Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Транзистор Яе включен гранзис схему с общим эмиттером и является источником сигнала для р "зистора Я„который также включен с общим эмиттером. 2!4 г з Транзистор !!, и резистор )г'„реализуют источник тока отрица. тельной полярности и обеспечивают активную нагрузку для г) Транзистор Щ, с общим эмиттером является нагрузкой для тр ° ~. зистора Я, и вырабатывает большую часть тока, проходящечз через диод.
Принцип работы этого диода, состоящего из транзистор~~ — и резисторов, можно представить следующим образом. Увеличение Гг, вызовет соответствующий рост напряжения между базой и эьшттером транзистора ~„так как падение напряжения на Я, останется относительно постоянным. Увеличение тока че рез Яз равно Л!з = д„ч Л)'ва, = д ч Л(го. Поскольку Ь является источником тока, ток ), не изменится и, таким образом, изменение тока через ~ч вызовет равное измененяе базового тока транзистора Яг, т. е.
Лга, —— Л!ь Изменение базового тока транзистора Я, вызовет изменение его коллекторного тока Л), = = р7 Л/в, = (17 Л)з Поскольку Яв — источник постоянного тока отрицательной полярности, изменение коллекторного тока транзистора (З, произведет равное изменение базового тока транзнстоРа (Зг, так что Л(в., = 6; Лгм Это изменение базового тока транзистора Ц, вызовет изменение коллекторного тока на Л)„ = = 6збг Л!з Ток Л1з связан с Л1/о равенством Л!з = Ю„ЛГш поэтому Л/э — — Вфгд, Лро.
В результате усиления по току транзисторами Я, и 9, ток через ~, будет много больше, чем ток через (), и Я,. Поэтому изменение диодного тока в основном будет происходить за счет изменения тока через Щм откуда получим Ыо = Л)з = 64;д, Лро. В результате выходное (т. е.
динамическое) сопротивление диода можно записать в виде га = Мп(Л)п = !Я4 л„с (3.135) Поскольку д,,ч = !з/Гг, это выражение можно переписать еле. дующим образом: га =- ()' г~)аИе))ь (3, 136) Поскольку в знаменатель этого вырам<ения входит произведение коэффициентов усиления по току, можно получить очень низкие значения динамического сопротивления диода, как будет видно из примера. Пример расчета опорного диода. )1ля иллюстрации расчета опорного диода потребуем, чтобы динамическое сопротивление диода не превышало О,! Ом. Будем считать, что все транзисторы имеют минимальное усиление по току 6 = 50.
Следовательно, имеем г„= 0,1 Ом = (25 мВг,) (50 50), (3.1 37) откуда для ), имеем lа = 25 мВ!(0,1 Ом.50 60) = РОО мкА, (3.13Й источники паспюяннаго тока, напряжения и опорного напряжения 2!$ И ходя из этого значения для („ естественно выбрать для (, = 29) мкА, откуда, полагая г'эв = 600 мВ, получаем Яд = (1,283 — 0,600) В/0,2 мА = 3,415 кОм. (3.139) Выберем отношение токов /,((в = 5 и для /7в получим соотно.
шение (вйв/)/т = 1п ((,//в) = 1п 5, откуда Яв = (25 мВ/40 мкА) !п 5 = 1,006 кОм. (3.140) 7еперь легко найти Рв~ )7в = (Ро — )гак)//в = (1,283 — 0,600) В/40 мКА = = !7,1 кОм. (3. 141) Поскольку (в = (в = (в = (» =!00 мкА, для )7я имеем (вйвlв т = 1и ((в((в) = !и 2> (3.142) откуда /7в = 25 мВ!п 2/100 мкА = 173 Ом, (3.143) Исходя из значений для других токов, примем допустимое значение (, = 100 мкА, откуда )7в = /7в = 173 Ом. Если сложить все токи смешения, то получим полный ток покоя (о = /в + (в + (в + !в + /в = (200 + 40 + 100 + 100 + + 100) мкА = 540 мкА. Следовательно, чтобы этот диод работал в температурно-скомпеисированном режиме постоянного напряжения, через него должен проходить ток /о по крайней мере 540 мкА.
Если уровень тока ниже, схема не будет правильно функционировать, у пее будет большое динамическое сопротивление и значительный температурный коэффициент. 3.3.4. Источник опорного напряжения с тепловой стабилизас1ией В источнике опорного напряжения с тепловой стабилизацией температура установлена или поддерживается на постояин>м УРовне. В результате его выходное напряжение практически ие зависит от внешней температуры и моисио получить темпера« турный коэффициент меньше чем 1 млн '/'С.
Любая схема источника опорного напряжения в процессе Р~боты неизбежно подвержена отклонениям источника в целом " параметров компонентов от расчетных средних значений, вследствие этого всегда появляется небольшой суммарный температурый коэффициент. Один из способов уменьшить температурный "ий в "оэффицнеит состоит в том, чтобы изолировать прибор от измене- внешней темпеРатУРы 7',т, поддеРживаЯ его темпеРатУРУ темпе "' некотором постоянном уровйе". Несмотря на изменения ннешией "пературы, температура источника будет оставаться почти 2ге Глааа 8 постоянной, а соответствующие изменения опорного напряжени„ чрезвычайно малы. В результате температурный коэффициент прибора, определяемый как скорость изменения опорного напри.
жения при изменении внешней температуры, соответственн~ будет чрезвычайно мал. Математическая формулировка температурного коэффициента опорного напряжения имеет вид ТКНг гнею — ~ г1ггяег ггтаыр (3.!44) т,, агам, дтагггь . Вследствие тепловой стабилизации температуры крпсталла Т„ сггга г!Т„„гу(6Тааь (( !.
Следовательно, температурный коэффициент оггорггого напряжения (по отношению к внешней температуре) будет много меньше значения в отсутствие стабилизации темпе. ратуры крчсталзг. Во всех источниках опорного напряжения с тепловой стабнли. зацией температуру кристалла Т,„„поддерживают выше внешней температуры Т„„„методом заэмйкаггия цепи обратной связи, С помощью цепи обратной связи, которая контролирует количество электроэнергии, рассеявшейся на кристалле, и фиксирует подъем температуры вследствие этого рассеяния, ооычно поддерживают Т,ыр примерно от 90 до !00 "С. Схема температурной стабилизации и схема источника опорного напряжения разэгещены на одном кристалле кремния, поэтому между ними суще. ствует хороший тепловой контакт вследствие высокой теплопроводности кремния и малых размеров кристалла. Пример источника опорного напряжения с тепловой стабилизацией.
Рассмотрим источник опорного напряжения серии ! М199(299(399 (ЯаИогга! Яепггсггггг(исйгг). На рис. 3 36, а показана схема тепловой стабилизации, а на рис. 3.3б, б — схема источ. ника опорного напряжения, причем обе схемы расположены на одном кристалле, образуя монолитную ИС. Сначала рассмотрим схему тепловой стабилизации. В этой схеме Я, работает как тепловой ключ, который контролирует рассеяние мощности в кристалле, выключая пару Дарлингтона, состоящую из транзисторов Дг и Ц„как только температура повышается выше определенного значения. Когда же температура сУщественно ниже темпеРатУРы стабилизации, Яг и Яг полностью открыты, причем ток ограничивается только транзистором Юз.
При повышении температуры кристалла через транзистор начинает пРоходить ток, тем самым УменьшаЯ ток базы Яг. Это вызынает уменьшение тока через яг и, следовательно, уменьшение рассеиваемой могцности и скорости повышения температуры кристалла. Вследствие срабатывания обратной связи температур~ кристалла асимптотически приблизится к нужной температур~ стабилизации. Иггнюккпки постоянного тока, напрязкеиия и опорного напряжения 217 ч' з Ю Р о зб, Опорный диод с термостабилнзацней: а — схема термостабилиза.
б — схема источнина опорного напряжения йтабола1 Бегп1еопбнгтог), 2>8 Гла<><> 3 Электрическая схема, чувствительная к температуре, состои опт нз транзисторов Д„9, и <З> и стабнлитрона 0>. Последш>й реа зован на транзисторе в днодном включении с напряжением пп, боя эмнттер — база 6,3 В.
Принимая $'ав = 0,65 В для Щ, и д, получаем суммарное напряжение на Р> и /<, $'з — 2$'э = 6,3 — 2 0,65 = 5,0 В. Соответствующий этому напряжению ток через /<> и /<', равен 5,0 В/12,2 кОм = 0,41 мА. Этот ток вы зовет падение напряжения на /<„ равное 4!О мВ, при 25 'С Отсюда следует, что при комнатной температуре (25'С) напряжения между базой и эмиттером транзистора 94 будет недостаточно для вклю.
чения Я,. Транзистор <',!> — многоколлекторный рпр-транзистор. Его конструкция такова, что отношение коллекторных токов равно 0,3. поэтому, когда ток 4!0 мкА вытекает из второго коллектора, че. рез первый коллектор протекает ток 120 мкА. Этот ток управляет базой 9,. Этого достаточно, чтобы ток коллектора Я> был относительно велик. Поскольку этот ток может стать порядка 600 мА или даже 1 А, при конструировании схемы предусматривается ограничение тока. Ограничение тока реализуется трап. зистором 9, и ограничивающим резистором с сопротивлением 4,2 Ом.
Когда падение напряжения на этом резисторе приближается к 600 мВ Я, открывается и отбирает с базы транзистора Я, все большую часть коллекторного тока !20 мкА, поступающего с <1,. Этот механизм ограничивает ток через Я, примерно до!40 мА. Если схема начинает работать при 25 'С, первоначальный ток через Я> составит !40 мА. При напряжении питания 15 В рассеиваемая мощность равна 2,! Вт, Тепловое сопротняление данной ИС с экраном из полисульфона равно 220 'С/Вт. Следовательно, протекание этого тока в течение некоторого времени вызвало бы значительное повышение температуры. По мере повышения температуры усиливается падение напря. жения па Я, из-за положительного температурного коэффициента стабилитрона 3 мВ/'С н отрицательного температурного коэффициента рп-перехода между базой и эмиттером транзисторов 0в н <,">„ порядка — 2,3 мВ/'С для каждого.
Из анализа работы де. лителя напряжений на А> и А', следует, что напряжение на /<з повышается со скоростью, равной (3 мВ/'С + 4,6 мВ/'С) >< х (! кОм/!2,2 кОм) = 0,62 мВ/'С, Одновременно напряжение между базой н эмиттером, которое требуется для включения <>< уменьшается со скоростью около 2,3 мВ/'С. При 25'С напряжение на Я., было 4!О мВ, а необходимое для включения <>, напра.
жение при этой температуре составляет 600 мВ, поэтому повы" шенпе температуры, которое требуется для включения щ„будет равно /зТ (600 — 4!О) мВ/(0,62+ 2,3) мВ/'С = = !90 мВ/2,92 мВ/'С = 65'С. (3.!45) г1стонннка постоянного тока, напряженая и опорного напряжения г!9 Отсюда следует, что включения ь/4 надо ожидать при 90'С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
