Compensation de biais

Jusqu'à présent, nous avons vu différentes techniques de stabilisation. La stabilisation se produit en raison d'une action de rétroaction négative. La rétroaction négative, bien qu'améliore la stabilité du point de fonctionnement, elle réduit le gain de l'amplificateur.

Le gain de l'amplificateur étant une considération très importante, certaines techniques de compensation sont utilisées pour maintenir une polarisation et une stabilisation thermique excellentes. Passons maintenant à de telles techniques de compensation de biais.

Compensation de diode pour l'instabilité

Ce sont les circuits qui mettent en œuvre des techniques de compensation utilisant des diodes pour faire face à l'instabilité de polarisation. Les techniques de stabilisation font référence à l'utilisation de circuits de polarisation résistifs qui permettent à I B de varier de manière à maintenir I C relativement constant.

Il existe deux types de méthodes de compensation de diode. Ils sont -

  • Compensation de diode pour l'instabilité due à la variation V BE
  • Compensation de diode pour l'instabilité due à la variation I CO

Comprenons ces deux modes de compensation en détail.

Compensation de diode pour l'instabilité due à la variation V BE

Dans un transistor de silicium, les variations de la valeur de V BE entraîne des changements dans I C . Une diode peut être employée dans le circuit émetteur pour compenser les variations de V BE ou I CO . La diode et le transistor utilisés étant du même matériau, la tension V D aux bornes de la diode a le même coefficient de température que V BE du transistor.

La figure suivante montre l'auto-polarisation avec stabilisation et compensation.

La diode D est polarisée en direct par la source V DD et la résistance R D . La variation de V BE avec la température est la même que la variation de V D avec la température, donc la quantité (V BE - V D ) reste constante. Le courant I C reste donc constant malgré la variation de V BE .

Compensation de diode pour l'instabilité due à la variation I CO

La figure suivante montre le schéma électrique d'un amplificateur à transistor avec diode D utilisée pour la compensation de la variation de I CO .

Ainsi, le courant de saturation inverse I O de la diode augmentera avec la température au même rythme que le courant de saturation du collecteur du transistor I CO .

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

La diode D est polarisée en inverse par V BE et le courant qui la traverse est le courant de saturation inverse I O .

Maintenant, le courant de base est,

$$ I_B = I - I_O $$

En remplaçant la valeur ci-dessus dans l'expression pour le courant du collecteur.

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

Si β ≫ 1,

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

Iest presque constant et si I O de la diode et I CO du transistor se suivent sur la plage de température de fonctionnement, alors I C reste constant.

Autres compensations

Il existe d'autres techniques de compensation qui se réfèrent à l'utilisation de dispositifs sensibles à la température tels que diodes, transistors, thermistances, capteurs, etc. pour compenser la variation des courants.

Il existe deux types de circuits courants dans cette méthode, l'un utilisant une thermistance et l'autre utilisant un capteur. Jetons un coup d'œil à eux.

Compensation de thermistance

La thermistance est un appareil sensible à la température. Il a un coefficient de température négatif. La résistance d'une thermistance augmente lorsque la température diminue et elle diminue lorsque la température augmente. La figure ci-dessous montre un amplificateur auto-polarisé avec compensation de thermistance.

Dans un circuit amplificateur, les changements qui se produisent dans I CO , V BE et β avec la température, augmentent le courant du collecteur. Une thermistance est utilisée pour minimiser l'augmentation du courant du collecteur. Lorsque la température augmente, la résistance R T de la thermistance diminue, ce qui augmente le courant à travers elle et la résistance R E . Maintenant, la tension développée aux bornes de R E augmente, ce qui polarise en inverse la jonction de l'émetteur. Cette polarisation inverse est si élevée que l'effet des résistances R 1 et R 2 fournissant une polarisation directe est également réduit. Cette action réduit l'augmentation du courant du collecteur.

Ainsi, la sensibilité à la température de la thermistance compense l'augmentation du courant de collecteur, survenue en raison de la température.

Compensation de capteur

Un Sensistor est un semi-conducteur fortement dopé qui a un coefficient de température positif. La résistance d'un Sensistor augmente avec l'augmentation de la température et diminue avec la diminution de la température. La figure ci-dessous montre un amplificateur auto-polarisé avec compensation Sensistor.

Dans la figure ci - dessus, le Sensistor peut être placé en parallèle avec R 1 ou en parallèle avec R E . Lorsque la température augmente, la résistance de la combinaison parallèle, thermistance et R 1 augmente et leur chute de tension augmente également. Cela diminue la chute de tension sur R 2 . En raison de la diminution de cette tension, la polarisation directe de l'émetteur diminue. En conséquence, I C diminue.

Par conséquent, en utilisant le Sensistor, l'augmentation du courant de collecteur qui est causée par l'augmentation de I CO , V BE et β due à la température, est contrôlée.

Résistance thermique

Le transistor est un appareil dépendant de la température. Lorsque le transistor est actionné, la jonction du collecteur reçoit un flux important d'électrons et produit donc beaucoup de chaleur. Cette chaleur, si elle augmente encore au-delà de la limite admissible, endommage la jonction et donc le transistor.

Afin de se protéger des dommages, le transistor dissipe la chaleur de la jonction vers le boîtier du transistor et de là vers l'air libre qui l'entoure.

Soit, la température ambiante ou la température de l'air ambiant = T A o C

Et, la température de la jonction collecteur-base du transistor = T J o C

Comme T J > T A , la différence T J - T A est plus grande que la puissance dissipée dans le transistor P D sera plus grande. Donc,

$$ T_J - T_A \ propto P_D $$

$$ T_J - T_A = HP_D $$

Où H est la constante de proportionnalité, et est appelé comme Thermal resistance.

La résistance thermique est la résistance au flux de chaleur de la jonction vers l'air environnant. Il est noté H.

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

L'unité de H est o C / watt.

Si la résistance thermique est faible, le transfert de chaleur du transistor dans l'air sera facile. Si le boîtier du transistor est plus grand, la dissipation thermique sera meilleure. Ceci est réalisé par l'utilisation du dissipateur de chaleur.

Dissipateur de chaleur

Le transistor qui gère des puissances plus importantes, dissipe plus de chaleur pendant le fonctionnement. Cette chaleur, si elle n'est pas dissipée correctement, pourrait endommager le transistor. Par conséquent, les transistors de puissance sont généralement montés sur de grands boîtiers métalliques pour fournir une plus grande surface pour obtenir la chaleur rayonnée qui est générée pendant son fonctionnement.

La feuille de métal qui aide à dissiper la chaleur supplémentaire du transistor est connue sous le nom de heat sink. La capacité d'un dissipateur thermique dépend de son matériau, de son volume, de sa surface, de sa forme, du contact entre le boîtier et l'évier et du mouvement de l'air autour de l'évier.

Le dissipateur thermique est sélectionné après avoir pris en compte tous ces facteurs. L'image montre un transistor de puissance avec un dissipateur thermique.

Un minuscule transistor dans l'image ci-dessus est fixé à une feuille de métal plus grande afin de dissiper sa chaleur, de sorte que le transistor ne soit pas endommagé.

Fuite thermique

L'utilisation d'un dissipateur thermique évite le problème de Thermal Runaway. C'est une situation dans laquelle une augmentation de la température conduit à la condition qu'une augmentation supplémentaire de la température entraîne la destruction de l'appareil lui-même. C'est une sorte de rétroaction positive incontrôlable.

Heat sinkn'est pas la seule considération; d'autres facteurs tels que le point de fonctionnement, la température ambiante et le type de transistor utilisé peuvent également provoquer un emballement thermique.