest na złącze emiterowe tranzystora przez opornik R, co przy odpowiedniej wartości Rg i małych prądach bazy (IB RB<<UD) powoduje, iż zmiany napięcia na złączu emiterowym są prawie identyczne, że zmianami napięcia na diodzie, co w konsekwencji zapewnia dużą stałość, punktu pracy tranzystora. Rezystor RB pozwala jednocześnie na uzyskanie odpowiedniej wartości rezystancji wejściowej wzmacniacza. Szczególnie korzystne własności układu uzyskuje się w przypadku stosowania diod utworzonych przez odpowiednie połączenie elektrod tranzystorów.

W układzie z tranzystorem rezystor RB stanowi dodatkowy element pozwalający kształtować charakterystykę UD(T):

Przy stosowaniu diody spolaryzowanej w kierunku zaporowym  w układzie realizowane jest źródło prądowe I0 o wydajności rosnącej w funkcji temperatury, kompensujące zmiany prądu tranzystora:

rys.6

Układy te stosowane są jedynie w tych przypadkach, gdy dominującym czynnikiem destabilizującym punkt  pracy  tranzystora jest  prąd generacji cieplnej IB, - ma to miejsce przede  wszystkim w  stosowanych  ostatnio coraz  rzadziej  tranzystorach germanowych. 

Najlepsze możliwości ustalenia stabilnego punktu pracy daje objęcie układu pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego dla prądu stałego. Służy do tego człon RE, CE. Dryft napięcia baza-emiter jest wówczas wzmacniany tylko RC/RE razy. Jeżeli oprócz dodatniego napięcia zasilania mamy do dyspozycji również napięcie ujemne, to można zastosować wersję pokazaną na rysunku. Jeżeli przez źródło sygnału może przepływać prąd spoczynkowy ba­zy, to można wybrać napięcie spoczynkowe bazy równe zeru i zrezygnować z dzielnika napięcia na wejściu. Jeżeli sprzężenie zwrotne dla napięć zmiennych jest niepożądane, to kon­densator CE musi zwierać napięcia zmienne w wymaganym zakresie częstot­liwości.

Na rysunku poniżej pokazano jak kondensator CE wpływa na charakterystykę częstotliwościową wzmocnienia, oraz jak wzmocnienie rośnie proporcjonalnie do częstotliwości. Jeżeli chcemy, by ujemne sprzężenie zwrotne działało także dla napięć zmiennych, ale było jednak słabsze niż dla stałego napięcia, to w szereg z kondensatorem CE można włączyć R’E < RE:

Nieliniowe układy zasilania i stabilizacji punktu pracy.

                                        Opracował: Bogacz Bogdan GR EN-21

3