Транзистор, будучи напівпровідникових приладом, змінює свої параметри при зміні робочої температури. Так, при підвищенні температури, підсилювальні властивості транзистора погіршуються. Обумовлено це рядом причин. при підвищенні температури значно збільшується такий параметр транзистора, як зворотний струм колектора. Збільшення зворотного струму колектора транзистора призводить до значного збільшення колекторного струму і до зміщення робочої точки в бік збільшення струму. При деякій температурі колекторний струм транзистора зростає до такої величини, при якій транзистор перестає реагувати на слабкий вхідний (базовий) струм. Попросту кажучи - каскад перестає бути підсилювальним. Для того, щоб розширити діапазон робочих температур, необхідно застосовувати додаткові заходи по температурної стабілізації робочої точки транзистора. Найпростішим способом є колекторна стабілізація робочого струму зміщення. Розглянута нами вище схема каскаду за схемою з загальним емітером є схемою з фіксованим струмом бази. Струм колектора в даній схемі залежить від параметрів конкретного екземпляра транзистора і повинен встановлюватися індивідуально за допомогою підбору величини резистора R1. При зміні транзистора початковий (при відсутності сигналу) струм колектора доводиться підбирати заново, так як транзистори навіть одного типу мають дуже великий розкид статичного коефіцієнта посилення струму бази (h21 Е). Інший різновид каскаду - схема з фіксованою напругою зміщення. Ця схема також має недоліки, описаними вище:
Для підвищення термостабільності каскаду необхідно використовувати спеціальні схеми включення:
Схема колекторної стабілізації, володіючи основними недоліками схеми із загальним емітером (підбір резистора базового зміщення під конкретний екземпляр транзистора), проте дозволяє розширити діапазон робочих температур каскаду. Як бачимо, дана схема відрізняється підключенням резистора зміщення ні до джерела живлення, а в колекторний ланцюг. Завдяки такому включенню вдалося значно (за рахунок застосування негативного зворотного зв'язку) розширити діапазон робочих температур каскаду. При збільшенні зворотного потоку колектора транзистора, збільшується струм колектора, що викликає більш повне відкривання транзистора і зменшення колекторного напруги. Зменшення колекторного напруги, в свою чергу, зменшує напругу початкового зсуву транзистора, що викликає зменшення колекторного струму до прийнятної величини. Таким чином - здійснюється негативний зворотний зв'язок, яка трохи зменшує посилення каскаду, але зате дозволяє збільшити максимальну робочу температуру.
Більш якісну стабілізацію температурних параметрів каскаду посилення можна здійснити, якщо дещо ускладнити схему і застосувати так звану "еміттерную" температурну стабілізацію. Дана схема, незважаючи на складність, дозволяє каскаду зберігати підсилювальні властивості в дуже широкому інтервалі робочих температур. Крім того, застосування даної схеми стабілізації дає можливість заміни транзисторів без подальшої настройки. Окремо скажу про конденсаторі С3. Цей конденсатор служить для підвищення коефіцієнта посилення каскаду на змінному струмі. Він усуває негативний зворотний зв'язок каскаду. Ємність цього конденсатора залежить від робочої частоти підсилювача. Для підсилювача звукових частот ємність конденсатора може коливатися від 5 до 50 микрофарад, для діапазону радіочастот - від 0,01 до 0,1 мікрофарад (але його в деяких випадках може і не бути).
Тепер давайте спробуємо розрахувати термостабільний каксад по постійному струму:
УВАГА! Дані розрахунку виходять досить приблизні! Остаточний номінал резистора R1 буде потрібно підібрати при налагодженні більш точно!
Для початку нам потрібно визначитися з вихідними даними для розрахунку. На верхньому прямокутнику дані постійні величини відповідно для германієвого (Ge) і кремнієвого (Si) транзистора.
Для початку розрахунку нам потрібні наступні вхідні параметри: Напруга живлення (Uk), в Вольтах (Приймаємо - як приклад - рівне 6 вольт). Струм колектора (Ik), в міліампер (приймаємо рівний 1 міліампер); тип транзистора (Ge. Si), мінімальна робоча частота Fmin в герцах (припустимо 150000 герц - для роботи в діапазоні ДВ). Опір в ланцюзі колектора R3 приймаємо рівним 1 кіло. Величина цього резистора зазвичай не розраховується а береться рівним 750 ом - 4,7 кіло. Від величини цього резистора залежить коефіцієнт посилення каскаду по змінному струмі. Транзистор, припустимо, КТ315 - кремнієвий. Розрахунок ведемо згідно з малюнком зверху-вниз!
Спочатку за формулою розраховуємо опір резистора в ланцюзі емітера R4 = 0,6 кіло.
Далі знаходимо опір резистора R2 = 19,5 кіло.
Далі - опір резистора R1 = 70,5 кіло.
За формулою обчислюємо мінімальну ємність конденсатора С1 = 0,016 микрофарад. Тут можна без погіршення частотних властивостей каскаду поставити конденсатор більшої ємності (наприклад на 0,022 микрофарад).
Так, провівши нескладні обчислення, ми отримали розрахований каскад для роботи в підсилювачі радіочастоти. Так як під час розрахунку ми отримали номінали резисторів не відповідають стандартним ряду, можна дещо скоригувати їх. Так замість резистора R4 можна поставити резистор на 620 ом, резистор R2 замінимо на резистор з номіналом 20 кіло, резистор R1 замінюємо на резистор 75 кіло. Ці незначні відхилення від розрахунку не приведуть до якихось проблем при роботі каскаду - всього навсього злегка зміниться колекторний струм.
Тепер давайте розрахуємо роботу каскаду по змінному струмі:
Для цього розрахунку нам будуть потрібні наступні параметри: Опору резисторів R1 - R4, Вхідний опір наступного (навантажувального) каскаду.
Спочатку визначаємо опір Rе. Для нашого випадку (струм колектора 1 міліампер) Rе = 26 ом,
Далі визначимо провідність S = 38.46 мікросіменса (орієнтовно),
Обчислюємо значення R11. Для транзистора типу КТ315Б середнє значення параметра h21е дорівнює 200, звідси R11 одно 5200,
Величину Rb необхідно визначити для обчислення вхідного опору каскаду, що є навантаженням розраховувати. Вона дорівнює (при номіналах резисторів, взятих в нашому прикладі) 5,75 килоом,
Для спрощення розрахунку годі й обчислювати опір Rн, а прийняти його рівним R3.
Очікуваний коефіцієнт посилення даного каскаду на транзисторі типу КТ315Б із середнім значенням h21е рівним 200 виходить близько 40.
Слід мати на увазі, що отримане значення коефіцієнта посилення каскаду дуже приблизно! На практиці це значення може відрізнятися в 1,5 - 2 рази (іноді - більше) і залежить від конкретного екземпляра транзистора!
При розрахунку коефіцієнта посилення транзістороного каскаду по змінному струмі слід враховувати, що цей коефіцієнт залежить від частоти підсилюється сигналу. Максимальна частота застосованого транзистора повинна бути принаймні в 15-20 разів вище граничної частоти підсилення (визначається за довідником).