1.4.2.3.1 Источник опорного напряжения, определяемого шириной запрещённой зоны (988454)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Источник опорного напряжения, определяемого шириной запрещённой зоны

Источник опорного напряжения, определяемого шириной запрещённой зоны, представленный на Рис. 1 - весьма интересная и полезная схема источника опорного напряжения. Приступим к анализу этой схемы. Для этого запишем . Считаем, что все транзисторы идентичны. Следовательно, для определения соотношения между I₁ и I₂ получаем .

Будем считать базовые токи пренебрежимо малыми. Из соотношения для I₁ находим ,

Ф. 1

откуда найдем следующее выражение:

Подстановка полученного выражения в формулу для U_ВЫХ дает

О братим теперь внимание на тот факт, что U_БЭ будет иметь отрицательный температурный коэффициент (т. е. уменьшается с увеличением температуры),

Рис. 1 Схема источника опорного напряжения, определяемого шириной запрещенной зоны.

а последний член этого выражения будет иметь положительный температурный коэффициент, поскольку

Следовательно, надлежащим подбором отношения сопротивлений и отношения токов можно компенсировать два температурных коэффициента и в конечном итоге прийти к ТКН = 0.

Для дальнейшего исследования запишем выражение для ТКН_U(ВЫХ) следующим образом:

Снова замечаем, что поскольку R₁ и R₂ - ИС-резисторы одинаковой конструкции и находятся в одинаковом тепловом режиме на одном и том же кристалле ИС, относительное изменение обоих резисторов будет одинаково и, следовательно, отношение R₁/R₂ не будет зависеть от температуры. Для дальнейшего анализа необходимо сделать небольшое отступление, чтобы получить выражение для .

Температурный коэффициент для U_БЭ. Для транзистора в активной области имеем экспоненциальное соотношение между током коллектора и напряжения база-эмиттер:

где , a I_КО сильно зависит от температуры: , где Е_ЗЗ - энергетическая ширина запрещенной зоны при абсолютном нуле (0 К), полученная линейной экстраполяцией от комнатной температуры (300 К) к абсолютному нулю, Е_ЗЗ = 1,205 В = 1205 мВ.

Чтобы получить температурный коэффициент для U_БЭ, запишем сначала выражение для U_БЭ:

,

а затем продифференцируем U_БЭ по температуре при постоянном I_К:

Поскольку , имеем

, откуда

.

Поскольку

имеем .

При типичном значении получаем .

Условия, при которых ТКН = 0. Полученное аналитическое выражение для ТКН_U(БЭ) можно подставить в выражение для ТКН_U(ВЫХ):

Для ТКН_U(ВЫХ)=0 должно выполнятся равенство , откуда получаем соответствующее значение U_ВЫХ:

Таким образом, выходное напряжение схемы источника опорного напряжения при ТКН_U(ВЫХ)=0 составит 1,283 В. Заметим, что U_ВЫХ в основном определяется шириной запрещённой зоны (E_ЗЗ = 1205 мВ для кремния). Отсюда и название для данного источника опорного напряжения.

Найдем значение для отношения сопротивлений, при котором ТКН_U(ВЫХ)=0. Полученное выше условие равенства нулю температурного коэффициента запишем в виде:

Умножая обе части на T, получим

Деление на _{Т ­­}= 25,9 мВ при 300 К даёт

Для типичного значения U_БЭ = 650 мВ имеем

Ф. 2

Пример расчёта. Рассмотрим пример расчёта источника опорного напряжения, определяемого шириной запрещённой зоны.

Выбираем следующие произвольные, но реальные значения : I₁ = I₃ = 1,0 мА, .

Поскольку , (См. Ф. 1) имеем . Отношение сопротивлений из Ф. 2 равно:

, откуда .

Для R₁ имеем .

Теперь когда определены все три сопротивления, все они имеют значения, подходящие для ИС  резисторов,  не слишком большие и не слишком малые. Полученные значения токов также находятся в разумных пределах. Сила источника тока должна быть такой, чтобы выполнялось равенство I_Q = I₁ + I₂ + I₃ + I_{ВЫХ.МАКС} = 2,2мА+I_{ВЫХ.МАКС}, где I_{ВЫХ.МАКС}  максимальный выходной ток, который данный источник опорного напряжения должен обеспечивать. Обычно, чтобы свести к минимуму влияние нагрузки на источник опорного напряжения, этот выходной ток должен быть очень мал.

Влияние нагрузки на U_ВЫХ. Изменение напряжения U_ВЫХ связаны с изменением токов I₁, I₂ и I₃. Однако благодаря стабилизирующему действию резисторов преобладающим будем изменение тока через Q₃. Иными словами, изменения тока I₀ будут уравновешены почти равными, но противоположными по знаку изменениями I₃. Изменение I₃ вызовет изменение напряжения между базой и эмиттером транзистора Q₃ : . В результате можно написать

Следовательно, имеем

Ф. 3

Итак, если I₃ = 1,0 мА, как в примере, рассмотренном выше, то r₀ = 25 Ом. Если, например, необходимо ограничить колебания U_ОП, обусловленные колебаниями выходного тока, так чтобы они составляли не больше 1,0 мВ, следует наложить соответствующее ограничение на колебания I₀ согласно соотношению . Отсюда

I_0(max) = = 40 мкА.

Следовательно, чтобы получить наилучшие характеристики источника опорного напряжения, необходимо подключить высокоимпедансную буферную схему между ним и нагрузкой.

Желательно использовать один источник тока, чтобы уменьшить неблагоприятное воздействие колебаний напряжения питания U⁺ на U_ОП. Для иллюстрации применения источника тока с низкой динамической выходной проводимостью рассмотрим колебания U_ОП по отношению к напряжению питания в виде

Здесь снова используется тот факт, что изменения тока I_Q в основном вызваны изменениями тока через Q₃, откуда . Поскольку и , имеем

Если, например, I₃ = 1,0 мА, как выше, и g₀ = 100 нСм = 1^.10^-7 См, то имеем

так что изменение U_ВЫХ составит всего лишь 2,5 мкВ при изменении напряжения питания на 1 В. Этот результат подтверждает тот факт, что данная схема надёжна защищена от двух внешних воздействий - колебаний температуры и колебаний напряжения питания.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов учебной работы