Лекции 7-8 - Конспекты, страница 4

Коэффициент усиления, в первом приближении равныйR3/R2, в действительности несколько меньше, так как ток коллектора T2протекает через оба резистора, а ток базы – только через R2. Разницакоэффициента усиления каскада зависит от коэффициента усиления T2 по токуβ, который, в свою очередь, плавает вместе с температурой. Несмотря на этупогрешность, схему Видлара по-прежнему используют в простых устройствах,например, в линейных стабилизаторах семейства 78xx и в ИМС параллельногостабилизатора TL431.Рисунок 6.13 – Бандгап ВидлараВ 1976-1977 гг.

Б. Видлар представил семейство новых топологийбандгапа. В этих схемах он разделил PTAT-элемент на две параллельныеветви – транзисторную пару и резистивный делитель напряжений. Расчётное25Электропитание РЭАГлава 6отклонение выходного напряжения этой схемы от номинального в диапазоне от0 до 100 °С не превышает 2 мВ, или 0,15% номинала.

Его можно улучшить дозначения не более 0,04% с помощью простейшей корректирующей цепочки.Этот способкоррекции, такжевпервые предложенныйБ.Видларом,впоследствии стал известен как температурная компенсация второго порядка.Независимоотналичиякорректирующейцепи,схемапо-прежнемучувствительна к отклонениям в технологических параметрах и к разбросукомпонентов.Таким образом, в бандгапах управляющий ток Iупр преобразуется внапряжение с помощью резистора, и это напряжение складывается снормальным напряжением Uбэ транзистора (рисунок 6.14). Резистор R2 задаётвеличину напряжения, которое складывается с напряжением Uбэ транзистораVT3 и имеет положительный ТКН.ТКНИОНU R 2  U бэ  1,22 В(рисунок6.14)будетдействительнонулевым,если(напряжение запрещённой зоны кремния). Требуемоезначение суммы напряжений достигается подбором величины сопротивленияR2. Ток Iупр в этой схеме определяется резистором R1.Рисунок 6.14 – Bandgap ИОНИзвестны также другие (более сложные) схемы бандгапов.

Однако длявсех этих схем характерно суммирование напряжения Uбэ с напряжением,26Электропитание РЭАГлава 6порождаемым токовым зеркалом, в котором токи транзисторов не равны другдругу.ИМС бандгапов представлены очень широко. Например, недорогие ИМСLM385-1.2 и LM385-2.5, представляющие собой двухвыводные ИОН на 1,235 и2,5 В соответственно (с точностью ±1%). Эти кристаллы сохраняют своипараметры до очень малых токов (порядка 10 мкА), что очень важно длямикромощных схем с электропитанием от химических источников тока.МикросхемапревышающийLM385имеет30·10-6/°С,итемпературныйтиповоекоэффициент,значениенединамическогосопротивления ≈ 1 Ом при токе 100 мкА. Это значительно лучше, чемпараметры стабилитронов.

Так, например, стабилитрон 1N4370 (Uст = 2,4 В)имеет ТКН 800·10-6/°С и динамическое сопротивление более 300 Ом при токе100 мкА. При этом значении тока 1N4370 не может обеспечить паспортноезначение напряжения стабилизации (1,1 В вместо требуемых 2,4 В).Ещё бо́ льшую стабильность имеют ИМС LT1029 (двухвыводные) иREF-43 (трёхвыводные). ТКН данных кристаллов не превышает 3·10-6 /°С.

Также как и аналогичные стабилитронные ИМС, трёхвыводные bandgap кристаллыпозволяют с помощью внешних резисторов изменять величину опорногонапряжения.Прецизионные источники опорного напряжения. Ряд устройствпреобразования и обработки данных, измерительные системы, устройстваконтроля и другая РЭА часто требуют, чтобы напряжения электропитанияотдельных цепей или токив некоторых цепях имели повышеннуюстабильность.ТакиепрецизионныеИОНбываютдвухвидов:температурно-стабилизированные (термостатированные) ИОН и ИОН без подогрева.Температурно-стабилизированныеотличающиесяналичиемИОН представляют собойдополнительногонагревательногоИМС,элемента,управляющегося по сигналам термодатчика.

Идея очень проста: кристалл27Электропитание РЭАГлава 6нагревается в процессе работы до повышенной температуры, величина которойподдерживается на одном и том же заданном уровне. Стабильность достигает10-6/°С и даже лучше.Такие источники применяются уже длительное время. Они входят всостав, например, сверхстабильных генераторов.К недостаткам метода относятся, прежде всего, большая потребляемаямощность и запаздывание в выходе на режим (порядка нескольких секунд).Например,LM199имееттемпературныйкоэффициент2·10-7/°С.Мощность, потребляемая нагревателем кристалла, составляет ≈ 0,25 Вт, а времяустановления режима – 3-5 с.Термостатированные ИМС не имеют особых преимуществ передобычными ИОН, кроме ТКН. Такие параметры, как шум или долговременныйдрейф, у них явно отстают от температурной стабильности.СуществуютИМС,обеспечивающиеаналогичнуютемпературнуюстабильность без подогрева кристалла.

Кроме этого, они меньше шумят и болеестабильны во временно́ м плане. Так, ИМС REF10KM фирмы "Burr Brown"имеет ТКН 10-6/°С. А LT21000 фирмы "Linear Technology" показываетрезультат на уровне 0,05-0,10/°С. При этом, в соответствии со справочнымиданными, у неё на порядок лучшие параметры шума и дрейфа по сравнению стермостатированными ИМС.Такие ИОН обеспечивают требуемую точность поддержания заданногонапряжения или тока, доступны в малогабаритных корпусах, предназначенныхдля поверхностного монтажа, и могут работать в широком диапазонетемператур.Структурная схема прецизионного ИОН показана на рисунке 6.15а.Вывод "+" на схеме соответствует катоду стабилитрона, а "-" – аноду. Нарисунке 6.15б приведён пример использования ИМС LM4040 в прецизионномстабилизаторе тока.28Электропитание РЭАГлава 66.4 Интегральные линейные стабилизаторыЛинейные стабилизаторы напряжения на дискретных компонентахобычно содержат их большое число, что снижает общую надёжность, а самИЭП занимает существенный объём.

Ввиду указанных недостатков в настоящеевремя линейные стабилизаторы на дискретных компонентах в области малых исредних мощностей практически полностью вытеснены интегральнымистабилизаторами.а)б)Рисунок 6.15 – Структура ИМС прецизионного ИОН (а) и схема прецизионногостабилизатора тока на основе ИМС LM4040Всеилипочтивсемногочисленныекомпонентыинтегральныхстабилизаторов, которых может быть в отдельных случаях несколько тысяч,заключены в корпус ИМС. В ИМС предусмотрено лишь несколько выводов дляподсоединения шин электропитания и реализации сервисных функций,несмотря на сложное внутреннее устройство стабилизатора.

Например, широкораспространены стабилизаторы с тремя выводами: для входа, для выхода и дляподключения к общему проводу.29Электропитание РЭАГлава 6Интегральные стабилизаторы напряжения – широко распространённыеИМС. Они дёшевы, удобны в использовании, надёжны. Практически всеинтегральные стабилизаторы имеют встроенные цепи защиты:- от короткого замыкания в нагрузке;- от перегрева;- коррекцию области безопасной работы РЭ.Как правило, при необходимости увеличения рассеиваемой мощности кИМС может быть прикреплён радиатор охлаждения – зачастую в ИМСинтегральных стабилизаторов предусмотрена для этой цели металлическаяплощадка, которая имеет хороший тепловой контакт с полупроводниковымкристаллом.Выпускают стабилизаторы положительного, отрицательного напряжения,двуполярные стабилизаторы (симметричные положительное и отрицательноенапряжения относительно общего вывода), многоканальные стабилизаторы(обеспечивают несколько различных по величине выходных напряжений).Производителями ИМС интегральных линейных стабилизаторов в Россииявляются "Элтом" (пос.

Томилино), "Кремний-Эл" (г. Брянск), "ВЗПП-С"(г. Воронеж). За рубежом популярны ИМС линейных стабилизаторов фирм"Linear Technology", "Texas Instruments", "ON Semiconductor", "Infineon".ВнастоящеевремясредиотечественныхИМСинтегральныхстабилизаторов наибольшее распространение получили стабилизаторы серииК142ЕН. В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходнымнапряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным ивходным и выходным напряжениями.

В тех случаях, когда через нагрузкунеобходимо пропускать ток, превышающий предельно допустимые значенияинтегральных стабилизаторов, ИМС дополняют внешними регулирующимитранзисторами.Трёхвыводные стабилизаторы выпускают на фиксированные значениявыходного напряжения, бо́ льшей частью от 3,3 до 15 В. Применение30Электропитание РЭАГлава 6интегральных стабилизаторов значительно упрощает задачу построениястабилизирующих ИЭП.На вход ИМС стабилизатора подают выпрямленное напряжение,несколько бо́ льшее по величине выходного напряжения (минимальный перепадот 0,5-3 В с учётом пульсации и возможных просадок).

К выходу ИМСподключают нагрузку (рисунок 6.16). Конденсаторы С1 и С2 гасят броскинапряжения,вызванныепереходнымипроцессами,ипредотвращаютвозбуждение ИМС.Рисунок 6.16 – Типовое включение ИМС стабилизатора К142ЕН12Для каждого стабилизатора в справочниках указывают рекомендуемыйтип конденсаторов и значения их ёмкостей. Иногда вместо С1 и/или С2используют два параллельно включенных конденсатора: алюминиевый (илитанталовый) и керамический.Нарядустрёхвыводнымистабилизаторами,рассчитанныминафиксированное значение выходного напряжения, промышленность выпускаетчетырёх- и более выводные ИМС, в которых, по крайней мере, реализуетсяфункция изменения выходного напряжения.

Такие стабилизаторы называютрегулируемыми. Следует отметить, что и среди трёхвыводных ИМС естьрегулируемые стабилизаторы – с малым фиксированным значением выходногонапряжения (порядка 1,2 В). При этом изменение напряжения на нагрузкеосуществляется за счёт искусственного изменения потенциала вывода СОМстабилизатора относительно общего (заземленного) полюса нагрузки.31Электропитание РЭАГлава 6Простейший четырёхвыводной стабилизатор может быть получен изсхемы (рисунок 6.16), если наряду с выводами IN, OUT и СОМ осуществитьотвод от кристалла четвёртого вывода – регулировки (ADJ).Вариант подключения к широко распространённому стабилизаторуК142ЕН12 (аналог LM317) внешних элементов приведён на рисунке 6.12.ИМСК142ЕН12представляетсобойрегулируемыйстабилизаторнапряжения компенсационного типа с защитой от короткого замыкания.