偏置補償

到目前為止，我們已經看到了不同的穩定技術。穩定性是由於負反饋作用引起的。負反饋雖然提高了工作點的穩定性，但也降低了放大器的增益。

由於放大器的增益是一個非常重要的考慮因素，因此使用一些補償技術來保持優良的偏置和熱穩定性。現在讓我們一起了解一下這些偏置補償技術。

二極體補償不穩定性

這些電路使用二極體實現補償技術，以處理偏置不穩定性。穩定技術指的是使用電阻偏置電路，允許I_B變化以保持I_C相對恆定。

有兩種型別的二極體補償方法。它們是：

由於V_BE變化引起的二極體補償不穩定性
由於I_CO變化引起的二極體補償不穩定性

讓我們詳細瞭解這兩種補償方法。

由於V_BE變化引起的二極體補償不穩定性

在矽電晶體中，V_BE值的改變會導致I_C的變化。為了補償V_BE或I_CO的變化，可以在發射極電路中使用二極體。由於使用的二極體和電晶體是同種材料，因此二極體上的電壓V_D與電晶體的V_BE具有相同的溫度係數。

下圖顯示了具有穩定性和補償的自偏置。

二極體D由電源V_DD和電阻R_D正向偏置。V_BE隨溫度的變化與V_D隨溫度的變化相同，因此(V_BE – V_D)保持恆定。因此，即使V_BE變化，I_C也保持恆定。

由於I_CO變化引起的二極體補償不穩定性

下圖顯示了使用二極體D補償I_CO變化的電晶體放大器的電路圖。

因此，二極體的反向飽和電流I_O將隨著溫度以與電晶體集電極飽和電流I_CO相同的速率增加。

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

二極體D由V_BE反向偏置，其電流為反向飽和電流I_O。

現在基極電流為：

$$I_B = I - I_O$$

將上述值代入集電極電流的表示式。

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

如果β ≫ 1，

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

I幾乎是恆定的，如果二極體的I_O和電晶體的I_CO在工作溫度範圍內相互跟蹤，則I_C保持恆定。

其他補償

還有其他補償技術，指的是使用溫度敏感器件（如二極體、電晶體、熱敏電阻、敏敏電阻等）來補償電流變化。

這種方法中有兩種常用的電路，一種使用熱敏電阻，另一種使用敏敏電阻。讓我們來看看它們。

熱敏電阻補償

熱敏電阻是一種溫度敏感器件。它具有負溫度係數。熱敏電阻的電阻在溫度降低時會增加，在溫度升高時會降低。下圖顯示了具有熱敏電阻補償的自偏置放大器。

在放大器電路中，I_CO、V_BE和β隨溫度的變化會增加集電極電流。使用熱敏電阻來最小化集電極電流的增加。隨著溫度升高，熱敏電阻R_T的電阻降低，這會增加透過它的電流和電阻R_E的電流。現在，R_E上產生的電壓增加，這反向偏置了發射極結。這種反向偏壓非常高，以至於提供正向偏壓的電阻R₁和R₂的作用也減弱了。此動作降低了集電極電流的上升。

因此，熱敏電阻的溫度敏感性補償了由於溫度引起的集電極電流的增加。

敏敏電阻補償

敏敏電阻是一種重摻雜半導體，具有正溫度係數。敏敏電阻的電阻隨溫度升高而增加，隨溫度降低而降低。下圖顯示了具有敏敏電阻補償的自偏置放大器。

在上圖中，敏敏電阻可以並聯放置在R₁或R_E上。隨著溫度升高，並聯組合（熱敏電阻和R₁）的電阻增加，其電壓降也增加。這會降低R₂上的電壓降。由於此電壓的降低，淨正向發射極偏置降低。結果，I_C降低。

因此，透過使用敏敏電阻，可以控制由於I_CO、V_BE和β因溫度而增加而引起的集電極電流的上升。

熱阻

電晶體是一種依賴於溫度的器件。當電晶體工作時，集電極結會產生大量的電子流，因此會產生大量的熱量。如果產生的熱量超過允許的限度，則會損壞結，從而損壞電晶體。

為了保護自己免受損壞，電晶體將熱量從結散到電晶體外殼，然後從外殼散到周圍的空氣中。

設周圍空氣的環境溫度 = T_A^oC

以及電晶體集電極-基極結的溫度 = T_J^oC

由於T_J > T_A，差值T_J - T_A越大，電晶體中耗散的功率P_D就越大。因此，

$$T_J - T_A \propto P_D$$

$$T_J - T_A = HP_D$$

其中H是比例常數，稱為熱阻。

熱阻是從結到周圍空氣的熱流阻力。用H表示。

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

H的單位是^oC/瓦。

如果熱阻低，則電晶體向空氣的熱傳遞將很容易。如果電晶體外殼更大，則散熱效果會更好。這是透過使用散熱器實現的。

散熱器

處理較大功率的電晶體在執行過程中會散發出更多熱量。如果此熱量未得到適當的散發，可能會損壞電晶體。因此，功率電晶體通常安裝在大型金屬外殼上，以提供更大的面積來散發其執行過程中產生的熱量。

有助於散發電晶體額外熱量的金屬片稱為散熱器。散熱器的能力取決於其材料、體積、面積、形狀、外殼和散熱器之間的接觸以及散熱器周圍的空氣運動。

選擇散熱器時需要考慮所有這些因素。該影像顯示了一個帶散熱器的功率電晶體。

上圖中微小的電晶體固定在一個較大的金屬片上，以散發其熱量，防止電晶體損壞。

熱失控

使用散熱器可以避免熱失控問題。這是一種溫度升高會導致進一步升高溫度，最終導致器件本身被破壞的情況。這是一種不受控制的正反饋。

散熱器並非唯一需要考慮的因素；其他因素，如工作點、環境溫度和使用的電晶體型別也可能導致熱失控。

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