Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Н действительно, ток через ()4 при повышении темпеоатуры начинает расти. Это все сильнее изменяет напряжение на базе Д„ ;меньп|ая ток через Я, и таким образом уменьшая рассеиваемую „,„,дность в кристалле. Скорость роста температуры кристалла оответственно падает и температура приближается к равновесному значению -90 'С. Таким образом, схема тепловой стабилизации включает цепь электротепловой обратной связи, которая ~~спринимает температуру кристалла и управляет рассеянием мощности в кристалле, приводя температуру кристалла к нужному значению. Транзисторы Яе и Яе вместе с диодом О, служат для обеспечения начального смещения схемы температурной стабилизации. )гак только диод О, смешается до напряжения пробоя Ря, напряжение на Яп становится равным нулю и Яе выключается, тем самым отключая схему смещения от остальной части схемы тепловой стабилизации.
После этого ток через О, будет обеспечиваться многоколлекторным рпр-транзистором Я,. Ток через 1)я управляется диодом О,, транзисторами Чя, 1/, и резисторами )с, и Яе и поэтому практически нс зависит от напряжения питания. Следовательно, эта схема есамосмещающаясяя, так что изменения в напряжении питания фактически не влияют на систему контроля температуры кристалла и на опорное напряжение.
Начальный ток при включении схемы тепловой стабилизации равен 140 мА при 25 'С. По мере приближения к температуре стабилизации 90 'С этот ток уменьшается. Поскольку температура поднимается на 65 'С и тепловое сопротивление равно 220 'С/Вт, рассеяние мощности в кристалле в устойчивом состоянии составит 65'С/(200 Вт/ С) = 300 мВт. Если для схемы стабилизации используется напряжение питания 15 В, то соответствующий ток составит 20 мА. Вследствие малой массы и большого теплового сопротивления ИС серии 1М199 разогреваются очень быстро. Если схема начинает работать прн 25 =С с напряжением питания 30 В, то время Разогрева, за ко~орое напряжение стабилизатора достигает 0,05 34 номинального рабочего напряжения 6,95 В, равно всего 3 с.
Схема источника опорного напряжения (рис, 3,36, б) включает температурно-скомпенсированный стабилитрон в качестве основного источника опорного напряжения. Положительный температурный коэффициент стабилитрона О, компенсируется отрицательным температурным коэффициентом перехода между базой и эмиттером транзистора ()„. Опорное напряжение, складывающееся из падения напряжения на стабилитроне (6,3 В) и напряжения между базой и эмиттером транзистора 1,"гге (0,65 В), фиксируется на внешних выводах источника в виде суммарного среднего напряжения 6,95 В (минимальное 6,8, максимальное 7,1 В). Глава 3 Большая часть тока источника идет не через О, и Ята, а скор через Дтт. Любое изменение выходного напряжения вызовет со ветствУющее изменение напРЯжениЯ Ттнн тРанзистоРа Ята Трап зистор (~„служит активной нагрузкой источника тока для !/ и, таким образом, изменение коллекторного тока !~та вызове„ та равное изменение базового тока Я4а.
Это изменение базового тока умноженное на коэффициент усиления по току для Ята, изменяет ток базы транзистора Ягт, где оно еще раз умножается на коэффн пнент усиления по току. Таким образом, любые изменения выход. (3! 01 Онарнмй даод 3,95 В середнее) Рнс. 3.37. Фуннцнональнан схема источника онорного напрнжсннн с термостабн- лнаа~тней. (2! (4! ного напряжения сказываются главным образом на изменениях тока через Ятт. Вследствие высокого коэффициента усиления транзистора !,"гта и усиления по току транзисторов фта и Ятт скорость изменения выходного тока в зависимости от выходного напряжения, а/о/й!то, представляющая согюй динамическую выходную проводимость, будет относительно велика. Большая динамическая выходная проводимость по означает, что у источника малое динамическое выходное сопротивление гр.
По техническим условиям приборов серии 1.й1!99 среднее значение гр — — - О,б Ом, максимальное — 1,0 Ом при уровне тока 1,0 мА. Температурный коэффициент выходного напряжения по тех. ническнм условиям ранен 0,3 млп "/ С для среднего значения и 1,0 млн '/'С вЂ” для максимального. Это соответствует л мкВ/'С для среднего значения и 7 мкВ/'С для ыаксилгального.
Сравнение температурных коэффипиентов термостабилизированных и термонестабилизированных источников опорного напряжения показывает преимущество первых, так как температурные коэффициенты термонестабилнзированных источников в основноал лежат в диапазоне от 10 до 100 мкВ/'С. Применение источников опорного напряжения с тепловой стабилизацией.
На рис. 3.37 показана блок-схема источника опорного напряжения с тепловой стабилизацией. Диод 0 появился в связи с тем, что схема тепловой стабилизации и схема источника опорного напряжения находятся на одном кристалле ИС. Для правильной работы источника этот диод не должен быть прямо. ггеточники постоянного тока, напряжения и опорного нпнряжения 221 енным, чтобы две другие схемы были электрически изолиро„„, друг от друга, Кроме того, напряжение пробоя диода 0 ставляет 40 В (минимум), поэтому на него нельзя подавать напряжение обратного смещения больше 40 В, На рис.
3.38 показан источник опорного напряжения о буфером, использующий источник опорного напряжения с тепло ой „абнлизацией и ОУ, обеспечивающий развязку устройства опорного напряжения от нагрузки. ОУ служит также для повышения порного напряжения до требуемого значения: Ко = Книн (1 + и+ Рис. З.ЗВ. Источник опорного напряжения с буфером, нспользукапий источник опорного напряжения с тер- мостабнлизапнеэ.
+ )тз/)тт). Чтобы ТКН источника опорного напряжения был низким, следует выбрать ОУ с низким ТКН смещения, ТКНи <ою. Предпочтительно, чтобы этот коэффициент составлял около ! мкВ/'С или ниже. Поскольку выходное напряжение является функцией отнсшенна сопРотивленнй )тзЯ„следУет особое внимание обРатить на выбор и размещение этих двух резисторов. Желательно, чтобы у этих резисторов были низкие и, что даже более важно, хорошо согласованные температурные коэффициенты сопротивления (ТКС); тогда их сопротивления будут изменяться с температурой одинаково и отношение сопротивлений останется постоянным. Очень важно разместить эти резисторы в схеме с учетом тепловых потоков и разности температур. Вообще расположение этих двух Резисторов должно быть таким, чтобы разность их температур была минимальной Обратимся к явлению, которое может оказаться важным при Рассмотрении очень низк х температурных коэффициентов.
Речь тате эл дет о термоэлектрическом напряжении, генерируемом в резульРнала: и е электрического контакта между двумя разнородными мате- лами (т. е. об эффекте Зеебека). Коэффициент Зеебека — это термоэл Рмоэлектрическое напряжение, полученное при разности тем- Глана 3 222 ператур 1 'С для контакта между двумя данными материала „ (рис.
3.39). На рис. 3.39 ее — коэффициент Зеебека в единиц „ мкВ/'С, термоэлектрическое напряжение, которое возникает из за разности телшератур ЛТ между двумя контактами для металлов А и Б, будет равно ка — — ее ЬТ. Коэффициент Зеебека между выводами ИС и медными прово дами или медными дорожками печатной платы равен 30 мкВ/'С Наеаернам А амм АБ 7, аТ //аманами АБ арф Т, Рае. 3.39. Эффект Зееаека; термоаара. Следовательно, как показано на рнс. 3.40, небольшая разность температур, например порядка 0,1 'С, между выводами источника опорного напряжения может привести к термоэлектрическому напряжепнго с температурным коэффициентом -3 мкВ/'С.
что может вызвать серьезное ухудшение в работе источника опорного напряжения Следовательно, важно тщательно продумывать монтаж схемы, обращая особое внимание на то, чтобы свести к минимуму тепловые градиенты и разность температур, Рассмотрим простой пример расчета источника опорного напряжения с буфером (рпс. 3.38).
Будем считать, что напряакенне питания равно +15 В и что требуется выходное опорное напряжение 10 В, По техническим условиям диапазон работы ИС серии (.М199 — от 0,5 до 10 мА. Пусть через схему источника опорного напряжения протекает ток 1,0 мА, тогда Аа станет равным Ьа = = (Ро — 1'х)/1,0 мА = (10 — 6,95) В/1,0 мА = 3 кОм. Резистор Гх, используется для запуска схемы, прошедший че. рез него маленький начальный ток смсц!ения вызывает достаточно большое падение напряжения на источнике. При этом выходно~ напряжение $'о будет столь велико, что через /са потечет ток Лсглочкики постоянного тола, напряжения и опорного напряжения 223 вост тнточный для выхода схемы на ее полное опорное напряжение.
резистор Ре должен быть достаточно мал, чтобы начальный ток „г инипнпровать работу схемы. С другой стороны, номинал ре„тора А', не должен быть слишком мал, чтобы колебания напряния питания й' вызывали лишь незначительные колебания а через источник. Поскольку тока от 10 до 100 мкЛ должно „внтпть для возбуждения схемы, подходящее значение для /с, находится в диапазоне от 80 до 800 кОм. При расчете делителя напряжения следует исходить из условия 1 + !чз/Йх = 1'о/Ун, которым задается отношение двух со- Терносмобилизиро банный исиоинин опорного нан/жжения рнс. 3.40, Генерапнн наарянссння Зеебека вследствие разности температур на выводах источника опорного напряжения с териостабнлнзапней, противлений.
Для определения номиналов /ч, и 1сз важно рассмотреть влияние входного тока смещения ОУ и его температурного коэффициента. Значения /сх и /сг следует выбирать достаточно малыми, чтобы максимальный ожидаемый ток смещения, протекая через /с, и Я„не вызывал существенного изменения выходного напряжения. Но еще важнее то, что при достаточно малых сопротивлениях й, и гсз температурный коэффициент тока смещения не вызовет неприемлемого ухудшения температурного коэффициента всей схемы, Для этой схемы подходят ОУ 1.М!08А или 1.М208А, илн их аналоги. Эчн Оу характеризуются очень низким напряжением смещения (0,3 мВ среднее, О,б мВ максимальное) и, что более ~~жно, очень низким телшературным коэффициентом напряжения смещения — 1,0 мкВ/'С (средний) и 5 мкВ/"С (максимальный).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
