Рис. 4.19.Выходные характеристики транзистора при различных температурах
Из рисунка видно, что с повышением температуры не только увеличивается коллекторный ток Iк, но и увеличивается наклон (крутизна) выходных характеристик. Для температурной стабилизации режима работы транзисторов вводят цепи обратной связи, а также применяют алюминиевые или медные радиаторы с большой поверхностью охлаждения.
4.3.5. Анализ усилительных каскадов
По схеме усилителя к электронной сирене (рис. 3.31) проанализируем основные параметры первого каскада - простейшего усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером. Так, в цепи эмиттера у него отсутствует резистор для стабилизации режима работы, такой каскад вносил бы большие искажения. Здесь задача стабилизации режима работы каскада решена путем использования обратной отрицательной связи (ООС) по постоянному и переменному току.
В усилительных каскадах без стабилизирующего резистора в цепи эмиттера параметры усилителя можно определить по формулам:
1. Коэффициент усиления по напряжению:
К = Iк∙Rк/Uт,
где Uт - термический потенциал. При комнатной температуре Uт = 25,5 мВ.
Входное сопротивление:
Rвx = Rбэ = h21э∙Uт/Iк,
где Rбэ - сопротивление участка база-эмиттер транзистора; h21э - статический коэффициент передачи тока транзистора.
3. Выходное сопротивление:
Rвx = Rк∙Rкэ/(Rк + Rкэ),
где Rкэ - сопротивление участка коллектор-эмиттер транзистора.
Обычно Rкэ >> Rк. Taк, при токе коллектора в 1 мА типовое значение Rкэ примерно равно 100 кОм, а при токе 200 мкА оно равно примерно 500 кОм.
Необходимо помнить, что внутреннее сопротивление источника сигнала r и входное сопротивление транзистора Rвx образуют делитель напряжения и напряжение источника сигнала будет распределяться между этими сопротивлениями. Надо учитывать и то, что сопротивление нагрузки усилителя (например, входное сопротивление следующего каскада) подключено по переменному току (сигналу) параллельно с Rк и Rкэ.
Значительно чаще находит применение схема с общим эмиттером и ООС по току (в цепи эмиттера имеется резистор Rэ). Так, второй и третий каскады усилителя "электронного уха" выполнены именно по этой схеме.
1. Коэффициент усиления такого каскада:
где S = Iк/Uт - крутизна передаточной характеристики.
При увеличении сопротивления резистора Rэ увеличивается глубина ООС и К -> Rк/Rэ, а при уменьшении К -> Iк∙Rк/Uт.
Если вычислить коэффициент усиления второго каскада усилителя по приближенной формуле, то получим 4,7 и 3,3 соответственно.
2. Входное сопротивление
Rвx = Rбэ + h21э∙Rэ =h21э∙(1/S + Rэ)
Из этого выражения видно, что входное сопротивление легко определить, зная сопротивление резистора Rэ и коэффициент передачи транзистора по току h21э.
3. Выходное сопротивление:
Rвых ~= Rк
Следует остановиться на выборе рабочей точки на характеристике транзистора. В усилителе "электронного уха" установка рабочей точки осуществляется с помощью гасящего резистора. Если требуется стабильный режим работы, то обязательно надо использовать ООС по току, т. е. в цепь эмиттера включить резистор что и сделано в этом усилителе.
Теперь рассмотрим интересный пример. Транзистор имеет параметр - обратный ток коллектора Iкб0, который зависит от температуры: при повышении температуры на каждые 10 °C ток Iкб0 кремниевых транзисторов изменяется в 2,5 раза. Сам по себе ток незначителен: у маломощных транзисторов он составляет микроамперы, но от него зависит ток коллектора: Iк = Iкб0∙(h21э + 1). Например, если Iкб0 = 5 мкА при 20 °C, то при 40 °C, а это обычная температура внутри работающего транзистора, он возрастает до 20 мкА, что приводит к увеличению тока коллектора на ΔIк = ΔIкб0∙(h21э + 1) = 15∙(25 + 1) = 390 мкА, т. е. почти на 0,4 мА, а это уже заметно, т. к. рабочий ток коллектора составляет 1 мА. А если h21э составляет сотни единиц, то ток коллектора увеличится в несколько раз.
Увеличение тока коллектора приводит к уменьшению тока базы, поскольку ток базы Iб = Iэ - Iк. Изменение же тока базы приводит к изменению напряжения на базе, а даже незначительное изменение напряжения Uбэ приводит к значительному изменению тока коллектора транзистора. Поэтому очень важно обеспечить температурную стабилизацию режима работы транзистора.
Следует также отметить, что схема с ОЭ при больших токах базы и больших сопротивлениях резистора Rб чувствительна к пробою, поэтому, чтобы исключить работу транзисторного каскада с обрывом базы (т. е. при Rб = 
), первым следует подключать (подпаивать) к схеме вывод базы, а отключать (отпаивать) последним.
Применение индуктивности в цепи базы транзистора при работе с короткими импульсами или импульсами с крутыми фронтами так же недопустимо, как и использование больших сопротивлений в цепи базы.
Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель) тоже ча<;то находит применение, т. к. имеет большое входное и малое выходное сопротивления. Его коэффициент усиления К ~= 1 (К < 1), входное сопротивление Rвх ~= h21эRэ и почти не отличается от входного сопротивления схемы с общим эмиттером и ООС по току.
Выходное сопротивление: