ДЖЕРЕЛА СТАБІЛЬНОГО СТРУМУ, НАПРУГИ І ОПОРНОГО НАПРУГИ

Джерело стабільного струму.

Під джерелом стабільного струму в даному випадку розуміється джерело, який забезпечує струм в навантаженні, що не залежить від падіння напруги на ній. Таке визначення дозволяє дати терміну розширене тлумачення як джерела, який виробляє змінюється в часі (змінний) струм, величина якого, наприклад, залишається постійною протягом певних відрізків часу, або змінний струм з незмінною амплітудою.

Для отримання струму зі стабільним значенням в джерелах застосовують або біполярні транзистори (БТ) в схемі з ПРО, що працюють в активному режимі, або польові транзистори (ПТ), що використовують пологу частину вихідний ВАХ. В обох випадках діапазон допустимих напружень та на навантаженні обмежений потенціал бази для БТ або потенціалом затвора для ПВ. Для ПТ діапазон допустимих значень і зменшується на величину порогового напруги (С / Зі пір ) (див. П. 6.2).

Для багатьох схем джерел струму, а також більшості схем диференціальних підсилювачів з активним навантаженням основою є схема струмового дзеркала (рис. 8.1 без опору Л х ). При повній ідентичності транзисторів УТ г і УТ 2 струм, поточний через ліву частину схеми, є дзеркальним відображенням струму в правій частині, тому схема і називається струмовим дзеркалом. На практиці в більшості випадків впливом базового струму можна знехтувати і вважати, що колекторні струми транзисторів / К1 і / К2 рівні, т. Е. / К1 = / К2 ~ ~ / 2 .

У реальних ІС параметри транзисторів розрізняються, тому в парі транзисторів струмового дзеркала струми колекторів не будуть точно рівні. В результаті з'явиться невелика напруга зсуву (одиниці мВ) пари транзисторів.

На рис. 8.1 показана схема простого джерела стабільного струму, побудована на основі струмового дзеркала, в якому струм дорівнює

де £ - постійне позитивне напруга живлення схеми (ЕРС джерела живлення), 17 ве - напруга між базою і емітером транзисторів. Струм / 2 в ланцюзі колектора другого транзистора дорівнює / 2 = / К2 = / К1 ~ тому розрахунок цієї схеми досить простий. При заданому струмі джерела / 2 і і Бе і відомої (обраної) ЕРС джерела живлення У з (8.1) визначається опір Д. Слід звернути увагу, що струм / 2 залишається приблизно постійним, рівним заданому значенню в тому діапазоні значень (/ ке , при якому транзистор УТ 2 знаходиться в активному режимі аж до напруги пробою колекторного переходу і кепроб (Р ис - 8-2). Якщо прийняти (7 нас ~ 0,2 в і

Мал. 8.1

Мал. 8.2

і до "роб = 50 В * т0 область напруг і К2 від +0,2 до +50 В становить робочий діапазон джерела постійного струму.

Область зміни напруг і ке , в якій схема працює практично як джерело стабільного струму, іноді називається діапазоном лінійного зміни напруги [37].

На рис. 8.2 суцільною лінією показана як вихідна характеристика джерела струму (схема на рис. 8.1), так і характеристика ідеального джерела стабільного струму (штрихпунктирна пряма). ВАХ джерела струму / 0 = / К2 = / (С / ке ) в діапазоні лінійного зміни напруги має постійний нахил. У цій області похідна = £ КЕ2 визначає динамічну вихідну провідність джерела стабільного струму, а зворотна величина l / g = І є динамічним вихідним опором. Ідеальний джерело стабільного струму має нульову вихідну провідність £ = # 0 = 0. ВАХ джерела струму / 0 = пі 0 ) або / К2 - / <С / ке) дозволяє визначити типові значення для вихідний провідності:

де # КЕ2 - динамічна провідність між колектором і емітером транзистора УТ 2 , і А - напруга Ерлі (див. гл. 4), т. е. величина, зворотна коефіцієнту модуляції ширини бази для УТ 2 . З формули (8.2) випливає, що для відносного зміни струму з1 / К2 // К2 = 61 0 /1 0 = с11 / КЕ2 / 1 / А при зміні вихідної напруги на 1 В (з Ш 0 = с! І ке2 = 1 В) маємо

Оскільки в розглянутій на рис. 8.1 схемою струм на верхньому незаземлені виведення спрямований всередину схеми джерела струму, то даний тип пристроїв відноситься до джерел негативної полярності. У зворотному випадку, коли струм / 2 = / 0 спрямований у протилежний бік, потенціал в колекторної ланцюга транзистора УТ, повинен бути протилежної полярності, т. Е. -

Для багатьох застосувань ІС необхідно мати джерело струму з симетричним діапазоном лінійного зміни напруги, коли вихідна напруга має як позитивні, так і негативні значення. У цьому випадку схема буде аналогічна показаної на рис. 8.1, але замість заземлення емітерів необхідно подати на них негативний потенціал.

Схема джерела струму для низьких рівнів струму в порівнянні з розглянутою включає опір Я 2 в емітерний ланцюга транзистора УТ ,.

Розроблено досить багато різних схем джерел стабільного струму, які є значно складнішими, але при цьому мають значні переваги в порівнянні з простими схемами струмового дзеркала. Як приклад на рис. 8.3 приведена схема з декількох джерел струму негативної полярності (групова схема). Тут транзистор УТ 2 з резистором Я 2 служить опорним джерелом струму для транзисторів УТ 3 ... УТ б . Транзистор УТ, покращує стабільність опорного струму, оскільки він зменшує відмінність струмів /, через резистор Я, і / 2 через транзистор УТ 2 [37]. Якщо розміри емітерів транзисторів УТ 2 ... УТ 6 підібрані таким чином, що щільності струму в них однакові, то і падіння напруги на резисторах Я 2 ... Я в будуть однаковими для всіх зазначених транзисторів.

У розглянутій схемі / 3 Я 3 = / 4 Я 4 = / 5 Я 5 = / 6 Я 6 = /, Я 2 , т. Е. Струми обернено пропорційні емітерним опорам.

Щоб зменшити площу, займану транзисторами на кристалі ІС, бажано не вирівнювати розміри емітерів. Це особливо важливо при великих змінах струмів. Коли розміри транзисторів не забезпечують рівність щільності струму в них, то напруги 1 / БЕ транзисторів будуть відрізнятися. Для компенсації цієї розбіжності необхідно змінити номінали опорів в ланцюгах емітерів.

Мал. 8.3

Польові транзистори (як з керуючими електричними переходами (ПТУП), так і МДП (МОП) -транзістори) широко використовуються в ІС як стабілізатори і джерела стабільного струму. ПТУП може бути використаний в якості стабілізатора або джерела струму, якщо він включається як діод з закороченому на джерело затвором. В цьому випадку ВАХ такого ПТУП в діодному включенні є, по суті справи, струмового характеристикою / сі = / ((/ сі ) при £ / зи = 0. При і сі > II ^ (див. Гл. 6) струм / сі насичується , т. е. при збільшенні напруги і сі він змінюється дуже незначно аж до напруги пробою стокового переходу. Таким чином, ВАХ ПТ в області насичення також формує діапазон лінійного зміни напруги подібно характеристиці, показаної на рис. 8.2. подібно ПТУП в якості стабілізаторів струму можна використовувати і МОП-транзистори в режимі збіднення. Існує множес тво схем джерел струму на МОП-транзисторах, схожих на схеми розглянутих джерел на ОТ.

У різних підсилювальних, цифрових логічних і аналогових ІС джерела струму часто використовуються в якості активного навантаження. Наприклад, струмове дзеркало часто застосовують як активне навантаження в диференціальних підсилювачах на БТ і ПТ (див. П. 8.3).

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >