Amplifiers-bias-compensation
バイアス補正
これまで、さまざまな安定化手法を見てきました。 安定化は、負のフィードバックアクションにより発生します。 負帰還により、動作点の安定性は向上しますが、アンプのゲインが低下します。
アンプのゲインは非常に重要な考慮事項であるため、優れたバイアスと熱安定化を維持するためにいくつかの補償技術が使用されます。 次に、このようなバイアス補正テクニックを見てみましょう。
不安定性に対するダイオード補償
これらは、ダイオードを使用してバイアスの不安定性に対処する補償技術を実装する回路です。 安定化技術とは、I〜C〜を比較的一定に保つためにI〜B〜を変化させる抵抗バイアス回路の使用を指します。
ダイオード補償方法には2つのタイプがあります。 彼らは-
- V〜BE〜変動による不安定性に対するダイオード補償
- I〜CO〜変動による不安定性に対するダイオード補償
これら2つの補正方法を詳細に理解しましょう。
V〜BE〜変動による不安定性に対するダイオード補償
シリコントランジスタでは、V〜BE〜の値が変化すると、I〜C〜が変化します。 V〜BE〜またはI〜CO〜の変動を補償するために、エミッタ回路にダイオードを使用できます。 使用されるダイオードとトランジスタは同じ材料であるため、ダイオード両端の電圧V〜D〜は、トランジスタのV〜BE〜と同じ温度係数を持ちます。
次の図は、安定化と補償を伴う自己バイアスを示しています。
ダイオードDは、ソースV〜DD〜と抵抗R〜D〜によって順方向にバイアスされます。 温度によるV〜BE〜の変動は、温度によるV〜D〜の変動と同じであるため、量（V〜BE〜– V〜D〜）は一定のままです。 したがって、電流I〜C〜は、V〜BE〜の変動にもかかわらず一定のままです。
I〜CO〜変動による不安定性に対するダイオード補償
次の図は、I〜CO〜の変動の補償に使用されるダイオードDを備えたトランジスタ増幅器の回路図を示しています。
したがって、ダイオードの逆飽和電流I〜O〜は、トランジスタのコレクタ飽和電流I〜CO〜と同じ速度で温度とともに増加します。
I = \ frac \ {V _ \ {CC}-V _ \ {BE}} \ {R} \ cong \ frac \ {V _ \ {CC}} \ {R} = Constant
ダイオードDはV〜BE〜によって逆バイアスされ、そこを流れる電流は逆飽和電流I〜O〜です。
今、ベース電流は
I_B = I-I_O
コレクタ電流の式に上記の値を代入します。
I_C = \ beta（I-I_O）+（1 + \ beta）I _ \ {CO}
β＆Gt;の場合1、
I_C = \ beta I-\ beta I_O + \ beta I _ \ {CO}
*I* はほぼ一定であり、ダイオードのI〜O〜とトランジスタのI〜CO〜が動作温度範囲にわたって互いに追従する場合、I〜C〜は一定のままです。その他の補償
ダイオード、トランジスタ、サーミスタ、Sensistorなどの温度に敏感なデバイスの使用を参照する他の補償技術があります。 電流の変動を補償します。
この方法には2つの一般的なタイプの回路があります。1つはサーミスタを使用し、もう1つはSensistorを使用します。 それらを見てみましょう。
サーミスタ補償
サーミスタは温度に敏感なデバイスです。 負の温度係数があります。 サーミスタの抵抗は、温度が下がると増加し、温度が上がると減少します。 以下の図は、サーミスタ補償付きの自己バイアス増幅器を示しています。
増幅器回路では、I〜CO〜、V〜BE〜、およびβで温度が変化すると、コレクタ電流が増加します。 コレクタ電流の増加を最小限に抑えるためにサーミスタが採用されています。 温度が上昇すると、サーミスタの抵抗R〜T〜が減少し、サーミスタと抵抗R〜E〜を流れる電流が増加します。 これで、R〜E〜の両端に発生する電圧が増加し、エミッタ接合部に逆バイアスがかかります。 この逆バイアスは非常に高いため、抵抗R〜1〜およびR〜2〜による順方向バイアスの影響も減少します。 この動作により、コレクタ電流の上昇が抑えられます。
したがって、サーミスタの温度感度は、温度に起因するコレクタ電流の増加を補償します。
センシスター補償
Sensistorは、正の温度係数を持つ高濃度ドープ半導体です。 Sensistorの抵抗は、温度が上昇すると増加し、温度が低下すると減少します。 以下の図は、Sensistor補償付きの自己バイアス増幅器を示しています。
上の図では、SensistorはR〜1〜と並行して、またはR〜E〜と並行して配置できます。 温度が上昇すると、並列の組み合わせ、サーミスタ、R〜1〜の抵抗が増加し、電圧降下も増加します。 これにより、R〜2〜での電圧降下が減少します。 この電圧の減少により、正味の順方向エミッタバイアスが減少します。 この結果、I〜C〜は減少します。
したがって、Sensistorを使用することにより、温度によるI〜CO〜、V〜BE〜、βの増加によって引き起こされるコレクター電流の上昇が制御されます。
熱抵抗
トランジスタは温度依存デバイスです。 トランジスタが動作すると、コレクタ接合部に大量の電子が流れるため、多くの熱が発生します。 この熱は、許容限度を超えてさらに増加すると、接合部、したがってトランジスタに損傷を与えます。
損傷から自身を保護するために、トランジスタは接合部からトランジスタケースに熱を放散し、そこから周囲の外気に放散します。
周囲温度または周囲の空気の温度= T〜A〜^ o ^ C
そして、トランジスタのコレクタ-ベース接合部の温度= T〜J〜^ o ^ C
T〜J〜> T〜A〜であるため、差T〜J〜-T〜A〜は、トランジスタP〜D〜で消費される電力よりも大きくなります。 したがって、
T_J-T_A \ propto P_D
T_J-T_A = HP_D
ここで、Hは比例定数で、*熱抵抗*と呼ばれます。
熱抵抗は、接合部から周囲の空気への熱の流れに対する抵抗です。 Hで示されます。
H = \ frac \ {T_J-T_A} \ {P_D}
Hの単位は^ o ^ C/wattです。
熱抵抗が低い場合、トランジスタから空気への熱の伝達は容易になります。 トランジスタのケースが大きい場合、熱放散は良くなります。 これは、ヒートシンクの使用により達成されます。
ヒートシンク
より大きな電力を処理するトランジスタは、動作中により多くの熱を放散します。 この熱が適切に放散されないと、トランジスタが損傷する可能性があります。 そのため、パワートランジスタは一般に大きな金属ケースに取り付けられ、動作中に発生する熱を放散するための大きな領域を提供します。
トランジスタからの追加の熱を放散するのに役立つ金属シートは、*ヒートシンク*として知られています。 ヒートシンクの能力は、その材料、体積、面積、形状、ケースとシンク間の接触、およびシンク周辺の空気の動きに依存します。
ヒートシンクは、これらすべての要因を考慮して選択されます。 画像は、ヒートシンク付きのパワートランジスタを示しています。
上の画像の小さなトランジスタは、熱を放散するために大きな金属シートに固定されているため、トランジスタが損傷することはありません。
熱暴走
ヒートシンクを使用すると、*熱暴走*の問題を回避できます。 温度が上昇すると、さらに温度が上昇し、デバイス自体が破壊されるという状況になります。 これは一種の制御不能な正のフィードバックです。
- ヒートシンク*だけが考慮事項ではありません。動作点、周囲温度、使用されているトランジスタのタイプなどの他の要因も、熱暴走の原因になります。
