偏置补偿

到目前为止，我们已经看到了不同的稳定技术。稳定是由于负反馈作用而发生的。负反馈虽然提高了工作点的稳定性，但它降低了放大器的增益。

由于放大器的增益是一个非常重要的考虑因素，因此使用了一些补偿技术来保持出色的偏置和热稳定性。现在让我们来了解一下这种偏置补偿技术。

二极管补偿不稳定性

这些电路使用二极管来实现补偿技术来处理偏置不稳定性。稳定技术是指使用电阻偏置电路，允许 I_B 变化，从而保持 I_C 相对恒定。

有两种类型的二极管补偿方法。它们是 −

• 二极管补偿因 V_BE 变化引起的不稳定性
• 二极管补偿因 I_CO 变化引起的不稳定性

让我们详细了解这两种补偿方法。

二极管补偿因 V_BE 变化引起的不稳定性

在硅晶体管中，V_BE 值的变化会导致 I_C 的变化。可以在发射极电路中使用二极管来补偿 V_BE 或 I_CO 的变化。由于所用的二极管和晶体管采用相同的材​​料，二极管两端的电压 V_D 具有与晶体管的 V_BE 相同的温度系数。

下图显示了具有稳定和补偿的自偏置。

二极管 D 由源 V_DD 和电阻 R_D 正向偏置。V_BE 随温度的变化与 V_D 随温度的变化相同，因此量 (V_BE – V_D) 保持不变。因此，尽管 V_BE 发生变化，电流 I_C 仍保持恒定。

二极管补偿 I_CO 变化引起的不稳定性

下图显示了晶体管放大器的电路图，二极管 D 用于补偿 I_CO 的变化。

因此，二极管的反向饱和电流 I_O 将随温度以与晶体管集电极饱和电流 I_CO 相同的速率增加。

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

二极管 D 反向偏置V_BE，流过它的电流为反向饱和电流 I_O。

现在基极电流为，

$$I_B = I - I_O$$

在集电极电流表达式中代入上述值。

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

If β ≫ 1,

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

I 几乎恒定，如果二极管的 I_O 和晶体管的 I_CO 在工作温度范围内相互跟踪，则 I_C 保持恒定。

其他补偿

还有其他补偿技术，指的是使用二极管、晶体管、热敏电阻、Sensistors 等温度敏感设备来补偿电流的变化。

这种方法有两种流行的电路类型，一种使用热敏电阻，另一种使用 Sensistor。让我们来看看它们。

热敏电阻补偿

热敏电阻是一种温度敏感设备。它具有负温度系数。温度降低时，热敏电阻的电阻增大，温度升高时，电阻减小。下图显示了带有热敏电阻补偿的自偏置放大器。

在放大器电路中，I_CO、V_BE 和 β 随温度变化而发生的变化会增加集电极电流。使用热敏电阻可以最大程度地减少集电极电流的增加。随着温度升高，热敏电阻的电阻 R_T 会减小，从而增加流过热敏电阻和电阻 R_E 的电流。现在，R_E 上产生的电压会增加，从而反向偏置发射极结。这种反向偏置非常高，以至于电阻 R₁ 和 R₂ 提供的正向偏置的效果也会降低。此动作可降低集电极电流的上升。

因此，热敏电阻的温度灵敏度可补偿由于温度而导致的集电极电流的增加。

Sensistor 补偿

Sensistor 是一种具有正温度系数的重掺杂半导体。Sensistor 的电阻随温度升高而增大，随温度降低而减小。下图显示了带有 Sensistor 补偿的自偏置放大器。

在上图中，Sensistor 可以与 R₁ 并联或与 R_E 并联。随着温度升高，并联组合（热敏电阻和 R₁）的电阻增大，其压降也增大。这会降低 R₂ 上的压降。由于该电压的降低，净正向发射极偏置也随之降低。结果，I_C 下降。

因此，通过使用 Sensistor，可以控制由于温度导致 I_CO、V_BE 和 β 增加而引起的集电极电流上升。

热阻

晶体管是一种温度相关器件。当晶体管运行时，集电极结会有大量电子流动，因此会产生大量热量。如果这种热量进一步超过允许的极限，就会损坏结，从而损坏晶体管。

为了保护自己免受损坏，晶体管将热量从结散发到晶体管外壳，再从那里散发到周围的空气中。

假设环境温度或周围空气的温度 = T_A^oC

并且，晶体管集电极-基极结的温度 = T_J^oC

由于 T_J > T_A，差值 T_J - T_A 大于晶体管中耗散的功率 P_D 将更大。因此，

$$T_J - T_A \propto P_D$$

$$T_J - T_A = HP_D$$

其中 H 是比例常数，称为热阻。

热阻是从结点到周围空气的热量流动阻力。它用 H 表示。

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

H 的单位是 ^oC/瓦。

如果热阻低，热量从晶体管传递到空气中就会很容易。如果晶体管外壳较大，散热效果会更好。这是通过使用散热器实现的。

散热器

处理更大功率的晶体管在运行过程中会散发更多热量。如果这些热量没有正确消散，可能会损坏晶体管。因此，功率晶体管通常安装在大型金属外壳上，以提供更大的面积来散发其运行过程中产生的热量。

有助于散发晶体管额外热量的金属片称为散热器。散热器的能力取决于其材料、体积、面积、形状、外壳和散热器之间的接触以及散热器周围的空气流动。

选择散热器时要考虑所有这些因素。图像显示了一个带有散热器的功率晶体管。

上图中的微型晶体管固定在较大的金属板上，以便散发热量，这样晶体管就不会损坏。

热失控

使用散热器可避免热失控的问题。这是一种温度升高导致温度进一步升高，从而导致设备本身损坏的情况。这是一种无法控制的正反馈。

散热器并不是唯一的考虑因素；其他因素（如工作点、环境温度和所用晶体管的类型）也可能导致热失控。