偏置补偿

到目前为止，我们已经看到了不同的稳定技术。稳定性是由于负反馈作用引起的。负反馈虽然提高了工作点的稳定性，但也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，因此使用一些补偿技术来保持优良的偏置和热稳定性。现在让我们一起了解一下这些偏置补偿技术。

二极管补偿不稳定性

这些电路使用二极管实现补偿技术，以处理偏置不稳定性。稳定技术指的是使用电阻偏置电路，允许I_B变化以保持I_C相对恒定。

有两种类型的二极管补偿方法。它们是：

由于V_BE变化引起的二极管补偿不稳定性
由于I_CO变化引起的二极管补偿不稳定性

让我们详细了解这两种补偿方法。

由于V_BE变化引起的二极管补偿不稳定性

在硅晶体管中，V_BE值的改变会导致I_C的变化。为了补偿V_BE或I_CO的变化，可以在发射极电路中使用二极管。由于使用的二极管和晶体管是同种材料，因此二极管上的电压V_D与晶体管的V_BE具有相同的温度系数。

下图显示了具有稳定性和补偿的自偏置。

二极管D由电源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(V_BE – V_D)保持恒定。因此，即使V_BE变化，I_C也保持恒定。

由于I_CO变化引起的二极管补偿不稳定性

下图显示了使用二极管D补偿I_CO变化的晶体管放大器的电路图。

因此，二极管的反向饱和电流I_O将随着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由V_BE反向偏置，其电流为反向饱和电流I_O。

现在基极电流为：

$$I_B = I - I_O$$

将上述值代入集电极电流的表达式。

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

如果β ≫ 1，

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

I几乎是恒定的，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，指的是使用温度敏感器件（如二极管、晶体管、热敏电阻、敏敏电阻等）来补偿电流变化。

这种方法中有两种常用的电路，一种使用热敏电阻，另一种使用敏敏电阻。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器件。它具有负温度系数。热敏电阻的电阻在温度降低时会增加，在温度升高时会降低。下图显示了具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随温度的变化会增加集电极电流。使用热敏电阻来最小化集电极电流的增加。随着温度升高，热敏电阻R_T的电阻降低，这会增加通过它的电流和电阻R_E的电流。现在，R_E上产生的电压增加，这反向偏置了发射极结。这种反向偏压非常高，以至于提供正向偏压的电阻R₁和R₂的作用也减弱了。此动作降低了集电极电流的上升。

因此，热敏电阻的温度敏感性补偿了由于温度引起的集电极电流的增加。

敏敏电阻补偿

敏敏电阻是一种重掺杂半导体，具有正温度系数。敏敏电阻的电阻随温度升高而增加，随温度降低而降低。下图显示了具有敏敏电阻补偿的自偏置放大器。

在上图中，敏敏电阻可以并联放置在R₁或R_E上。随着温度升高，并联组合（热敏电阻和R₁）的电阻增加，其电压降也增加。这会降低R₂上的电压降。由于此电压的降低，净正向发射极偏置降低。结果，I_C降低。

因此，通过使用敏敏电阻，可以控制由于I_CO、V_BE和β因温度而增加而引起的集电极电流的上升。

热阻

晶体管是一种依赖于温度的器件。当晶体管工作时，集电极结会产生大量的电子流，因此会产生大量的热量。如果产生的热量超过允许的限度，则会损坏结，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到晶体管外壳，然后从外壳散到周围的空气中。

设周围空气的环境温度 = T_A^oC

以及晶体管集电极-基极结的温度 = T_J^oC

由于T_J > T_A，差值T_J - T_A越大，晶体管中耗散的功率P_D就越大。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。

热阻是从结到周围空气的热流阻力。用H表示。

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

H的单位是^oC/瓦。

如果热阻低，则晶体管向空气的热传递将很容易。如果晶体管外壳更大，则散热效果会更好。这是通过使用散热器实现的。

散热器

处理较大功率的晶体管在运行过程中会散发出更多热量。如果此热量未得到适当的散发，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运动。

选择散热器时需要考虑所有这些因素。该图像显示了一个带散热器的功率晶体管。

上图中微小的晶体管固定在一个较大的金属片上，以散发其热量，防止晶体管损坏。

热失控

使用散热器可以避免热失控问题。这是一种温度升高会导致进一步升高温度，最终导致器件本身被破坏的情况。这是一种不受控制的正反馈。

散热器并非唯一需要考虑的因素；其他因素，如工作点、环境温度和使用的晶体管类型也可能导致热失控。

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